CN110579366A - 一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法 - Google Patents

一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法，包括：S1，采用可提供微正压测试环境的新风净化机性能测试系统进行新风净化机净化性能指标的测试，在置放有新风净化机的试验模拟舱内通入本底污染物，并且在舱外的新风进风口稳定发生目标污染物，测定初始浓度和终止浓度之间多个时间点对应的浓度；S2，通过舱内污染物质量守恒建立污染物扩散传输过程模型，根据测试结果计算净化性能指标，并根据净化性能指标推导新风净化机在设定的风量条件或设定的工况条件下使用的适用面积。本方法提供了各种污染物条件下的推算公式，根据所有条件下的推算结果来综合考虑最终的适用面积，解决当前适用面积只能通过简单估算求得的问题。

Description

一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法
技术领域
本公开涉及新风净化机领域，尤其涉及一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们对健康的生活环境提出了更高的要求，尤其是室内空气质量。受到室外空气质量下降及温湿度变化的影响，工作场所和家庭起居室常常处于封闭状态，而人员聚集、装修材料污染物释放、空气流动性不好等因素极易造成室内空气污染，对人体健康构成严重威胁。
新风净化机通过风机将过滤后的室外新鲜空气引入室内，并把室内污浊空气排至室外，以置换室内、外空气的方式来提高室内空气质量。目前，新风净化机主要的性能评价指标有新风净化效率、洁净新风量等。其中，洁净新风量是新风净化效率与新风量综合作用的结果，可以作为确定新风净化机适用面积的依据。一般来讲，洁净新风量越大，新风净化机的空气净化能力以及适用面积就越大。实际上，新风净化机生产商常常根据新风量推荐适用面积，这些只根据新风量而未考虑净化效率等因素而宣称的适用面积，是不全面的，缺乏科学的理论支撑和系统的试验验证。
现有团体标准T/CAQI 10-2016对此作了规定，并基于洁净空气量给出了估算适用面积的公式，
A＝CADR/(3*H)；CADR＝新风量*净化效率
A--新风适用面积，m2；
CADR--洁净空气量，m3/h；
H--适用房间的高度，m。
但是该标准所规定的净化效率仅仅简单地通过新风净化机上、下游细颗粒污染物(PM2.5)的浓度变化测得，而实际测试时的气压和温湿度变化、污染物的自然衰减性及其在建筑围护结构中穿透性、新风净化机是否搭载内循环功能等因素都会对测试结果有较大影响。此外，该面积计算公式并未考虑到污染物在室内复杂的扩散传输过程，此方法需要进一步对污染物进行质量衡算，并基于此校正公式。
现有新风净化机的测试系统忽略了系统内外压力、新风量、室内送风口和排风口间相对位置、测试空间大小等参数都对室内污染物浓度流场分布的影响，且其采样点所测得浓度能否代表实际使用时污染物扩散传输特征有待进一步验证，无法对新风净化机的净化性能进行科学、系统地模拟与测评，对给人们确定新风净化机的适用面积带来了较大误差，易导致洁净新风量过高造成安装成本、占地空间及能源消耗的浪费，洁净新风量过低满足不了净化室内空气的需求等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法，包括：
S1，采用可提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统进行净化性能指标测试，在设置有新风净化机的试验模拟舱内通入本底污染物，并且在舱外的新风进风口稳定发生目标污染物，测定初始浓度和终止浓度之间多个时间点对应的污染物浓度；
S2，通过舱内污染物质量守恒建立污染物扩散传输过程模型，根据步骤S1的测试结果计算净化性能指标，并根据净化性能指标推导新风净化机在设定的风量条件或设定的工况条件使用下的适用面积，其中，所述净化性能指标包括新风净化效率。
进一步的，所述步骤S1包括：
S101，将新风净化机测试样机安装在所述新风净化机测试系统的试验模拟舱的墙面上，关闭试验模拟舱的所有舱门；
S102，打开测试样机、送风机，并通过辅助风机调节舱内外压差；开启试验模拟舱的空调和净化、加湿系统，进行本底净化，使目标污染物浓度低于预定的浓度限值，并待温湿度达到所需的状态，关闭空调以及净化、加湿系统；
S103，关测试样机、送风机、辅助风机，通过污染物稳定发生器由舱内污染物投注口向试验模拟舱通入污染物，监测试验模拟舱内的采样点浓度，当初始浓度达到测试要求停止通入；
S104，将污染物稳定发生器切至测试样机进风口，打开辅助风机、送风机、辅助风机，开启测试样机并调至最大档位，开始监测测试系统的进风口及试验模拟舱内的采样点浓度，测定初始浓度后，每隔预定时间△t min测定一次舱内浓度，至达到终止浓度阈值或测试时长超过预定时长t，以先达到者为结束点结束测试。
进一步的，在新风净化机进风口前端设置新风上游污染物浓度测点，用于监测进风口浓度C1；在试验模拟舱中心位置设置舱内浓度测点，用于监测舱内浓度C。
进一步的，在所述S104中，将试验模拟舱内设置压力测点，所述压力测点用于测试试验模拟舱1内外的压差P3，使试验模拟舱舱内与大气环境之间保持微正压差状态。
