空调系统气溶胶污染的实测分析

张杰 刘泽华 宁勇飞 李惠敏

南华大学城市建设学院

空调系统气溶胶污染的实测分析

张杰 刘泽华 宁勇飞 李惠敏

南华大学城市建设学院

本文实测了衡阳市某商业广场的一台空调风柜风口处、风口正下方呼吸区、呼吸区下方的气溶胶浓度及粒度分布。结果表明：1）室内气溶胶浓度比管道内的浓度要高（除回风口外），当粒子尚未在空调风管内发生二次悬浮时，管道内气溶胶浓度沿程下降；回风口的气溶胶浓度有一定的富集；2）从粒子的粒度分布看，室外各粒径段的粒子数明显大于室内，空调风系统内粒子数随粒径的增大迅速减少，系统内粒子的粒径范围主要在5μm以下，5μm以上的粒子数很少或者几乎没有；3）过滤网清洗后，送风气流中总含尘量明显减少；但各粒径段粒子数的变化情况却不一样，小粒子（粒径为0.3～0.7μm）数量增加，大粒子（粒径大于0.7μm）数量有所减少；4）通过历时两个月的空调风管中气溶胶微粒的沉积采样，表明空调风管内平均沉积量为16.8502mg/(m2·d)；但各点的测试值差别较大。

空调风管 气溶胶浓度 粒度分布

通风空调系统在给人们带来舒适的热湿环境的同时也可能由于安装不当或运行维护不良，产生大量的有机性、无机性和生物性等多种气溶胶，并随送风进入室内，影响人体健康[1～2]。近年来，各地对中央空调污染做了较为深入的调查[3～4]，实测了空调系统中细菌、真菌、积尘量、粉尘浓度、军团菌和β-溶血性链球菌等，但对气溶胶的粒度分布及其每天的沉积量研究较少，而气溶胶（颗粒物）的粒度分布是研究气溶胶控制机理的重要因素。本文实测了衡阳市某商业广场一台空调风柜内及室内外的气溶胶浓度及粒度分布,为空调室内的气溶胶污染提供样本。

1 实测方法

本文的实测对象位于衡阳市中心繁华地段，是一栋集购物、娱乐、餐饮、休闲等功能于一体的大型商业建筑。建成于2004年，地下1层，地上4层，本文实测的为二层服装部一台空调风柜送、回风口，风口正下方呼吸区（离地约1.6m）及呼吸区下方（离地约0.5m）的气溶胶浓度及粒度分布情况。该风柜的风量为4000m/h3，制冷量为22.5kW，在回风口处使用粗效过滤器。气溶胶浓度的实时检测采用的是PDR1000型粉尘仪（量程：0.001～400mg/m3，精度：±5%，分辨率：0.001mg/m3），粒度的测量采用的是MTONE237B型便携式激光粒子计数器（该仪器含有6个测量通道可以测量≥0.3μm、≥0.5μm、≥0.7μm、≥1μm、≥3μm、≥5μm以及0.3～0.5μm、0.5～0.7μm、0.7～1.0μm、1.0～ 3.0μm、3.0～5.0μm的粒子数。流量速率为0.7075L/ min，灵敏度为0.3μm）。其相应的系统平面及测点布置见图1。

图1 被测试的机组平面及测点布置

2 实测结果与分析

2.1 室内外及空调风管中气溶胶的浓度分析

2013年8月1日上午10:00进行第一次测量、下午15:30进行第二次测量，室内气溶胶浓度的测量数据见图2（其中“a”代表第一次测量，“b”代表第二次测量，“1”代表在风口处的测量，“2”代表在风口正下方呼吸区的测量，“3”代表在呼吸区下方的测量），上午测量室外的气溶胶浓度为0.065mg/m3、下午测量的浓度为0.071mg/m3。均未超过《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中总悬浮颗粒物浓度为0.3mg/m3的限值。

图2 室内气溶胶浓度的实测值

从室内外测量值，可以得出如下结论：

1）对比室内外气溶胶浓度可以看出，上午室内呼吸区气溶胶浓度平均为0.0482mg/m3，下午室内平均浓度为0.0546mg/m3，均比室外气溶胶浓度低，室内气溶胶浓度测试值与文献[3]的测量结果一致。该建筑物地处繁华地段，而进行室外环境参数测量的地点又紧靠马路，人员、车辆活动频繁可能造成扬尘较多，使室外气溶胶浓度测量结果偏高。对比上午和下午室内呼吸区的实测数据，气溶胶在室内也有一个累积过程，人员活动及新风的输入使气溶胶含量有一定的增加。

