一種箱體內(nèi)超細(xì)微粒沉積系數(shù)及平均凝并系數(shù)的測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種室內(nèi)空氣污染物測試裝置和方法，具體設(shè)及一種氣溶膠超細(xì)微粒 在密封箱體內(nèi)的沉積系數(shù)和平均凝并系數(shù)的測試系統(tǒng)和分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，加上室內(nèi)裝修和裝飾 材料的污染，空氣源已成為影響人體健康的隱形殺手。人類68%的疾病與空氣污染有關(guān)； 世界衛(wèi)生組織把室內(nèi)空氣污染列為18類致癌物質(zhì)之首。全球污染最嚴(yán)重的20個城市，有 16個在中國。隨著人們環(huán)境意識的增強(qiáng)和生活水平的提高，越發(fā)認(rèn)識到清潔空氣對人身健 康的重要性。
[0003] 目前在我國，氣溶膠顆粒物污染是絕大部分城市的首要污染物。顆粒物質(zhì)（PM)是 由酸類、有機(jī)化學(xué)、金屬、和±壤或塵埃粒子組成的顆粒和液滴。人們根據(jù)顆粒的產(chǎn)生及在 人體呼吸道沉積位置將顆粒分為3類：超細(xì)微粒（顆粒直徑< 0. 1 y m)，細(xì)顆粒PM2. 5 (顆 粒直徑< 2. 5 y m)，粗顆粒PM10 (顆粒直徑< 10 y m)。大多燃燒源PM2. 5并非直接生成，而 是由超細(xì)微粒經(jīng)過凝并W及一系列大氣化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成。因此，超細(xì)微粒作為PM2. 5的 前體物質(zhì)，研究其在空氣中的傳輸動力學(xué)原理，對分析PM2. 5的排放來源W及設(shè)計空氣凈 化裝置具有重要意義。
[0004] 超細(xì)微粒由于粒徑非常細(xì)小，其在大氣顆粒物中所占質(zhì)量比例并不高，但超細(xì)微 粒的數(shù)量非常多。因此，通常研究超細(xì)微粒的方法是對其數(shù)量濃度的遷移變化進(jìn)行分析。 在超細(xì)微粒的傳輸過程中，往往會同時發(fā)生沉積與凝并的現(xiàn)象。超細(xì)微粒沉積是在布朗運 動、重力、熱泳力、W及靜電力作用下撞擊到壁面的現(xiàn)象，很難直接測量；超細(xì)微粒凝并是超 細(xì)微粒之間相互碰撞而團(tuán)聚形成新的顆粒物的現(xiàn)象。沉積與凝并是引起超細(xì)微粒數(shù)量發(fā)生 較大變化的主要原因。該兩種現(xiàn)象往往在超細(xì)微粒運動過程中同時發(fā)生，其相同點是都會 引起顆粒物數(shù)量的減少，不同點是沉積會使得顆粒物總體質(zhì)量的降低，凝并并不直接減少 空氣中顆粒物的質(zhì)量。但該兩種現(xiàn)象同時發(fā)生的時候，很難直接區(qū)分顆粒物受到哪種因素 的影響更大。氣溶膠微粒的排放管道或者是類似空氣凈化器的箱體，都會存在超細(xì)微粒的 沉積與凝并同時發(fā)生的現(xiàn)象，評估其值的大小對該對于預(yù)測排放或者是設(shè)計新型空氣凈化 器非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的設(shè)計一種箱體內(nèi)超細(xì)微粒的沉積和平均凝并系數(shù)進(jìn)行測試系統(tǒng)和 分析方法，具體技術(shù)方案如下：
[0006] 一種箱體內(nèi)超細(xì)微粒沉積系數(shù)及凝并系數(shù)的測試系統(tǒng)，主要包括密封箱體、混合 風(fēng)扇、肥PA過濾器、空氣進(jìn)入管道、抽氣真空累、閥口 1、抽氣管道、氣溶膠發(fā)生器、氣溶膠微 粒、連接管道、閥口 2、超細(xì)微粒粒徑譜測試儀、電腦、通訊電纜、環(huán)境溫濕度及壓力測試儀。 密封箱體頂部吊裝混合風(fēng)扇；箱體外空氣經(jīng)過肥PA過濾器凈化處理后由空氣進(jìn)入管道連 接箱體；抽氣真空累通過閥口和抽氣管道連接到密封箱體；氣溶膠發(fā)生器放置在密封箱體 底部中央；氣溶膠發(fā)生器在密封箱體內(nèi)釋放氣溶膠微粒；超細(xì)微粒粒徑譜儀由閥口 2和連 接管道采樣測試密封箱體內(nèi)氣溶膠微粒；超細(xì)微粒采樣測試所得超細(xì)微粒數(shù)據(jù)通過通訊電 纜傳輸?shù)诫娔X；環(huán)境溫濕度及壓力測試儀放置在箱體內(nèi)檢測箱體內(nèi)的溫度、濕度及壓力。