进一步的，所述步骤S2包括：
S201，根据步骤S1中净化性能指标测试的测试条件及测试结果，构建舱内污染物质量守恒方程，通过对试验模拟舱内实际测试的不同时刻的舱内浓度C进行数据回归，得到净化性能指标；
S202，根据污染物类型，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型，并利用步骤S201得到的净化性能指标，计算并推导新风净化机在不同风量条件或不同工况条件下的适用面积。
进一步的，所述步骤S201中，依据舱内污染物质量守恒，即单位时间中模拟舱外引入的室外污染物量，减去单位时间从模拟舱内去除或稀释净化的污染物量，等于单位时间模拟舱内污染物的变化量，得到舱内污染物变化的方程如下：
式中：
QF——进风量，单位为立方米每小时(m3/h)，通过测试样机进风管处流量计测定；
QR——回风量，单位为立方米每小时(m3/h)；
QP——排风量，
C1——新风净化机入口浓度，单位为微克每立方米(μg/m3)，通过舱外进风口上游浓度测点测定；
C——试验模拟舱内浓度，单位为微克每立方米(μg/m3)，通过舱内浓度测点测定；
εF——新风净化效率，以百分数表示；
εR——内循环净化效率，以百分数表示；
V——舱体积，单位为立方米(m3)；
k——自然衰减系数，此处为密闭试验模拟舱的自然衰减系数，单位为h-1，根据不同污染物分别测定；
t——测试时间，单位为小时(h)；
并由式(1.1)得到式(1.2)：
式中：
C0——试验模拟舱内浓度的初始值，单位为μg/m3，由舱内浓度测点测定。
进一步的，所述步骤S201中，根据步骤S1中由测试样机进风管处流量计测定的进风量QF、舱内浓度测点测定的试验模拟舱内浓度的初始值C0、上游浓度测点测定的新风净化机进风口浓度C1、测试时间t及已知的舱体积V、测定的密闭试验模拟舱的自然衰减系数k，且动态平衡下进风量QF等于排风量QP，代入式(1.2)，通过对模拟舱内实际测试的不同时刻的浓度C进行数据回归，拟合曲线点与记录点离差的平方和最小为最优判据，求得εF和QRεR。
进一步的，所述步骤S202中，利用步骤S201得到新风净化效率εF和QRεR，根据舱内污染物质量守恒定律，即单位时间中散发源释放和室外引入的污染物的量，减去单位时间从室内去除或稀释净化的污染物的量，等于单位时间室内污染物的变化量，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型，并计算并推导新风净化机在设定风量条件或设定工况条件的适用面积。
进一步的，所述步骤S202中，当污染物为颗粒物时，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型如下：
式中：
C1——室外颗粒物浓度，μg/m3；
C——室内颗粒物浓度，μg/m3；
V——适用房间体积，m3；
P——颗粒物的穿透系数，关窗时取0.8，开窗时取1；
QF——送风量(外循环)，m3/h；
QR——回风量(内循环)，m3/h；
QP——排风量(外循环)，m3/h；
εF——新风净化效率，％；
εR——内循环净化效率，％；
k——自然衰减系数，此处为设定工况下颗粒物的自然衰减系数，h-1；
k0——室内渗透换气次数，h-1；
对于式(1.3)的稳态形式则得出：
0＝QFC1(1-εF)-QRCεR+k0VPC1-((k0+k)V+QP)C.........(1.5)
其中，适用房间体积V＝AH，其中A是房间面积，单位为m2，H是房高，单位为m；
室内渗透换气次数k0为：
其中，m1、m2为本底换气率；
通过式(1.5)、式(1.6)，并结合步骤S201求得的εF和QRεR，根据设定的k、H、P、εR、C、C1，计算不同送风量QF、回风量QP情况下测试样机的适用面积。
进一步的，所述步骤S202中，计算适用面积过程中的参数选取包括：
a)假设设定工况下颗粒物在室内的自然沉降系数k＝0.1h-1；
b)设房间高度H为2.4m；
c)房间渗透次数k0依据式(1.6)取值，m1＝0.6，m2＝1.0：
d)颗粒物在建筑围护结构的穿透系数P取0.8；
e)内循环净化效率εR为95％；
f)对于重污染条件下，取室外PM2.5浓度为C1＝300μg/m3；
g)舱内浓度取C≤35μg/m3；
在房间面积小于新风量/层高的情况下，即A＜(QF-QP)/H，且式(1.6)的k0＞0，但k0小于本底换气率时，则得出
(1)当时
(2)当时
则最终适用面积为：
进一步的，所述步骤S202中，当污染物为室内污染物时，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型如下：
其中，C1——室外污染物浓度，μg/m3；
C——室内污染物浓度，μg/m3；
V——适用房间体积，m3；
P——室内污染物的穿透系数；
QF——送风量(外循环)，m3/h；
QR——回风量(内循环)，m3/h；
QP——排风量(外循环)，m3/h；
εF——新风净化效率，％；
εR——内循环净化效率，％；
k——自然衰减系数，设此处为定工况下室内污染物的自然衰减系数，h-1；
k0——室内渗透换气次数，h-1；
E——室内源强度；
认为室外浓度C1＝0，假设室内污染物发生源的释放速率能达到一个稳定状态，即E＝k0VC0；当污染物在内扩散达到稳态时，得到：
