CN111551386A - 一种基于pm2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，属于建筑室内环境检测技术领域。本发明以空气中自然存在的PM2.5作为示踪物质，利用空气净化器的开与关，营造出室内PM2.5浓度先下降后上升的场景，依据质量平衡原则建立的物理模型对PM2.5上升段的实测数据进行分析计算，从而确定房间通风换气次数。本发明具有实验周期短、可操作性强、不受人员影响的特点，便于实际测量和工程应用。

Description

一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，属于建筑室内环境检测技术技术领域。
背景技术
出于对建筑能耗方面的考虑，建筑物的密封性越来越好。加上工业发展和人民生活水平的提高，人们在室内接触的有害物质的种类和数量越来越多，严重影响了室内空气品质。新风量是影响室内空气品质和空调系统能耗的重要因素。而换气次数是房间通风变化的重要指标之一，是估算空间通风量的依据，因此其测量尤为重要。
目前国内外主要使用示踪气体法来测量房间的通风换气次数。示踪气体法是向被测房间内以一定形式释放示踪气体，通过测量待测点的浓度变化从而获得房间通风换气次数的实验方法。普遍使用的CO2示踪气体法，主要包括浓度衰减法、衡量释放法和室内恒定浓度法，对于测量换气次数有着很明显的干扰因素——人体本身产生CO2影响浓度、气体分布不均匀、混合时的风压改变，都将对实验结果造成影响。
为了解决上述传统CO2示踪气体法的种种技术问题，本发明以空气中自然存在的PM2.5作为示踪物质，利用空气净化器的开与关，营造出室内PM2.5浓度先下降后上升的场景，建立一种新的测量换气次数的方法，具有实验周期短、可操作性强、不受人员影响的特点，便于实际测量和工程应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，从而减少人员停留对测量的影响，实验周期短、可操作性强、方便数据采集、便于实际检测和工程应用。
本发明是通过如下措施实现的：一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，其中，以空气中自然存在的PM2.5作为示踪物质，利用空气净化器的开与关，营造出室内PM2.5浓度先下降后上升的场景，依据质量平衡原则建立的物理模型对PM2.5上升段的实测数据进行分析计算，从而确定房间通风换气次数。
包括以下步骤：
1）建立测量无PM2.5源的房间内空气净化器开启一段时间再关闭条件下室内外的PM2.5浓度变化的数学模型如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
（1）
在忽略沉降情况下，有
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
+
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
（2）
可求得房间换气次数Q/V，即
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
（3）
公式（1）-（3）中：C in 为室内颗粒物浓度（µg/m3）；C 0 为室内PM2.5浓度上升段初始浓度（µg/m3）；C out 为室外颗粒物平均浓度（µg/m3）；P为颗粒物穿透系数（无量纲）；k为颗粒物沉降系数（/h）；Q为通风换气量（m3/h）；V为房间的体积（m3）；t为时间（h）；
2）将两台PM2.5浓度监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外PM2.5浓度；
3）打开空气净化器工作10-20分钟，使得室内PM2.5浓度逐渐降低；
4）关闭空气净化器，使得室内PM2.5浓度逐渐上升至稳定；
5）在所述步骤4）中室内PM2.5浓度发生逐时变化的过程中，采用PM2.5浓度监测仪分别测量不同时间下的室内外PM2.5浓度；
6）基于公式（3）将步骤5）中测量所得的不同时刻下的室内外PM2.5浓度数据以
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
的形式对时间t进行线形拟合，所得斜率值即房间的换气次数。
所述方案中，P取值为1。
本发明的有益效果为：本发明提出了一种以空气中自然存在的PM2.5作为示踪物质，利用空气净化器的开与关，营造出室内PM2.5浓度先下降后上升的场景，依据质量平衡原则建立的物理模型对PM2.5上升段的实测数据进行分析计算，从而获得房间通风换气次数的测量方法。相比传统的利用CO2作示踪气体的房间换气次数测量方法，本发明减少了人体作为示踪物质释放源对实验结果的影响，室内人员的正常活动对测量几乎无干扰；还具有实验周期短、可操作性强的特点，便于实际测量和工程应用。
附图说明
图1为本发明的整体流程示意图。
图2为本发明实施例1的测量换气次数的房间内关闭空气净化器后PM2.5浓度的线性拟合结果示意图。
图3为本发明实施例2的测量换气次数的房间内关闭空气净化器后PM2.5浓度的线性拟合结果示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1
参见图1和图2所示，空气净化器置于所测量的房间内，开启一段时间后关闭，使得关闭后室内PM2.5浓度逐时变化，选取某高校教室作为通风换气量的测试地点，该教室位于某5层建筑的4层位置，教室体积为148m3，测量房间顶部有可使房间内空气混合均匀的风扇，房间不密闭，具有供人员进出的门及用于通风的窗，空气净化器置于房间中部；PM2.5浓度实时测量使用清大健环QD-M1型号多种污染物自记仪，室内PM2.5浓度实时监测仪置于房间中部的桌子上，室外PM2.5浓度实时监测仪置于窗外的窗台上；数据的分析处理使用EXCEL工作表。
本实施例的关键参数测定方法包括以下步骤：
1）建立测量房间内无PM2.5源的条件下室内外的PM2.5浓度变化的数学模型，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
（1）
在忽略沉降情况下，有
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
+
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
（2）
可求得房间换气次数Q/V，即
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