[0007] 本發(fā)明通過氣溶膠發(fā)生器生成多分散的氣溶膠微粒，氣溶膠微粒生成數(shù)量的多少 可氣溶膠發(fā)生器控制。
[000引所述的肥PA過濾器的過濾效率在99. 99% W上。
[0009] 所述的氣溶膠發(fā)生器在密封箱體內(nèi)產(chǎn)生的超細(xì)微粒數(shù)濃度范圍在0?1〇8個/皿3，
[0010] 所述的超細(xì)微粒粒徑譜測試儀測量的超細(xì)微粒數(shù)濃度范圍在0?1〇8個/cm 3,測 量的顆粒物粒徑范圍在5nm?1 ym，粒徑譜分段數(shù)在32個W上。氣溶膠微粒在密封箱體內(nèi) 的擴(kuò)散通過混合風(fēng)扇作用，均勻分布在密封箱體內(nèi)部。
[0011] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的；1)密封箱體潔凈：啟動超細(xì)微粒粒徑 譜測試儀，監(jiān)測箱體內(nèi)顆粒物數(shù)濃度的同時，儀器會抽取密閉箱體內(nèi)的空氣，同時從外部進(jìn) 入的空氣經(jīng)過肥PA凈化后進(jìn)入箱體內(nèi)，當(dāng)粒徑譜測試儀監(jiān)測到箱體內(nèi)數(shù)濃度接近與零的 時候，可W認(rèn)為密閉箱體已經(jīng)被凈空，該時關(guān)閉超細(xì)微粒粒徑譜測試儀，同時關(guān)閉管道閥 n。
[0012] 2)超細(xì)微粒沉積率測試：啟動氣溶膠發(fā)生器，同時啟動混合風(fēng)扇，打開閥n，同時 啟動超細(xì)微粒粒徑譜測試儀，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超細(xì)微粒數(shù)濃度值達(dá)到1〇3個/cm 3級別時，關(guān)閉氣溶膠 發(fā)生器。
[0013] 讓密閉箱體內(nèi)超細(xì)微粒發(fā)生自然沉積，連續(xù)監(jiān)測3分鐘左右，記錄數(shù)據(jù)，按下面公 式計算不同粒徑段的超細(xì)微粒沉積率。
【主權(quán)項】
1. 一種密封箱體內(nèi)超細(xì)微粒的沉積系數(shù)和平均凝并系數(shù)測試系統(tǒng)，主要包括1密封箱 體、2混合風(fēng)扇、3 HEPA過濾器、4空氣進(jìn)入管道、5抽氣真空泵、6閥門、7抽氣管道、8氣溶 膠發(fā)生器、9氣溶膠微粒、10連接管道、11閥門、12超細(xì)微粒粒徑譜測試儀、13電腦、14通訊 電纜、15環(huán)境溫濕度及壓力測試儀，密封箱體1頂部吊裝混合風(fēng)扇2 ;箱體外空氣經(jīng)過HEPA 過濾器3凈化處理后由空氣進(jìn)入管道4連接密封箱體1 ;抽氣真空泵5通過閥門6和抽氣 管道7連接到密封箱體1 ;氣溶膠發(fā)生器8放置在密封箱體1底部中央；氣溶膠發(fā)生器在密 封箱體1內(nèi)釋放氣溶膠微粒9 ;超細(xì)微粒粒徑譜測試儀12由閥門11和連接管道10采樣測 試密封箱體1內(nèi)氣溶膠微粒9 ;超細(xì)微粒粒徑譜測試儀12采樣測試所得氣溶膠微粒9數(shù)據(jù) 通過通訊電纜14傳輸?shù)诫娔X13 ;環(huán)境溫濕度及壓力測試儀15放置在箱體內(nèi)檢測箱體內(nèi)測 試空氣溫度、濕度及壓力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述本發(fā)明的測試裝置，其特征在于：將超細(xì)微粒粒徑譜測試儀12 的抽氣量納入到超細(xì)微粒衰減的計算公式，作為換氣率引入到公式，通過安裝HEPA過濾器 3將外界環(huán)境的顆粒物進(jìn)行過濾，排除外界顆粒物的干擾，通過加裝頂部的混合風(fēng)扇2,在 超細(xì)微粒的排放過程中，轉(zhuǎn)動混合風(fēng)扇2,使密封箱體1內(nèi)空氣和顆粒物快速混合均勻。