其中，C0为空气净化器不工作时，室内关闭门窗的情况下，室内污染物的稳定浓度，单位为mg/m3；适用房间体积V＝AH，其中A是房间面积，单位为m2，H是房高，单位为m；
根据式(1.15)、式(1.6)，并结合步骤S201求得的QRεR，根据设定的k0、H、C、C0，计算不同送风量QF、回风量QP情况下测试样机的适用面积。
进一步的，取室内空气中甲醛含量应低于室内空气质量标准规定的限值，即C≤0.10mg/m3；
当V＝AH，QP＝QF(稳定状态)时，可计算出
参数选取：
h)针对室内源，其释放强度由房间的本底浓度及自然换气率决定，故渗透系数k0的选取固定值0.6～1.0；
i)设房间高度H为2.4m；
j)考虑到一般家庭的甲醛污染状况是室内空气质量标准规定的限值的(3-5)倍，C0选择0.30mg/m3；
则最终适用面积为：
A＝0.21(QRεR+QF)～0.35(QRεR+QF)............(1.17)。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法至少具有以下有益效果其中之一：
(1)通过对模拟舱内污染物进行质量衡算，科学地推算出新风净化机在实际使用环境下的适用面积，并提供了各种污染物条件下的推算公式，根据所有条件下的推算结果来综合考虑最终的适用面积，解决当前适用面积只能简单估算求得的问题，保障消费者能够获得实际使用效果；
(2)通过新风净化机测试系统对新风净化机进行性能测试，获取用于新风净化机适用面积计算的净化性能指标，该净化性能指标包括但不限于新风净化效率，而现有净化效率仅仅简单地通过新风净化机上、下游细颗粒污染物的浓度变化测得，因此本方法所获得的适用面积能够更加准确和可靠；
(3)针对不同污染物给出了明确的测试方法和结果计算方法，根据不同污染物的净化效率，从而分别计算和推导出室外污染物和室内污染物负荷下的适用面积，区别于仅靠一次过滤效率或新风量而笼统地给出适用面积的方法，考虑不同污染物推导并选择适用面积更符合实际应用情况。
附图说明
图1为本公开实施例提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统的结构示意图。
图2为本公开实施例基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法的流程图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1、试验模拟舱；2、上游污染物发生装置；3、辅助风机装置；4、排风系统装置；5、新风净化机样机；6、试验台；7、搅拌风扇；8、舱内浓度测点C；9、试验模拟舱内外压差压力测点P3；10、舱内污染物投注口；11、舱内送风管；12、舱内回风管；13、舱内送风口静压测点P2；14、舱内送风管调节阀；15、舱外新风进风管；16、颗粒物过滤器；17、气态污染物净化装置；18、加湿器；19、送风机；20、污染物投放装置；21、流量计；22、新风进风口静压测点P1；23、上游浓度测点C1；24、连接管道；25、辅助风机；26、辅助风机调节阀；27、舱外排风管；28、舱外排风出风口静压压力测点P5；29、舱外排风管调节阀；30、试验模拟舱排风管道；31、试验模拟舱排风管道内压力测点P4。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法，该方法采用提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统的测试结果，对新风净化机适用面积进行推算。
图1为本公开实施例提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统的结构示意图。如图1所示，本公开提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统包括试验模拟舱1、上游污染物发生装置2、辅助风机装置3、排风系统装置4及安装新风净化机样机5的试验台6。通过辅助风机装置3完成了新风净化机净化性能中试验内外压差稳定的要求。
其中，新风净化机样机采用双向流新风净化机机型作为测试对象。所述新风净化机样机5固定于试验模拟舱1内的试验台6，舱外新风进风管15、舱外排风管27(带舱外排风管调节阀29)、舱内送风管11(带舱内送风管调节阀14)、舱内回风管12连接到待测新风净化机样机5；其中，舱外新风进风管15、舱外排风管27、舱内送风管11、舱内回风管12的风管直径一般取150-200mm。
具体地，上游污染物发生装置2通过舱外新风进风管15连接到新风净化机进风口处，并通过管道与舱外连通，上游发生的污染物通过舱外新风进风管15进入下游测试系统的试验模拟舱1；舱外空气由新风净化机进风口处进入样机5，进行净化；试验模拟舱1内的舱内送风管11连接到新风净化机样机5的舱内新风送风口处，把净化后的空气送到舱内；试验模拟舱1内的舱内回风管12连接到新风净化机回风口，将舱内用过的空气返回至样机5，完成舱内空气内循环净化；排风系统装置4通过舱外排风管27连接到新风净化机样机5的排风口，通过管道连通舱外，试验模拟舱1内的空气可通过该排风系统装置4排到舱外。
