室内环境监控系统外文翻译资料

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程序工程121（2015）875 - 880

第九届供暖，通风和空调国际研讨会（ISHVAC）和第三届建筑能源与环境国际会议（COBEE）

汽车舱室PM2.5分布及传递特性分析

Huifang Ding^a, Yunxia Zhang^b, Hejiang Sun^a,*, Lianyuan Feng^a

^aTianjin Key Laboratory of Indoor Air Environmental Quality Control, School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University,

Tianjin, China

^bTianjin Municipal Engineering Design amp; Research Institute

摘要

为了研究车厢内PM2.5的传输特性，通过实时在线监测不同通风模式下车厢内PM2.5和CO2的浓度（室外空气循环和无新鲜空气再循环）在最低机械通风和相同的实验路线条件下进行。 分析PM2.5浓度分布特征和内外浓度I / O比值。 通气率由实验过程中CO2浓度的变化决定，并进一步用于分析PM2.5的传递特性。 结果表明，在室外空气循环下，平均I / O为0.6，再循环条件下为0.25。I/O值随着行驶速度的增加而增加。 可以得出结论：通风模式对PM2.5舱内浓度有显着影响，并且对车厢内PM2.5水平起着决定性的作用。 室外空气循环条件下PM2.5传递特性分析的定量评估表明，通风、渗透和沉积分别占69.3％、22.8％和7.9％。在再循环条件下，渗透率占72％，沉积占28％。

关键词：车厢环境; PM2.5; I / O; 传输特性

介绍

目前，我国空气污染问题严峻，特别是区域性大气污染问题严重其中颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）的含量日益突出[1,2]，对人体健康，社会和谐稳定有不利影响。 室外环境短期内无法得到有效控制，因此保持良好的室内环境非常重要。

汽车一直是人们的重要交通工具，约有90％的美国乘客开车上班[3]。大气PM2.5污染情况逐渐严重。美国环境保护局（EPA）在1993 - 1994年对近一万人进行的追踪调查显示，人们大约7.2％的时间用于车辆[4]。大量的颗粒物质从行驶的汽车中排出。因此，驾驶员暴露于道路环境的污染比城市背景更糟糕[5,6]。已经发现PM 2.5在汽车中的暴露量超过居民环境中的30％[7]。Karanasiou等人[8]也发现汽车中的颗粒物暴露量高于其他运输方式。在洛杉矶公路进行的进一步实验研究表明，暴露于超细颗粒的车辆占总日摄入量的33-45％[9]，Lee等人[10]还指出，超微粒子暴露在汽车微环境中以每天一小时的暴露量计占10％〜50％。Xu和Zhu [11]分析了超细颗粒I / O因素对质量平衡模型的影响。Hudda 和 Fruin [12]建立了一个预测 I/O 比的经验模型，模型参数包括车辆的年龄，速度，体积和汽车通风模式设置。可以得出结论，不同国家和地区汽车内外的PM2.5暴露量存在很大差异。对道路上的车辆中的颗粒物的暴露进行了许多研究。然而，影响轿车内PM2.5浓度因素的定量研究非常有限。

本研究通过实验和理论方法研究了瞬时PM 2.5浓度。进行现场测量以记录颗粒物质浓度。基于实验数据，研究了PM 2.5的时间浓度特性和I/O比。定量法分析了汽车环境中PM2.5的传输机理。

方法

• 1. 实验测量

本文在天津这个中国北方空气污染严重的城市进行了实验。选择城市中心的道路，测量路线如图1(a)所示，用黑色实线表示。 中国空气质量监测分析平台显示，天津12月至2月颗粒污染较为严重。在此期间，污染情况的时间为73.5％，主要污染物为细颗粒物（PM2.5）[13]。这个实验是从2014年12月到2015年2月进行的。选择一辆车龄为4年的大众帕萨特私家车作为实验平台。 车内容积约3msup3;，车内装有汽车滤清器和空调系统。

采用智联通建筑科技（北京）有限公司开发的集成传感器FengSensor，连续测量温度，湿度，PM2.5浓度和CO2浓度。在本文中，FengSensor已经过校准，采样频率为1/60 Hz。安装在FengSensor上的PM2.5传感器的测量范围为10-900mu;g/ m³。PM2.5传感器的精度为plusmn;10mu;g/ m³plusmn;5％读数，测量尺寸为1.0-2.5um。安装在FengSensor中的CO2传感器的测量范围为0-5000ppm。测量精度为读数的plusmn;75ppmplusmn;3％。Pouyan等人 [14]发现车内颗粒物浓度的分布几乎是均匀的。因此，如图1(b)所示，在副驾驶位置设置了一个测量点。为了确保测量的准确性，当汽车通风稳定时开始测量。在实验中，我们保持门窗关闭。采用两种通气模式进行本实验。一个是室外空气循环（情况1），另一个是没有新鲜空气的再循环（情况2）。

取下车内过滤器，测量空气过滤器测试台上PM2.5的效率。在测试平台上，应用了美国Metone 2400激光粒子计数器。 采样流量为28.3L / min。同时使用6种粒度通道，包括lt;0.3um，0.3-0.5um，0.5-1.0um，1.0-3.0um，3.0-5.0um和50-10.0um。Metone 2400的重叠损失低于每400,000个颗粒/ Ft3的5％。

a. b.

