多因素下PM2.5外窗穿透及控制研究

发布时间：2020-11-20 00:29

　　 近年来,我国大部分地区雾霾天气频发,大气颗粒物污染严重,其中细颗粒物(PM2.5)与人体健康关系密切。室外PM2.5随渗透风经由建筑围护结构缝隙穿透是室外PM2.5进入室内的主要途径之一,而现代建筑中的外窗又是PM2.5穿透的主要路径。穿透系数表征了颗粒物穿透建筑围护结构的能力,是影响室外颗粒物穿透围护结构进入室内的重要参数。由于PM2.5穿透过程受气象条件、颗粒物粒径大小、换气次数、缝隙条件等多种因素的影响,为室内PM2.5控制带来了不确定因素。为此,课题围绕多因素下PM2.5外窗穿透规律及穿透系数变化特征展开了研究。利用调查手段对雾霾影响下的开窗行为进行了调查。结果显示,开窗通风是人们久已形成的行为习惯,但在雾霾天气频发的背景下,人们的开窗行为还是受到了不同程度的影响。虽然人们对PM2.5和环境空气质量具有了解程度高、关注度低的特点,但50%以上的人在雾霾天气时还是会关闭外窗来阻隔室外PM2.5进入室内。室内外PM2.5浓度具有显著的相关性,气密性高的外窗对室外PM2.5具有更强的阻隔性能。关闭外窗条件下,达到室内相同PM2.5浓度时,气密性高的外窗能够抵御更为严重的室外PM2.5污染。PM2.5外窗穿透进入室内的浓度与外窗渗风量关系密切,基于外窗缝隙条件、外窗气密性影响因素及外窗渗风机理分析并结合缝隙法理论,给出了多因素下外窗渗透风量的计算方法,据此建立了PM2.5外窗穿透量模型。对北京地区室内外PM2.5浓度及粒径分布进行了测试,统计分析结果显示,相对湿度和风速均影响室外颗粒物的粒径分布和室内外PM2.5浓度关系。根据实测分析结果,设计了多因素PM2.5外窗穿透性能实验台,提出了以外窗气密性为基础的PM2.5穿透研究方法,并利用人工尘源进行了PM2.5外窗穿透实验。实验结果显示,室内外条件动态稳定时,穿透系数在某个区间范围内波动；整体上,粒径小于1μm的颗粒物穿透系数较大,粒径大于1μm的颗粒物的穿透系数相对较低；外窗气密性越高,颗粒物的穿透系数越低。对于质量浓度,在所有压差下,PM0.5的平均穿透系数大部分高于0.90；PM1.0的平均穿透系数分布在0.77～0.95之间；PM2.5的平均穿透系数分布在0.62～0.85之间。PM2.5外窗穿透实验发现,PM2.5质量浓度的穿透系数变化具有下述特征：在气密性4级时随着压差的增大而增加,在气密性5级和气密性6级时随着压差的增加变化幅度不大,在气密性7级时随着压差的增加明显呈现先增加后降低的趋势。根据PM2.5外窗穿透系数变化特征,建立并优化了不同气密性条件下的PM2.5外窗穿透系数模型。对我国典型城市环境PM2.5污染特点进行了分析,据此提出了基于保证率的PM2.5室外设计浓度确定方法。结合PM2.5外窗穿透量模型和PM2.5外窗穿透系数模型,得到了PM2.5外窗穿透负荷计算方法。提出了合理提高外窗气密性、保证外窗密封条质量、加强墙体预留孔口密封和定期维护等室内PM2.5被动控制策略。研究成果既可为建筑室内PM2.5浓度预测及暴露研究提供依据,又能为建筑室内PM2.5污染控制设计计算和控制策略提供指导,具有理论意义和实际应用价值。
【学位单位】：中国建筑科学研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X513;TU228
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 课题的提出
        1.1.3 研究意义
    1.2 国内外PM2.5穿透研究现状
        1.2.1 室内外PM2.5浓度关系描述参数及影响因素
        1.2.2 穿透系数实验研究现状
        1.2.3 穿透系数理论研究现状
    1.3 我国室内PM2.5污染现状
    1.4 国内外PM2.5限值要求
        1.4.1 环境PM2.5限值标准
        1.4.2 室内PM2.5限值标准
    1.5 技术路线与研究内容
        1.5.1 技术路线
        1.5.2 研究内容与章节安排
第二章 开关窗行为调查与室内外PM2.5浓度关系实测
    2.1 开关窗行为调查背景与内容
        2.1.1 调研背景与目的
        2.1.2 调研方法与内容
        2.1.3 问卷分布情况
    2.2 雾霾影响下的开关窗行为调查结果分析
        2.2.1 开窗时间
        2.2.2 PM2.5的认知与关注
        2.2.3 雾霾对开关窗行为的影响
        2.2.4 室内PM2.5控制措施的了解及应用