为了使新风净化机能够模拟实际应用情况，所述新风净化机测试系统还设置有舱内送风口静压测点P2、舱外新风口静压测点P1、舱外排风出风口静压压力测点P5、试验模拟舱排风管道内压力测点P4。其中，P2设置在新风净化机舱内送风口连接管道内，通过监测P2压力测点可使新风净化机送风口出口静压达到标称出口静压值，模拟实际安装送风量；P1设置在新风净化机舱外新风进风口连接管道内，通过监测P1压力测点可监测新风净化机舱外进风管道阻力，保证新风进风量；舱外排风出风口静压压力测点P5设置在新风净化机机体排风口上，通过监测P5压力测点可监测新风净化机排风口的压力，保证排风量；试验模拟舱排风管道内压力测点P4设置在试验模拟舱排风管道内，用于监测新风净化机排风管道内阻力，防止管道阻力过大而排风量过小。
由于新风净化机舱外新风进风管内和试验模拟舱排风管道内均设有静压测点，监测管道内压力并调节，能够减少测试过程中因安装管道增大阻力导致的干扰。
本实施例中，试验模拟舱1内除设置样机5、舱内送风管11、舱内回风管12之外，还设置有搅拌风扇7、舱内浓度测点C 8、试验模拟舱内外压差压力测点P3 9、舱内污染物投注口10、舱内送风口静压测点P2 13。具体地，所述舱内送风管11上设置有舱内送风管调节阀14，通过阀门开口度的大小调节新风净化机舱外新风量的大小，使其达到额定工作状态；搅拌风扇7固定连接于试验模拟舱1内顶面，用于提高试验模拟舱1内部空气的流动性，使测试过程中的内部污染气体均匀充满到试验模拟舱1空间内；舱内污染物投注口10固定到舱内角落里，用于试验模拟舱1内污染物的本底初始浓度发生；试验时，将试验模拟舱1内浓度测点C，压力测点P3布置在预定位置，其中，浓度测点C用于测试舱内污染物的衰减情况，压力测点用于测试试验模拟舱1内外的压差P3，在通过辅助风机装置3进行调整P3的大小。
此外舱外排风管27和舱外新风进风管15固定连接于试验模拟舱1的舱壁，并开设有采样/送样口。
辅助风机装置3通过连接管道24连接到试验模拟舱1上，所述辅助风机装置3包括连接管道24、辅助风机25和辅助风机调节阀26。其中，连接管道24用于连接试验模拟舱1和辅助风机25，一般材质为硬管，减小风阻；辅助风机25即抽风机，用于调节试验模拟舱1内外压差P3，通过调节辅助风机25的风量大小，维持试验模拟舱1内外的压差定为一恒定值，达到微正压测试条件，并用单点法测试舱内外压差；辅助风机调节阀26安装到连接管道24内，通过调节阀门开口的大小，达到试验模拟舱1内的抽风量的大小的要求，从而调节试验模拟舱1内外压差的大小。
进一步地，所述辅助风机25具有变频器，可根据试验模拟舱外压差变化，及时调整风量，试验模拟舱舱内外压差在5-20Pa间恒定且可调，且实测压差波动范围不大于2Pa，保证试验模拟舱始终处于恒定的微正压状态；结合上述辅助风机调节阀26开度大小调整，通过，两种方式并用更能确保试验模拟舱处于微正压状态，从而使试验模拟舱内外压差达到上述恒定和微正压状态。
上游污染物发生装置2包括依次设置的颗粒物过滤器16，气态污染物净化装置17，加湿器18，送风机19，污染物投放装置20，流量计21，新风进风口静压测点P1 22，新风上游浓度测点23及舱外新风进风管15。
其中，新风进风口静压测点P1 22，新风上游浓度测点23均设置于靠近新风净化机进风口处的管道上；颗粒物过滤器16和气态污染物净化装置17设置于舱外空气入口处，用于保证舱外进风的空气是干净的，保证测试目标污染物浓度的要求，提高测试的准确度；加湿器18用于保证舱外进风的空气的湿度，本实施例中，试验要求相对湿度为(50±10)％；送风机19固定连接在试验模拟舱1外的新风进风管道内，用于保证新风净化机舱外新风进风量，补偿由于管道安装增大了新风机风阻而导致的新风进风量损失；若进风管阻力过大，可用送风机19进行补偿，同时也保证静压测点P1为0～2Pa；污染物投放装置20用于发生舱外进风口浓度(即新风净化机进风口上游浓度)，使得污染物发生器能够稳定发生浓度相对恒定的污染物，从而模拟室外大气环境污染情况；流量计21固定在试验模拟舱外新风进风管道内，用于读取新风净化机新风进风量，若监测到新风进风量不稳定或低于额定值情况，可调节送风机保证进风量稳定并达到额定状态；同时舱外新风进风量稳定也能保证上游目标污染物浓度稳定发生，保证试验的真实有效性。进一步的，所述进风量可用于计算新风净化机净化性能。
排风系统装置4包括舱外排风管27，舱外排风出风口静压压力测点P5 28，舱外排风管调节阀29，试验模拟舱排风管道30，试验模拟舱排风管道内压力测点P4 31。其中，舱外排风管27连通样机5的排风口，把试验模拟舱1内的污染物排到舱外；压力测点包含P5和P4两个静压测点，P5设置于舱外排风管27，为新风净化机排风出口静压，一般按照-40Pa设定；P4设置于试验模拟舱排风管道30，为试验模拟舱排风管道30内的大气压力，考虑排风阻力，P4为1个大气压(单点测试)；P4和P5均采用静压环测试。
舱外排风管调节阀29安装到舱外排风管28管道内的相应位置，通过调节舱外排风管调节阀29开口度的大小，调节新风净化机排风量的大小，从而可以调节新风净化机出口静压的大小，使舱内新风送风量达到新风净化机实际安装效果，模拟实际应用情况，特别是试验过程中试验模拟舱应处于微正压状态。
进一步的，新风净化机舱外排风管27及辅助风机25的排风均接入试验模拟舱排风管道30，为避免污染环境，可以在排风管道30设置过滤装置，进行过滤排风。