2）上午送风口处的气溶胶浓度平均为0.0428mg/m3，下午平均浓度为0.05mg/m3，送风口处气溶胶浓度与文献[3]的测量结果类似。上午室内气溶胶浓度比管道内（除回风口外）的浓度高11.2%，下午高8.4%。上午1，2测点风口处气溶胶浓度平均为0.0465mg/m3，3，4测点平均为0.039mg/m3，浓度减小约16.1%；下午1，2测点风口处气溶胶浓度平均为0.054mg/m3，3，4测点平均为0.046mg/m3，浓度减小约14.8%，空调风管内各测点的气溶胶浓度沿程减少，表明气溶胶在该风管内还未发生二次悬浮。

3）上午送风口气溶胶浓度平均为0.0428mg/m3，回风口的气溶胶浓度平均为0.093mg/m3，下午送风口气溶胶浓度平均为0.05mg/m3，回风口的气溶胶浓度平均为0.103mg/m3，回风口气溶胶浓度约为送风口平均浓度的2倍。回风口处的气溶胶微粒浓度大幅度地增加，这是由于回风口是空调系统的汇，污染物易在回风口处富集，所以在系统回风口处加中、高效过滤器对减小管道内气溶胶浓度、减少气溶胶在管道内的沉积、延长空调风管的清洗时间、改善室内空气品质有至关重要的作用。

从以上数据可得，室内空气中的气溶胶浓度均未超过《室内空气质量标准》GB/T 18883-2002中PM10的限值（0.15mg/m3）。除此之外，本文还对颗粒物的粒度进行了详细的测量，表1为上、下午室内外粒子粒度分布的测量结果，图3为上、下午室内外粒子粒度分布图。

表1 上、下午室内外粒子粒度的测量结果

图3 上、下午室内外粒子粒度分布

从图3可以看出，室外各粒径段的粒子数明显大于室内，上午室外各粒径段的粒子数比室内分别多78.9%，148.4%，261.1%，428.9%，1092.9%，31.8%；下午室外各粒径段的粒子数比室内分别多35.7%，141.9%，321.6%，318.4%，980.4%，242.9%，其中以3.0～5.0μm的粒子数变化率最大，当为小粒径时，粒子受重力、扰动的影响较小，粒子变化率相对较小，随着粒径增大，粒子受室外车辆、人员的扰动增大导致粒子的变化率逐渐增大，当粒径大于5μm时，由于重力的影响，室内外的粒子变化率减小。室外上午、下午实测的粒度分布比较一致，室内的情况也类似，但室内和室外各粒径段的粒子数所占的比例略有差异，由于室内比室外清洁，室外粒径范围为0.3～0.5μm的粒子数约占91%，而室内则约占95%，随着粒径的增大，室内各粒径段的粒子所占的比例比室外减小。图4为室内不同粒径段的粒子浓度测量结果。

图4 室内不同粒径段的粒子分布

从粒子的粒度测量结果可得：

1）由于室内人员的活动、新风的输入使下午室内和风管内的粒子数比上午测量时有明显的增加。回风口附近各粒径段的粒子数明显高于送风口。

2）空调管道内的粒子随着粒径的增大，下一个粒径段的粒子数比上一个粒径段的粒子数基本都小一个数量级，粒子数减少得相当明显，粒径较小的粒子数（0.3μm～0.5μm）远大于粒径较大的粒子数（3.0μm ～5.0μm），粒径≥5.0μm的粒子很少。可见，空调系统内粒子的粒径范围主要集中在5μm以下，5μm以上的粒子很少或者几乎没有。

3）对于粒径较小的粒子（小于5.0μm），在风口、呼吸区、呼吸区下方粒子数的变化规律不明显，但是对于粒径较大的粒子（大于5.0μm），在呼吸区下方的粒子数明显高于呼吸区和呼吸区上方（除回风口）。

2.2 回风口过滤网清洗前后的实测分析

本次测量的时间是2013年8月8日上午10:30，是在7天后对同一风柜的5个风口进行测试，期间对回风口过滤网进行清洗一次。气溶胶微粒浓度、各粒径段粒子数的变化情况如图5所示。

图5 过滤网清洗前后气溶胶浓度及各粒径段粒子数变化

从图5可以看出：

1）回风口过滤网清洗后，送风口气溶胶浓度平均减少了56.1%，回风口浓度减小了55.9%。过滤网清洗后，由回风口进入空调风系统的粒子数大幅减少，由此可见，定期对空调系统的过滤网进行清洗，可有效减少风管内气溶胶浓度，改善室内空气品质。

2）过滤网清洗后，空调风管内粒径为0.3～0.7μm的粒子数明显增加，粒径≥0.7μm的粒子数有所减少，各粒径段的粒子数变化率分别为+10.88%，+82.65%，-27.86%，-60.75%，-58.97%，-84.2%,可以看出粒径范围0.5～0.7μm和大于5μm的粒子数变化最大。由于该风柜回风口使用的是粗效过滤网，对于小粒径的粒子过滤效果较差，所以当过滤网清洗后，粒径为0.3～0.7μm的粒子数会有所增加；但对粒径较大的粒子，洁净的粗效过滤器对大粒子的过滤作用增强，随着粒径的增大，穿透的粒子数将减少。