    2.3 建筑室内PM2.5污染来源
        2.3.1 室内源
        2.3.2 室外源
    2.4 室内外PM2.5浓度关系实测分析
        2.4.1 实测描述
        2.4.2 室内外PM2.5浓度关系
        2.4.3 不同气密性外窗对PM2.5的阻隔作用
        2.4.4 室内外PM2.5浓度I/O比
    2.5 本章小结
第三章 PM2.5外窗穿透理论与穿透量模型研究
    3.1 外窗气密性能分析
        3.1.1 外窗类型
        3.1.2 外窗缝隙类型与表征
        3.1.3 外窗气密性能影响因素
        3.1.4 气密性能标准要求
    3.2 PM2.5外窗穿透机理分析
        3.2.1 运动受力分析
        3.2.2 穿透机理
        3.2.3 穿透系数机理模型
        3.2.4 穿透系数实验模型
        3.2.5 穿透系数影响因素分析
    3.3 外窗渗风机理与渗透风量计算
        3.3.1 渗风机理分析
        3.3.2 缝隙法理论与计算方法
        3.3.3 缝隙渗风的多因素影响及修正
        3.3.4 多因素下外窗渗透风量计算
    3.4 PM2.5外窗穿透量模型
        3.4.1 外窗穿透量影响因素
        3.4.2 外窗穿透量建模思路
        3.4.3 PM2.5外窗穿透量模型
    3.5 本章小结
第四章 室内外PM2.5影响因素与穿透实验设计
    4.1 气象条件对室外PM2.5的影响
        4.1.1 研究方法
        4.1.2 室外PM2.5污染特征
        4.1.3 典型气象因素与室外PM2.5浓度的相关分析
        4.1.4 不同气象条件下室外颗粒物粒径分布
    4.2 典型气象因素对室内外PM2.5的影响
        4.2.1 研究方法与数据处理
        4.2.2 室内外PM2.5质量浓度结果
        4.2.3 风速对室内外PM2.5影响分析
        4.2.4 相对湿度对室内外PM2.5影响分析
    4.3 PM2.5外窗穿透实验设计
        4.3.1 实验功能与构成
        4.3.2 主要装置与控制
        4.3.3 测试设计
    4.4 本章小结
第五章 多因素下PM2.5外窗穿透规律分析
    5.1 研究方法的提出
    5.2 实验方案与实施
        5.2.1 实验思路与测试工况
        5.2.2 外窗气密性检测
        5.2.3 测点布置与设备材料
        5.2.4 实验实施
    5.3 PM2.5外窗穿透数量浓度变化规律
        5.3.1 气密性4级下PM2.5外窗穿透数量浓度变化
        5.3.2 气密性5～7级下PM2.5外窗穿透数量浓度变化
        5.3.3 数量浓度穿透规律综合分析
    5.4 PM2.5外窗穿透质量浓度变化规律
        5.4.1 气密性4级下PM2.5外窗穿透质量浓度变化
        5.4.2 气密性5～7级下PM2.5外窗穿透质量浓度变化
        5.4.3 质量浓度穿透规律综合分析
    5.5 本章小结
第六章 穿透系数变化特征与阻隔控制研究
    6.1 外窗穿透系数变化与分布
        6.1.1 外窗穿透系数计算方法
        6.1.2 外窗穿透系数变化趋势
        6.1.3 外窗穿透系数分布
    6.2 外窗穿透系数变化特征分析
        6.2.1 数量浓度穿透系数变化特征
        6.2.2 质量浓度穿透系数变化特征
    6.3 PM2.5外窗穿透系数模型
        6.3.1 压差的参数化表达
        6.3.2 PM2.5外窗穿透系数模型建立
        6.3.3 PM2.5外窗穿透系数模型优化
    6.4 外窗阻隔性能与控制
        6.4.1 外窗阻隔性能分析
        6.4.2 PM2.5外窗穿透负荷
        6.4.3 PM2.5被动控制策略
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
在学期间发表的主要论文
在学期间申请的专利
在学期间参加的主要科研课题
致谢


本文编号：2890663