采用所述提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统，可以针对净化效率分别给出室外污染物和室内污染物相应浓度测试。室外污染物测试时，试验模拟舱内要通入本底，并且新风净化机舱外新风进风口(上游)要稳定发生目标污染物，找初始浓度和终止浓度，纳入计算，至少6个点；室内污染物净化效率测试时，只向试验模拟舱内通入本底浓度，新风机入口无需通入污染物，本底浓度以GB/T 18883表1规定的浓度限值的(10±2)倍为准，测试时间可依据新风净化机置换或者稀释的能力进行决定。
基于如前所述的新风净化机测试系统，本公开提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法，针对不同污染物，给出了明确的测试方法和结果计算方法。图2为本公开实施例基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法的流程图。如图2所示，所述方法包括：
S1，进行净化性能指标测试，试验模拟舱内通入本底，并且新风净化机舱外新风进风口稳定发生目标污染物，测定初始浓度和终止浓度之间至少6个采样点；
S2，建立污染物扩散传输过程模型，根据步骤S1的测试结果计算新风净化效率等参数，并根据计算结果推导新风净化机的适用面积。
其中，步骤S1中性能指标测试采用如前所述的提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统进行试验，具体步骤包括：
S101：安装新风机，根据新风机使用要求将新风机样机安装在试验模拟舱1的墙面上，关闭试验模拟舱1的所有舱门；
S102：打开测试样机5、送风机19、辅助风机25，调节舱内外压差；开启试验模拟舱1的空调和净化、加湿系统，进行本底净化，使0.3μm以上粒子数低于1000个/L、气态污染物浓度低于GB 3095-2012中表1所规定的浓度限值(最短时间的一级限值)，并待温湿度达到所需的状态，关闭空调以及净化、加湿系统；
S103：关测试样机5、送风机19、辅助风机25，通过污染物稳定发生器由舱内污染物投注口10向试验模拟舱1通入污染物，使初始浓度达到测试要求。在一实施例中，颗粒物用KCL气溶胶发生，发生器浓度需稳定在105个/L～106个/L，同时舱内浓度测点8开始监测舱内浓度C，最终舱内浓度C需高于106个/L后方可停止通入；
S104：发生器切至进风口，打开辅助风机25、送风机19，开启新风净化机样机5并调至最大档位，监测测试系统的采样点浓度。其中，新风上游浓度测点23设置新风净化机进风口前端，用于监测进风口浓度C1，试验模拟舱1的舱内浓度测点8设置在模拟舱中心位置，用于监测舱内浓度C。测试t min，测定初始浓度后，每隔预定时间Δt min测定一次舱内浓度C，至达到终止浓度阈值或测试时长超过t min，以先达到者为结束点。其中，测试采样点至少为6个点，用于纳入后续计算。在一实施例中，t＝20，△t＝2，初始浓度(0时刻点)浓度C为105个/L～106个/L，当浓度C达到终止浓度阈值104个/L，或t≥20min，结束测试。
进一步的，在所述S103中，对于大气环境中的化学污染物，浓度是GB 3095-2012中表1所规定的浓度限值(5±1)倍，在上游稳定发生并通入新风净化机进风口。
进一步的，在所述S104中，使试验模拟舱1舱内与大气环境之间保持微正压差状态，与实际使用时为避免舱外空气通过门缝、窗户缝等处渗透进入而保持室内处于微正压的状态一致。
所述步骤S2中利用步骤S1的测试结果，计算新风净化效率等净化性能指标，并建立污染物扩散传输过程模型，根据计算所得到的净化性能指标推导新风净化机的适用面积，具体包括：
S201，根据步骤S1的新风净化机净化性能指标测试试验条件及测试结果，构建舱内污染物质量守恒方程，得到计算新风净化效率等净化性能指标；
S202，根据污染物类型，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型，并利用步骤S201得到的净化性能指标，计算并推导新风净化机在不同风量条件或不同工况条件下的适用面积。具体地，通过对模拟舱内实际测试的不同时刻的浓度C进行数据回归，拟合曲线点与记录点离差的平方和最小为最优判据，得到净化性能指标。
由于本公开在计算适用面积时考虑了污染物在室内复杂的扩散传输过程，此外，净化效率不是简单地通过新风净化机上、下游的浓度变化测得，而是根据实际新风净化机测试系统测定，并考虑实际测试时的气压变化、污染物的自然衰减性及其在建筑围护结构中穿透性、新风净化机是否搭载内循环功能等因素的影响。
实施例一
在本公开第一个示意性实施例中，提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法。本实施例中标准污染物以颗粒物为例：氯化钾(KCl)，直径0.3μm以上的粒子数，10％KCl质量浓度。本实施例中性能指标为新风净化效率，步骤S1净化性能指标测试包括以下具体测试步骤：
打开测试样机5、送风机19、辅助风机25，调节舱内外压差；
打开试验模拟舱内的净化系统，本底净化，本底净化后舱内颗粒物0.3μm及以上粒子数应不高于1000个/L；
关测试样机5、送风机19、辅助风机25；
打开发生器给舱内浓度C，颗粒物用KCL气溶胶发生，发生器浓度需稳定在105个/L～106个/L，同时室内浓度测点8开始监测舱内浓度C，最终舱内浓度C需高于106个/L后方可停止通入；