（3）
公式（1）-（3）中：C in 为室内颗粒物浓度（µg/m3）；C 0 为室内PM2.5浓度上升段初始浓度（µg/m3）；C out 为室外颗粒物平均浓度（µg/m3）；P为颗粒物穿透系数；k为颗粒物沉降系数；Q为通风换气量（m3/h）；V为房间的体积（m3）；t为时间（h）；
2）将两台清大健环QD-M1型号多种污染物自记仪分别置于室外和室内，用于测量室内外PM2.5浓度
Figure DEST_PATH_IMAGE012
及
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
3）打开空气净化器10分钟，关闭空气净化器，室内PM2.5浓度发生逐时变化；
4）关闭空气净化器后，清大健环QD-M1型号多种污染物自记仪以每分钟为时间间隔分别测量不同时间下的室内外PM2.5浓度，测量时间间隔为1分钟，连续测量30分钟，获得室内外各30个数据点；
5）基于上述模型，将测量所得的浓度数据处理成
Figure DEST_PATH_IMAGE016
的形式，然后对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，此时的斜率绝对值就是房间的通风换气次数，即Q/V，本例中拟合测得关窗条件下的自然通风换气次数为0.67h-1，拟合曲线如图2所示。
实施例2
参见图1和图3所示，空气净化器置于所测量的房间内，开启一段时间后关闭，使得关闭后室内PM2.5浓度逐时变化，该教室位于某5层建筑的5层位置，教室体积为147m3，测量房间顶部有可使房间内空气混合均匀的风扇，房间不密闭，具有供人员进出的门及用于通风的窗，空气净化器置于房间中部；PM2.5浓度实时测量使用清大健环QD-M1型号多种污染物自记仪，室内PM2.5浓度实时监测仪置于房间中部的桌子上，室外PM2.5浓度实时监测仪置于窗外的窗台上；数据的分析处理使用EXCEL工作表。
本实施例的关键参数测定方法包括以下步骤：
1）建立测量房间内无PM2.5源的条件下室内外的PM2.5浓度变化的数学模型，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
（1）
在忽略沉降情况下，有
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
+
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
（2）
可求得房间换气次数Q/V，即
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
（3）
公式（1）-（3）中：C in 为室内颗粒物浓度（µg/m3）；C 0 为室内PM2.5浓度上升段初始浓度（µg/m3）；C out 为室外颗粒物平均浓度（µg/m3）；P为颗粒物穿透系数；k为颗粒物沉降系数；Q为通风换气量（m3/h）；V为房间的体积（m3）；t为时间（h）；
2）将两台清大健环QD-M1型号多种污染物自记仪分别置于室外和室内，用于测量室内外PM2.5浓度
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
及
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
；
3）打开空气净化器20分钟，关闭空气净化器，室内PM2.5浓度发生逐时变化；
4）关闭空气净化器后，清大健环QD-M1型号多种污染物自记仪以每分钟为时间间隔分别测量不同时间下的室内外PM2.5浓度，测量时间间隔为1分钟，连续测量30分钟，获得室内外各30个数据点；
5）基于上述模型，将测量所得的浓度数据处理成
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
的形式，然后对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，此时的斜率绝对值就是房间的通风换气次数，即Q/V，本例中拟合测得关窗条件下的自然通风换气次数为0.62h-1，拟合曲线如图3所示。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，其特征在于，方法为：以空气中自然存在的PM2.5作为示踪物质，利用空气净化器的开与关，营造出室内PM2.5浓度先下降后上升的场景，依据质量平衡原则建立的物理模型对PM2.5上升段的实测数据进行分析计算，从而确定房间通风换气次数。
2.根据权利要求1所述的一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）建立测量无PM2.5源的房间内空气净化器开启一段时间再关闭条件下室内外的PM2.5浓度变化的数学模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
在忽略沉降情况下，有
Figure DEST_PATH_IMAGE004
+
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（2）
可求得房间换气次数Q/V，即
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（3）
公式（1）-（3）中：C in 为室内颗粒物浓度；C 0 为室内PM2.5浓度上升段初始浓度；C out 为室外颗粒物平均浓度；P为颗粒物穿透系数；k为颗粒物沉降系数；Q为通风换气量；V为房间的体积；t为时间；
2）将两台PM2.5浓度监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外PM2.5浓度；
3）打开空气净化器工作10-20分钟，使得室内PM2.5浓度逐渐降低；
4）关闭空气净化器，使得室内PM2.5浓度逐渐上升至稳定；
5）在所述步骤4）中室内PM2.5浓度发生逐时变化的过程中，采用PM2.5浓度监测仪分别测量不同时间下的室内外PM2.5浓度；
6）基于公式（3）将步骤5）中测量所得的不同时刻下的室内外PM2.5浓度数据以
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的形式对时间t进行线形拟合，所得斜率值即房间的换气次数。
3.根据权利要求2所述的一种基于PM2.5浓度反弹的房间换气次数测量方法，其特征在于，所述的步骤1）中，P取值为1。
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