用示踪气体方法研究通风房间的空气龄.doc

1 用示踪气体方法研究通风房间的空气龄 Investigation on air age ina ventilated room with tracer gas technique 摘要应用示踪气体测量得到了8 种强制通风工况下实验小室中各种测点处的浓度衰减曲线,并计算出各测点的空气龄。实验结果表明, 示踪气体用于强制通风研究时实验可重复性较好, 实验结果正确合理, 测得的空气龄反映了房间各点空气的新鲜程度,也提示了室内空气的流动形态。关键词示踪气体空气龄通风实验 2 Abstract Obtains the decay curves of tracer gas concentration for Eight mechanically ventilated cases ina test chamber, calculates the air age from the test data. It is shown that the experiments were done with good repeatability and the tested results of air age were reasonable, which indicate the flow pattern and freshness of the outdoor air in the ventilated space. Keywords tracer gas, air age, ventilation, experiment 0 引言室内空气品质问题在很多情况下是由通风不当引起的。 90 年代初,对加拿大、美国、西欧、南美 85 栋建筑 IAQ 问题起因的调查结果[1] 表明:在引起 IAQ 问题的所有 3 原因中,通风问题排第一位,占 57% 。通风问题一般包括两方面: 新风量不足和室内空气分布不合理。对于空调房间来说, 提高新风量往往伴随着空调初投资与运行费用的增加, 因此, 在一定的新风量下, 如何合理地设计通风方式以达到良好的房间通风换气效果尤为重要。由于传统的通风设计参数, 如换气次数等, 很难衡量房间的通风换气效果, 而空气龄, 也就是空气进入室内来的时间, 反映了室内空气的新鲜程度, 它可以综合衡量房间的通风换气效果, 是评价室内空气品质的重要指标。因此本文应用示踪气体实验技术对通风房间的空气龄进行研究。 1 实验方法 示踪气体技术对于强制通风, 室内空气流速变化较大, 如果利用直接或间接测量风速分析流场的方法, 则难以对室内空气流动情况进行全面描述,而示踪气体方法正适用于此种情况。虽然示踪气体的研究方法已引入通风行业十余年, 但国内鲜有人利用示踪气体研究强制通风, 笔者在此方面做了初步的尝试。本次试验选用甲烷作为示踪气体。甲烷性质稳定,密度较小, 易于与空气充分混合, 并且对人体无毒无害。虽然 4 甲烷在体积分数为 5% ~ 15% 时具有爆炸性, 但其可测浓度较低。本次实验中控制甲烷最大体积分数约为 100 × 10-6 , 较为安全。利用示踪气体测量空气龄的释放方法有 3种[2] :①脉冲法; ②上升法; ③下降法(或衰减法) 。其中下降法最为简单,且实验精度较高,因此本文选用下降法测量空气龄。 实验基本原理[3] 通风的主要目的是将新鲜空气送入工作区, 并且将污染料物尽快从工作区排出去。空气龄τp 的物理意义是空气进入房间以来的时间, 它定量描述了送风空气代替房间原有空气的快慢。房间中某一点的空气由不同空气龄的空气微团组成, 因此该点所有微团的空气龄存在一个频率分布函数 f(τ) 和累计分布函数 F(τ) 。累计分布函数 F 与频率分布函数 f 之间的关系如下: (1) 某一点的空气龄τp 是指该点所有微团的空气龄的平均值: 5 (2) 用示踪气体方法测量某一点示踪气体浓度随时间的变化过程,得到该点空气龄的频率分布函数 f 或累计分布函数F ,从而可计算出该点的空气龄。以下降法为例,空气龄的累计分布函数 F 如下: (3) 其中, Cp( τ) 为测点时刻示踪气体浓度。于是,采用下降法测量空气龄的计算公式如下: (4) 测量方法本文选用 QGS-08B 型红外线气体分析仪作为示踪气体测量设备。这种仪器可以在实验现场直接连续测定低浓度的甲烷,测量范围 0~ 100 × 10-6 ,精度 1% ,输出为 0~5V 的电压信号。此电压信号经 PC-1216-K2 型 A/D 板转换成数字信号传入计算机进行数据存储与显示。测点浓度的采样时间间隔可在数据采集软件中设定,本次实验取为 8s。示踪气体测量方法如下: 首先, 将房间密闭, 释放示 6 踪气体;当房间中示踪气体的浓度达到平衡状态( 约 100 × 10-6