发生器切给进风口浓度C1，同时开启测试样机5，辅助风机25、送风机19；
测试20min，找初始浓度与终止浓度之间至少6个点纳入计算，其中，初始浓度(0时刻点)为105个/L～106个/L，当浓度C达到终止浓度阈值104个/L，或测试时间达到20min，测定终止浓度；
关机结束测试。
所述步骤S1颗粒物净化效率测试完成后，所述步骤S201包括根据测试数据计算新风净化机净化效率。依据舱内污染物质量守恒：单位时间中模拟舱外引入的室外污染物量，减去单位时间从模拟舱内去除或稀释净化的污染物量，等于单位时间模拟舱内污染物的变化量。据此列出，舱内污染物变化的方程如下：
式中：
QF——进风量，单位为立方米每小时(m3/h)，通过流量计21测定；
QR——回风量，单位为立方米每小时(m3/h)；
QP——排风量，
C1——新风净化机入口浓度，单位为微克每立方米(μg/m3)，通过上游浓度测点23测定；
C——试验模拟舱内浓度，单位为微克每立方米(μg/m3)，通过室内浓度测点8测定；
εF——新风净化效率，以百分数表示；
εR——内循环净化效率，以百分数表示；
V——舱体积，单位为立方米(m3)；
k——自然衰减系数，此处为密闭试验模拟舱的自然衰减系数，单位为h-1，不同污染物分别测定，可于步骤S1之前依据GB/T 18801附录B进行测试；
t——测试时间，单位为小时(h)。
由式(1.1)得到式(1.2)：
式中：
C0——试验模拟舱内浓度的初始值，单位为微克每立方米(μg/m3)，由室内浓度测点8测定。
需要说明的是，试验过程中，排风量QP包含新风净化机的排风及试验模拟舱泄漏导致的排风，动态平衡状态下一般认为等于新风量，即QP＝QF。
测试结束后，根据已知的由流量计21测定的进风量QF(排风量QP)，舱体积V，室内浓度测点8测定的试验模拟舱内浓度的初始值C0，上游浓度测点23测定的新风净化机入口浓度C1，测试时间t及测定的密闭试验模拟舱的自然衰减系数，通过对模拟舱内实际测试的不同时刻的浓度C进行数据回归，参照数据回归原理，拟合曲线点与记录点离差的平方和最小为最优判据，可求得εF和QRεR。
所述步骤S202中，利用步骤S201得到新风净化效率εF和QRεR，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型，并计算并推导新风净化机在设定风量条件或设定工况条件的适用面积。
污染物在房间内的扩散同样遵循质量守恒定律，即单位时间中散发源(人体)释放和室外引入的污染物的量，减去单位时间从室内去除或稀释净化的污染物的量，等于单位时间室内污染物的变化量。按照污染物不同，分别推导新风净化机在颗粒物和室内污染物条件下的适用面积。
以颗粒物为例，列出相应的质量守恒方程，如下：
式中：
C1——室外颗粒物浓度，μg/m3；
C——室内颗粒物浓度，μg/m3；
V——房间体积，m3；
P——颗粒物的穿透系数，关窗时取0.8，开窗时取1；
QF——送风量(外循环)，m3/h；
QR——回风量(内循环)，m3/h；
QP——排风量(外循环)，m3/h；
εF——新风净化效率，％；
εR——内循环净化效率，％；
k——自然衰减系数，此处为设定工况下颗粒物的自然衰减系数，h-1；
k0——室内渗透换气次数，h-1。
对于式(1.3)的稳态形式则：
0＝QFC1(1-εF)-QRCεR+k0V(PC1-C)-kVC-QPC......(1.4)
由式(1.4)转化得：
0＝QFC1(1-εF)-QRCεR+k0VPC1-((k0+k)V+QP)C......(1.5)
当不使用新风净化机时，也就是只有室内循环净化时，室内换气次数k0＝(0.6～1.0)h-1。新风净化机的作用实质是抵消原有的渗透换气。抵消后的渗透换气系数为：
通过式(1.5)、式(1.6)，并结合步骤S201求得的εF和QRεR，根据设定的k、H、P、εR、C、C1，计算不同送风量QF、回风量QP情况下测试样机的适用面积。
具体地，计算适用面积时参数的选取，包括：
a)假设设定工况下颗粒物在室内的自然沉降系数k＝0.1h-1；
b)V＝AH，其中A是房间面积(m2)，H是房高(m)，设房间高度H为2.4m；
c)房间渗透次数k0依据式(1.6)取值；
d)颗粒物在建筑围护结构的穿透系数P取0.8；
e)内循环净化效率εR为95％；
f)对于重污染条件下，取室外PM2.5浓度为C1＝300μg/m3；
g)舱内浓度取C≤35μg/m3。
在房间面积小于新风量/层高的情况下(A＜(QF-QP)/H)，式(1.6)的k0＜0，房间处于完全正压状态，污染物无法渗透进来，房间内污染物浓度经过一定时间都可以降低到接近于0。此时的房间面积范围尚未达到新风机适用的最大面积。随着房间面积继续增大，房间内呈现出部分正压的情况，也就是换气率相比房间本底换气率变小，即式(1.6)的k0＞0，但是小于本底换气率(0.6或1)。
(1)当时
(2)当时
则最终适用面积为：
即室外污染物情况下的适用面积统一按式(1.9)计算。
实施例二
在本公开第二个示意性实施例中，还提供了一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法。与第一实施例不同是，本实施例中标准污染物以甲醛(室内污染物)为例。对于室内污染物的去除效果，质量守恒方程(1.3)同样适用，但需要补充室内源强度E，如下：
