室内PM2.5时空分布规律及监测数据修正方法研究

作     者：洪国祥 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：廖春晖

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：PM2.5质量浓度 气流组织形式 质量守恒 监测数据 优化方程 

摘      要：2013年,“雾霾成为年度关键词,其主要成分为细颗粒物(PM2.5),即可以进入人体肺部的空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物质。室内PM2.5质量浓度是影响室内空气质量(IAQ)的重要因素之一,如何正确监测室内PM2.5是一个亟待讨论和解决的问题。目前,一般采用抽样检测的方法来确定室内PM2.5浓度,相关标准要求室内PM2.5的采样时间至少为8小时,采样检测的方法需要花费较长时间,导致HVAC系统不能实时响应,因此实时监测是必然的选择。但是,目前对于监测点位置的选择还没有科学合理的统一规定。室内环境监测是一个长期的行为,与室内人员活动紧密结合在一起,不能像采样检测一样,在室内呼吸区高度均匀布置多个测点,而应在不影响人员活动的壁面、天花板等处布置少量测点。因此,非常有必要对室内PM2.5监测点位以及监测值进行优化。本文将针对建筑室内环境,结合实验研究和CFD数值模拟,通过分析室内PM2.5时空分布特征,找出壁面监测点处的监测数据与呼吸区浓度水平的关系。本文首先对国内外关于室内PM2.5浓度检测与监测的标准、规范进行了归纳,分析现有方法在实际应用中的问题和不足,同时针对室内PM2.5扩散和分布的相关研究进行了文献综述。其次,利用CFD数值模拟,结合正交试验设计方法,讨论了气流组织形式、房间长宽比、房间面积、污染源强度、污染源位置、换气次数这六种因素对室内PM2.5质量浓度分布均匀性的影响,研究发现气流组织形式是影响室内PM2.5分布的最关键因素,进而选择上送上回、上送下回、置换通风和地板送风四种气流组织模式作为首要因素进行实验分析。然后,本文基于通风房间PM2.5质量守恒方程,通过实验研究,求出实验环境下污染源中PM2.5散发速率和找到呼吸区PM2.5质量浓度均值与送风PM2.5浓度的关系(趋向于幂函数的关系),预测出上送上回、上送下回和地板送风工况下呼吸区PM2.5质量浓度C随时间t的扩散和衰减规律。扩散方程基本形式为C=t(at+yt+δ)+ε,衰减方程基本形式为C=(α+e-b(ε+λt))/b。最后,以实验室监测数据为主体并结合实际室内环境的监测情况,得到了侧墙12个监测点的修正方程以及修正系数的大小。其中,各气流组织下监测点PM2.5质量浓度C与呼吸区C均值均呈线性关系,修正方程为C=βC+α。