通风空调管道内灰尘沉积的研究进展

杜乐

摘要：通风空调管道中的空气流通常为湍流，湍流中的灰尘粒子沉积速度受一系列因素的影响，包括粒子的大小和特性、湍动强度、气流的温度、沉积面的位置、粗糙度等。即使在最简单的通风系统中，由于流动的复杂性和表面的多样性，粒子沉积速度沿流程变化很大，且在中国的气候条件下，通风空调使用环境均有其特殊性。掌握关于粒子在管底、管壁和管顶的沉积规律，可以全面地理解通风管道中的粒子行为以及有效预测通风空调系统中的粒子损失，对实现通风管道内粒子沉积过程机理及其效果进行定量化评判、提高通风空调工程送风效果的可预见性、改善室内空气质量和病态建筑综合症有理论和实践指导作用。本文介绍了通风空调管道内的灰尘沉积情况，分析了通风空调管道内灰尘沉积的研究

现状，指出了下一步的研究方向。

关键词：通风空调；管道内灰尘沉积；研究进展；

目前，国内外暖通空调行业的发展均面临着节能与改善室内空气质量两大挑战。提高送风质量、控制室内环境污染已成为世界各国普遍关注的焦点问题。造成室内空气质量不佳的原因很多，其中之一是通风管道内部的灰尘沉积，它对送风质量具有直接、重要的影响，但没有引起人们的足够重视。

一、通风空调管道内的灰尘沉积现象

通风空调管道内的空气流通常为湍流状态，空气流中携带的灰尘粒子受重力沉降等作用而沉积到管道表面上。通风空调管道内的灰尘沉积对送风质量造成了影响，带来了一些室内空气质量问题：

1.通风空调管道内的灰尘沉积物一方面可能影响进入室内的灰尘粒子的粒径分布和浓度大小；另一方面可能会成为其他污染物的污染源，细菌和真菌可在沉积物表面生长，加重室内空气的生物气溶胶污染；此外，沉积的灰尘可引起二次污染。通风空调管道成为灰尘粒子、微生物、病菌等的培养基地。

2.灰尘沉积物与管道表面（特别是金属表面）发生化学反应，进一步污染了送风气流、降低了送风质量。

3.管道内灰尘的沉积对系统运行也有一定程度的影响。在长期运行的通风管道不同部位沉积的大量灰尘会增加系统阻力、减少送风量，降低通风空调系统的整体性能。

二、灰尘沉积的污染现状调查

1.空调通风系统的污染源来自内部和外界两方面。外界的污染主要源于风沙、工厂排放的烟气、汽车尾气、施工现场扬尘等；内部污染主要是因室内的污染物得不到及时排除，进而参与室内空气循环造成的。室内空气污染来自于集中式空调通风系统的占42%-53%，主要污染物为灰尘和微生物。空气中的粒子物包括降尘、总悬浮粒子物、可吸人颗粒物和细粒子物。粒子物分散于气态介质中则形成气溶胶。表征气溶胶粒子性质的因素主要包括粒子的形状、大小、密度、粒径分布以及浓度等。

2.空气中的悬浮粒子有灰尘、烟和雾。灰尘包括所有固态分散性微粒；烟包括所有固态凝集性微粒、液态粒子、固态粒子因凝结作用而产生的微粒，以及从液态粒子过渡到晶态粒子而产生的微粒；雾包括所有液态分散性微粒和液态凝集性微粒，微粒大小因生成状态而异。烟雾有液态和固态两种，通常情况下是指由燃烧产生的能见气溶胶，不包括水蒸气，与雾有一定差别。通风空调管道中的灰尘一般为固态分散性粒子和固态凝集性粒子。通风空调系统内不同部位的灰尘沉积情况不一样，对于送风管，灰尘沉积量最大的部位是风管的底面，其次是侧面和顶面。我国集中式空调通风管道内部的灰尘沉积状况非常惊人。2009年，重庆卫生监督所对8个公共场所的集中式空调通风系统进行了抽检。结果表明，积尘污染中等的6家，严重污染的2家；细菌全部严重超标，近半数空调房间内的送、排风口表面有积尘与霉斑。