由于室内污染物主要存在于室内，可以认为室外浓度C1＝0，(1.10)可转化为，
当稳态时
0＝-QRCεR-k0VC-kVC-QPC+E..............................(1.12)
当室内关闭门窗，并不使用净化装置时，且不考虑自然衰减(k＝0)，室内房间甲醛发生源的释放速率能达到一个稳定状态，
E＝k0VC0..............................(1.14)
式中：
C0——空气净化器不工作时，室内关闭门窗的情况下，甲醛的稳定浓度，单位为mg/m3。
将(1.14)代入(1.13)
根据式(1.15)、式(1.6)，并结合步骤S201求得的QRεR，根据设定的H、C、C0，计算不同送风量QF、回风量QP情况下测试样机的适用面积。具体地，室内空气的甲醛含量C应低于规定的限值，即C≤0.10mg/m3。
当V＝AH，Qp＝QF(稳定状态)时，可计算出：
具体地，室内空气中甲醛含量应低于室内空气质量标准规定的限值，即C≤0.10mg/m3；
当V＝AH，Qp＝QF(稳定状态)时，可计算出
参数选取：
h)针对室内源，其释放强度由房间的本底浓度及自然换气率决定，故渗透系数k0的选取固定值0.6～1.0；
i)设房间高度H为2.4m；
j)考虑到一般家庭的甲醛污染状况是室内空气质量标准规定的限值的(3-5)倍，C0选择0.30mg/m3；
则最终适用面积为：
A＝0.21(QRεR+QF)～0.35(QRεR+QF)............(1.17)。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到[约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。
本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于净化性能确定新风净化机适用面积的方法，包括：
S1，采用提供微正压测试环境下的新风净化机性能测试系统进行净化性能指标测试，在设置有新风净化机的试验模拟舱内通入本底污染物，并且在舱外的新风进风口稳定发生目标污染物，测定初始浓度和终止浓度之间多个时间点对应的浓度；
S2，通过舱内污染物质量守恒建立污染物扩散传输过程模型，根据步骤S1的测试结果计算净化性能指标，并根据净化性能指标推导新风净化机在设定的风量条件或设定的工况条件下使用的适用面积，其中，所述净化性能指标包括新风净化效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S1包括：
S101，将新风净化机测试样机安装在所述新风净化机测试系统的试验模拟舱的墙面上，关闭试验模拟舱的所有舱门；
S102，打开测试样机、送风机，并通过辅助风机调节舱内外压差；开启试验模拟舱的空调和净化、加湿系统，进行本底净化，使目标污染物浓度低于预定的浓度限值，并待温湿度达到所需的状态，关闭空调以及净化、加湿系统；
S103，关测试样机、送风机、辅助风机，通过污染物稳定发生器由舱内污染物投注口向试验模拟舱通入污染物，监测试验模拟舱内的采样点浓度，当初始浓度达到测试要求停止通入；
S104，将污染物稳定发生器切至测试样机进风口，打开辅助风机、送风机、辅助风机，开启测试样机并调至最大档位，开始监测测试系统的进风口及试验模拟舱内的采样点浓度，测定初始浓度后，每隔预定时间Δtmin测定一次舱内浓度，至达到终止浓度阈值或测试时长超过预定时长t，以先达到者为结束点结束测试。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在新风净化机进风口前端设置新风上游污染物浓度测点，用于监测进风口浓度C1；在试验模拟舱中心位置设置舱内浓度测点，用于监测舱内浓度C。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述S104中，将试验模拟舱内设置压力测点，所述压力测点用于测试试验模拟舱1内外的压差P3，使试验模拟舱舱内与外界大气环境之间保持微正压差状态。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤S2包括：
S201，根据步骤S1中净化性能指标测试的测试条件及测试结果，构建舱内污染物质量守恒方程，通过对试验模拟舱内实际测试的不同时刻的舱内浓度C进行数据回归，得到净化性能指标；
S202，根据污染物类型，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型，并利用步骤S201得到的净化性能指标，计算并推导新风净化机在不同风量条件或不同工况条件下使用的适用面积。
6.根据权利要求5所述的方法，所述步骤S201中，依据舱内污染物质量守恒，即单位时间中模拟舱外引入的室外污染物量，减去单位时间从模拟舱内去除或稀释净化的污染物量，等于单位时间模拟舱内污染物的变化量，得到舱内污染物变化的方程如下：
式中：
QF——进风量，单位为立方米每小时(m3/h)，通过测试样机进风管处流量计测定；
QR——回风量，单位为立方米每小时(m3/h)；
QP——排风量，
C1——新风净化机入口浓度，单位为微克每立方米(μg/m3)，通过舱外进风口上游浓度测点测定；