图1.（a）实验区域和路线; （b）测量平台和位置

• 1. 运输模式

Switzer和Ott [15] 推导出质量平衡模型来模拟室内和车内微环境。类似的质量平衡模型是基于车厢和暖通空调(HVAC)系统[16]的原理图导出的。本文基于质量平衡模型和实验条件建立了PM2.5的输运模型，分析了PM2.5浓度特性。车厢，通风和HVAC系统的示意图如图2所示。这些模型基于以下假设：(a)车厢是PM2.5浓度均匀的良好混合区域;(b)不管时间或颗粒浓度如何，HVAC系统的过滤器去除效率都是恒定的; (c)沉积速率不随时间或方向改变。

图2.通过车厢，通风和空调（HVAC）系统的气流示意图。

在情况1中，颗粒通过裂缝渗透和来自HVAC系统的平流进入车厢。颗粒通过裂缝渗透，与HVAC系统平流，并沉积到车内表面，从车厢内移除。使用室外空气的HVAC系统的情况的运输模型是：

（1）

在情况2中，由于裂缝渗透，颗粒进入车厢内。颗粒通过裂缝条件下的渗滤并沉积到车辆内部的表面而从车厢中移除。在机舱空气再循环的情况下，质量平衡是：

(2)

其中C_in是媒介物中的PM2.5浓度（mu;g m^-3）。C_out是车辆外部周围的PM2.5浓度（mu;g m^-3）。lambda;_hvac是HVAC系统的空气交换率（h^-1）。lambda;_inf是由于通过车辆裂缝和窗户渗透而产生的空气交换率（h^-1）。 V是舱室容积（m³），3msup3;；eta;是过滤器去除效率，分数。beta;是沉积速率（h^-1）。C_in和C_out是实验数据。eta;在实验平台上测得，为30.1％。beta;由运输模型计算，0.52plusmn;0.40 h-1（情况1）和0.68plusmn;0.11 h-1（情况2）。

根据运输模型，lambda;_hvac和lambda;_inf需要计算出来。进行了一系列实验室和现场测量，将人们产生的二氧化碳用作天然示踪气体用于家庭空气汇率测量[17,18]。本文利用该方法对车内CO2进行连续监测。二氧化碳是人体新陈代谢的一部分。排放率（FR，ml/s）取决于活动水平（M，W/m2），身高（H，m），体重（W，kg）和呼吸商（RQ，0.83）[19]：

(3)

在一个点内以Delta;tau;的时间间隔执行的两次测量之间的CO2浓度的变化可以由瞬时流量方程表示为：

(4)

FR等于11.478（ml/s）。lambda;是空气交换率（h^-1）； Delta;tau;是时间间隔（s）; C_in(k)是CO₂瞬间浓度; C_in(k-1)是前一刻的CO₂浓度; C_out是城市背景下的二氧化碳浓度。

结果与讨论

图3（a）和（b）显示了不同的通风模式，车内外PM2.5的浓度。在I/O值大约为0.6的情况下，PM2.5浓度超过国家标准限值35mu;g/msup3;（GB 3095-2012）的2-4倍。这表明外部PM2.5是高舱PM2.5浓度的主要原因。在情况2中，PM2.5的车辆I/O值约为0.3，表明车体可以阻挡PM2.5的进入。比较这两个数字，我们可以得出结论，通风模式对车内I/O值和PM2.5浓度水平的影响是显著的。

图3.车辆内部和外部的PM2.5浓度和I / O。 （a）案例1; （b）案例2

本研究利用运输模型结合实验数据定量分析了不同通风环境下的颗粒分布特征。如图4（a）和（b）所示，可根据CO₂浓度变化获得通风率。在案例1中，空气交换率为27plusmn;3.3/h，车内空气被强烈稀释。情况2中，空中交换率为3.6plusmn;1.6/h。CO₂在舱内迅速积聚，超过国家标准的5-6倍（GB / T18883-2002，1000ppm）。

图4.车辆中的CO2浓度。 （a）案例1; （b）案例2

图5显示了定量评估结果。所有实验组的计算数据在一定程度上一致。在情况1（图5（a））中：通过过滤器的PM2.5百分比，渗透和表面颗粒沉积分别为 69.6％plusmn;4.8％，22.2％plusmn;3.3％ 和 7.7％plusmn;2.0％。可以得出结论，PM2.5对汽车环境的主要影响是机械通风，随后是沉积和渗透。在情况2（图5（b））中，渗透和表面颗粒沉积的PM2.5百分比分别为72.5％plusmn;4.7％ 和 27.5％plusmn;4.7％。

图5.车辆的PM2.5传输特性。 （a）案例1; （b）案例2

我们发现空气过滤器在案例1中控制PM2.5浓度起着决定性的作用，并且渗透的影响是有限的。在再循环条件下，加强车身的紧密度对于PM 2.5的控制至关重要。

结论

可以得出结论，空气交换率随着行驶速度的增加而增加。 在实验条件下，情况1的空气交换率比情况2高约9倍。

不同的通风模式对车厢内PM2.5浓度和I / O比率有不同的影响。机械通风下PM2.5传递特性分析的定量评估表明，机舱PM2.5的通风，穿透和沉积分别占69.3％，22.8％和7.9％。 在再循环条件下，渗透率占72％，沉积占28％。

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