3. -種對密封箱體內(nèi)超細(xì)微粒的沉積和平均凝并系數(shù)的測試手段和計算方法，其特征 在于，包括下述步驟： 1) 密封箱體1潔凈：打開閥門11，打開閥門6,啟動真空抽氣泵，同時啟動超細(xì)微粒粒 徑譜測試儀12,抽取密閉箱體1內(nèi)的空氣的同時，監(jiān)測密封箱體1內(nèi)顆粒物數(shù)濃度的變化， 從外部進(jìn)入的空氣經(jīng)過HEPA過濾器3凈化后進(jìn)入箱體內(nèi)，當(dāng)超細(xì)微粒粒徑譜測試儀12監(jiān) 測到超細(xì)微粒數(shù)濃度接近零的時候，可以認(rèn)為密閉箱體已經(jīng)被潔凈，這時關(guān)閉超細(xì)微粒粒 徑譜測試儀12,同時關(guān)閉閥門6、閥門11 ; 2) 超細(xì)微粒沉積率測試：啟動氣溶膠發(fā)生器8,同時啟動混合風(fēng)扇2,打開閥門11，同時 啟動超細(xì)微粒粒徑譜測試儀12,當(dāng)發(fā)現(xiàn)超細(xì)微粒數(shù)濃度值達(dá)到或超過IO 3個/cm 3時，關(guān)閉 氣溶膠發(fā)生器8,停止混合風(fēng)扇2,讓密閉箱體1內(nèi)超細(xì)微粒發(fā)生自然沉積，連續(xù)監(jiān)測3分鐘 左右，記錄數(shù)據(jù)，以時間為橫坐標(biāo)，超細(xì)微粒數(shù)濃度值為縱坐標(biāo)，對不同粒徑的超細(xì)微粒衰 減作圖，并按公式（1)對超細(xì)微粒的衰減進(jìn)行最小二乘法擬合，計算得出帶有粒徑分辨率 的超細(xì)微粒沉積系數(shù)； 3) 超細(xì)微粒平均凝并系數(shù)測試：啟動氣溶膠發(fā)生器8,同時啟動混合風(fēng)扇2,打開閥門 6和閥門11，同時啟動超細(xì)微粒粒徑譜測試儀12,當(dāng)發(fā)現(xiàn)超細(xì)微粒數(shù)濃度值達(dá)到IO 5個/cm3 級別以上時，關(guān)閉氣溶膠發(fā)生器8,停止混合風(fēng)扇2,讓密閉箱體1內(nèi)超細(xì)微粒發(fā)生自然沉 積和凝并，連續(xù)監(jiān)測3分鐘左右，記錄數(shù)據(jù)，確定超細(xì)微粒GMD (幾何平均直徑），按照公式 (1)式確定沉積系數(shù)，按公式（2)計算得出平均凝并率系數(shù)k值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于空氣凈化領(lǐng)域的氣溶膠超細(xì)微粒在箱體內(nèi)發(fā)生沉積和凝并時的測試裝置和分析方法。所述的裝置主要包括密封箱體、混合風(fēng)扇、HEPA過濾器、空氣進(jìn)入管道、抽氣真空泵、閥門1、抽氣管道、氣溶膠發(fā)生器、氣溶膠微粒、連接管道、閥門2、超細(xì)微粒粒徑譜測試儀、電腦、通訊電纜、環(huán)境溫濕度及壓力測試儀。所述的方法是先測試低濃度超細(xì)微粒的衰減，得出不同粒徑的超細(xì)微粒沉積系數(shù)，再通過高濃度超細(xì)微粒的演變，由Bernouli方程求解出平均凝并系數(shù)。本發(fā)明試驗系統(tǒng)清晰完整，計算分析方法正確合理，對于定量確定污染源微粒排放因子以及設(shè)計和評估新型空氣凈化器凈化效率具有重要價值。
【IPC分類】G01N15-04, G01N15-00
【公開號】CN104568685
【申請?zhí)枴緾N201510016477
【發(fā)明人】孫在, 李孝祿, 李運堂, 陳秋方, 蔡志良, 汪晗
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月9日