C——试验模拟舱内浓度，单位为微克每立方米(μg/m3)，通过舱内浓度测点测定；
εF——新风净化效率，以百分数表示；
εR——内循环净化效率，以百分数表示；
V——舱体积，单位为立方米(m3)；
k——自然衰减系数，此处为密闭试验模拟舱的自然衰减系数，单位为h-1，根据不同污染物分别测定；
t——测试时间，单位为小时(h)；
并由式(1.1)得到式(1.2)：
式中：
C0——试验模拟舱内浓度的初始值，单位为μg/m3，由舱内浓度测点测定。
7.根据权利要求6所述的方法，所述步骤S201中，根据步骤S1中由测试样机进风管处流量计测定的进风量QF、舱内浓度测点测定的试验模拟舱内浓度的初始值C0、上游浓度测点测定的新风净化机进风口浓度C1、测试时间t及已知的舱体积V、测定的密闭试验模拟舱的自然衰减系数k，且动态平衡下进风量QF等于排风量QP，代入式(1.2)，通过对模拟舱内实际测试的不同时刻的浓度C进行数据回归，拟合曲线点与记录点离差的平方和最小为最优判据，求得εF和QRεR。
8.根据权利要求7所述的方法，所述步骤S202中，利用步骤S201得到新风净化效率εF和QRεR，根据舱内污染物质量守恒定律，即单位时间中散发源释放和室外引入的污染物的量，减去单位时间从室内去除或稀释净化的污染物的量，等于单位时间室内污染物的变化量，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型，并计算并推导新风净化机在设定风量条件或设定工况条件的适用面积。
9.根据权利要求8所述的方法，所述步骤S202中，当污染物为室外源颗粒物时，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型如下：
式中：
C1——室外颗粒物浓度，μg/m3；
C——室内颗粒物浓度，μg/m3；
V——适用房间体积，m3；
P——颗粒物的穿透系数，关窗时取0.8，开窗时取1；
QF——送风量(外循环)，m3/h；
QR——回风量(内循环)，m3/h；
QP——排风量(外循环)，m3/h；
εF——新风净化效率，％；
εR——内循环净化效率，％；
k——自然衰减系数，此处为设定工况下颗粒物的自然衰减系数，h-1；
k0——室内渗透换气次数，h-1；
对于式(1.3)的稳态形式则得出：
0＝QFC1(1-εF)-QRCεR+k0VPC1-((k0+k)V+QP)C.........(1.5)
其中，适用房间体积V＝AH，其中A是房间面积，单位为m2，H是房高，单位为m；
室内渗透换气次数k0为：
其中，m1、m2为本底换气率；
通过式(1.5)、式(1.6)，并结合步骤S201求得的εF和QRεR，根据设定的k、H、P、εR、C、C1，计算不同送风量QF、回风量QP情况下测试样机的适用面积。
10.根据权利要求9所述的方法，所述步骤S202中，计算适用面积过程中的参数选取包括：
a)假设设定工况下颗粒物在室内的自然沉降系数k＝0.1h-1；
b)设房间高度H为2.4m；
c)房间渗透次数k0依据式(1.6)取值，m1＝0.6，m2＝1.0：
d)颗粒物在建筑围护结构的穿透系数P取0.8；
e)内循环净化效率εR为95％；
f)对于重污染条件下，取室外PM2.5浓度为C1＝300μg/m3；
g)舱内浓度取C≤35μg/m3；
在房间面积小于新风量/层高的情况下，即A＜(QF-QP)/H，且式(1.6)的k0＞0，但k0小于本底换气率时，则得出
(1)当时
(2)当时
则最终适用面积为：
11.根据权利要求8所述的方法，所述步骤S202中，当污染物为室内污染物时，建立污染物在舱内扩散传输过程的数学模型如下：
其中，C1——室外污染物浓度，μg/m3；
C——室内污染物浓度，μg/m3；
V——适用房间体积，m3；
P——室内污染物的穿透系数；
QF——送风量(外循环)，m3/h；
QR——回风量(内循环)，m3/h；
QP——排风量(外循环)，m3/h；
εF——新风净化效率，％；
εR——内循环净化效率，％；
k——自然衰减系数，设定工况下室内污染物的自然衰减系数，h-1；
k0——室内渗透换气次数，h-1；
E——室内污染源强度；
认为室外浓度C1＝0，假设室内污染物发生源的释放速率能达到一个稳定状态，即E＝k0VC0；当污染物在内扩散达到稳态时，得到：
其中，C0为新风净化机不工作时，室内关闭门窗的情况下，室内污染物的稳定浓度，单位为mg/m3；适用房间体积V＝AH，其中A是房间面积，单位为m2，H是房高，单位为m；
根据式(1.15)、式(1.6)，并结合步骤S201求得的QRεR，根据设定的k0、H、C、C0，计算不同送风量QF、回风量QP情况下测试样机的适用面积。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，取室内空气中甲醛含量低于室内空气质量标准规定的限值，即C≤0.10mg/m3；
当V＝AH，稳定状态QP＝QF时，可计算出
参数选取：
h)渗透系数k0的选取固定值0.6～1.0；
i)设房间高度H为2.4m；
j)C0选择0.30mg/m3：
则最终适用面积为：
A＝0.21(QRεR+QF)～0.35(QRεR+QF)............(1.17)。
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