2.3 空调风管内长期采样数据及结果分析

表2为历时两个月（2013.8.1～2013.9.30）的空调风管中气溶胶微粒的沉积采样数据。其采样方法是：在实测空调风柜的4个出风口和1个回风口附近各放置一块采样铁片（铁皮编号与风口编号一致），2个月后，经过称重计量表明，空调风管内平均沉积量为16.8502mg/(m2·d)；但各点的测试值差别较大，从11.7468～23.7699mg/(m2·d)不等。

表2 矩形风管中气溶胶沉积的长期采样结果

1）采样铁片1、2气溶胶平均每天沉积量大于铁片3、4，但又相差不大，采样铁片1和2靠近风柜的出风口，在尚未发生二次悬浮时，粒子沿程的沉积量逐渐减少，但由于风管从开业至今从未清洗，管道内污染已较为严重，所以又相差不大。

2）《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》中明确规定，风管内的积尘量超过20g/m2时需要清洗。按上述规定，风管内的积尘量按1～4号铁片的平均值15.1202mg/(m2·d)计算，空调运行时间以每年280天计算，可预测该空调系统大约运行5年就应该清洗。

3 结论

本文实测了空调风管内及室内外气溶胶的浓度及其粒度分布，回风口过滤网清洗前后风管内气溶胶浓度及粒度的变化，和空调风管内长期采样结果并得出如下结论：

1）在对比风口、风口正下方呼吸区、呼吸区下方及室外气溶胶浓度的基础上得出室外气溶胶浓度最高，其次是室内，风管内最低（除回风口外）；回风口及其正下方的气溶胶浓度有一定的富集；对比上、下午测量结果看出室内和管道内气溶胶浓度随时间的增加有一定的增大。

2）从粒子的粒度分布看，室外各粒径段的粒子数比室内均有较大幅度的增加，空调风管系统内粒子数随着粒径的增大迅速减少，粒子的粒径范围主要集中在5μm以下，5μm以上的粒子数很少。

3）回风口过滤器清洗后，风管内气溶胶总浓度明显降低，但各粒径段粒子数的变化情况却有较大的不同，粒径<0.7μm的粒子数增加，粒径≥0.7μm的粒子数减少。

4）在该风管系统中，粒子尚未发生二次悬浮，风管内气溶胶浓度沿程减少，但从粒子长期沉积取样结果看，该风管已污染较严重，4号铁皮已与1号铁皮沉积量差距不大，急需清扫。

[1]Bluyssen P M,Cox C,Seppnen O,et al.Why,when and how do HVAC systems pollute the indoor environment and what to do about it[J].Building and Environment,2003,38(2):209-225

[2]Toivola M,Nevalainen A,Alm S.Personal exposures to particles and microbes in relation to microenvironmental concentrations [J].Indoor Air,2004,14(5):351-359

[3]赵乃妮,于丹,杨睿,等.长沙市大型公共建筑集中空调通风系统污染调查[J].建筑科学,2011,27(4):52-55

[4]陈凤娜,赵彬,杨旭东.公共场所空调通风系统微生物污染调查分析及综述[J].暖通空调,2009,39(2):50-56

Me a s ure m e nt a nd Ana lys is of Ae ros ol Pollution in Air Conditioning Sys te m

ZHANG Jie,LIU Ze-hua,NING Yong-fei,LI Hui-min
School of Urban Construction,University of South China

The concentration and size distribution of aerosol in the diffuser,breath region under the diffuser and below the breath region of an air conditioning unit in a commercial building were measured in Hengyang.The results showed that:1)The indoor aerosol concentration higher than the air conditioning duct(except air return opening);when the aerosol did not occurred secondary suspension in duct,the aerosol concentration of each measuring point decreases significantly along the way;and aerosol concentration have greatly increase in air return opening;2)From the particle size distribution seen that each range of particle size of outdoor significantly higher than indoor,the number of particle reduced rapidly as the particle size increase in ventilating and air conditioning duct,the range of particle size mainly blower than 5μm,and particle size higher than 5μm is seldom or few;3)After filter screen cleaning,aerosol content decreased significantly in supply airflow,but the changing situation of particles number of each range of particle size is different,the number of small particles(particle size is 0.3～0.7μm)increase,but the number of big particles(particle size more than 0.7μm)decrease;4）After two months,the sample dates of particles deposition in duct were measured, the result shows that the average deposition ratio of particle in duct is 16.8502mg/(m2·d);but the value difference in every test point.

air conditioning duct,aerosol concentration,particle size distribution

1003-0344（2015）05-037-5

2014-5-12

张杰（1982～），男，硕士，讲师；湖南省衡阳市南华大学城市建设学院建筑环境与设备工程教研室（421001）；0734-8282494；E-mail:zhangjie000@163.com

湖南省教育厅课题资助（12C0367）