3.根据对通风空调管道灰尘沉积现状的调查可知，现有通风管道中的主要污染物为灰尘粒子和微生物，它们对通风空调系统的性能及室内空气质量产生了不容忽视的影响。了解通风空调管道内灰尘的沉积规律有利于提高通风空调系统送风效果的预见性，对通风管道及设备进行定期检查和清洗有利于改善室内空气质量。

三、研究进展

1.随着对灰尘污染问题的重视，关于湍流中粒子沉积的实验文献逐渐增多，但多数粒子沉积实验对象没有针对各种材质和表面的通风管道，且对通风管道中不同粒径范围粒子沉积规律的研究还不系统。目前，需要进行通风空调管道中粒子沉积实验研究的系统化工作有：选用通风系统中的各种管材（不同材料、不同粗糙度）作为粒子的沉积面，把不同规格（通风系统中包含的全部粒径范围的粒子）、不同材料的粒子作为研究对象，采用先进的测试仪器和合理可行的实验手段系统化地研究通风管道中的粒子沉积规律，使其能正确指导通风空调实际工程。

2.把握通风空调管道内粒子沉积的规律不仅有助于模拟建筑物内部的粒子大小和浓度分布情况，而且有助于改善通风空调系统空气质量，为室内空气污染控制提供理论指导。

（1）根据各种规格的灰尘粒子在通风管道各表面沉积速度的预测结果，可分析不同大气环境下通风空调系统过滤器和风道的积尘情况以及出风灰尘粒子的粒径分布情况，预测空调通风系统中过滤器和风道的清洗年限：第一，分析不同过滤效率下进入系统的灰尘粒子总量的变化，以及灰尘粒子粒径的变化。第二，过滤器出口灰尘粒子的粒径分布。第三，过滤器不同效率（粗、中、高效过滤器）下，过滤器的最长运行时间也即清洗过滤器的时间。第四，不装过滤器或安装不同效率的过滤器情况下，风道的清洗时间。工程实践中如何优化过滤器和管道的清洗周期目前还需在经济效益和技术分析上作一些对比研究。

（2）粒子沉积是灰尘粒子在空气中最为重要的空气动力学行为，正是由于粒子在物体表面的沉积作用，才使得粒子对人体、物品或者设备产生危害。因此，研究通风空调管道内灰尘粒子的沉积情况不仅能指导通风空调工程实践，而且也是对粒子在肺部的沉积以及人体粒子物暴露量作出有效评估或对物品、设备危害程度作出评估的重要的一步。

3.目前的研究水平虽对粒子在管底面和侧壁的沉积在理论上有了比较清楚的认识。但由于多相湍流的复杂性，至今仍未能将解决多相流问题的方法、技术或理论完全统一起来，未形成以严格的数学理论为基础，推导和构造出具有严密内在联系与不同适用范围的粒子运动行为体系。研究的新动向应是：建立统一的理论和应用技术体系方法，深入研究不同环境中尘埃粒子的迁移和沉积规律，是学科向纵深发展和相关环境技术进步的迫切要求。

目前各个国家现有的大多数标准、规程并不关心通风空调管道内的灰尘沉积问题，标准、规程的注意力主要放在了通风空调系统设备故障维修方面，然而管道积尘所引发的空气质量下降是惊人的。英国的一项联合调查表明，对于英国的送风条件，80%以上的业主和管理人员倾向于定期清洗过滤器，但是对风道内的积尘问题仅知道其存在、而不知道灰塵沉积的程度和评估办法[5]。目前，英国、法国等欧洲国家及日本、新加坡等亚洲国家在集中式空调系统新建及改造中，不仅开始注意进风口要远离污染源，而且也开始采用定期清洗过滤器、表冷器以减少管道内部灰尘沉积、提高室内空气质量的管理技术。

参考文献：

[1] 范林.中央空调风管清洗改善室内空气品质[J].清洗世界，2004，20（4）：14—18.

[2]GB50411—2007，建筑节能工程施工质量验收规范[S].

[3]王卓然，盛宏.浅谈建筑暖通空调工程的节能减排设计[J].黑龙江科技信息，2013年10期.