考虑气溶胶污染高效防控的住宅卫浴空间通风设计关键参数研究

作     者：丁宝莹 

作者单位：重庆科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘炜;刘少武

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0706[理学-大气科学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：气溶胶污染 卫浴空间 数值模拟 建筑通风 颗粒物污染 

摘      要：卫浴空间是现代城市住宅室内必备的基础设施,也是室内生物气溶胶污染和挥发性臭气污染的主要来源地。卫浴空间的污染问题严重影响住宅室内居住环境品质及居民身心健康。多项研究发现卫浴空间气溶胶传播是新冠肺炎病毒在高密度住宅空间中垂直传播和水平传播的主要途径。建设安全健康的卫浴空间环境、高质量高标准推进“厕所革命已成为民生改善重大关切和新冠肺炎疫情防控的迫切需求。本文采用数值模拟和现场实验,对不同排风系统关键参数设计下的卫浴空间室内气溶胶污染的防控效果进行定量分析;提出基于气溶胶污染防控的住宅卫浴空间高效通风系统设计方法和关键参数。本文首先建立了卫浴空间模型,选取气溶胶作为卫浴空间典型污染源,利用软件Ansys Fluent 2021 R1进行数值模拟。在得出侧下排风方式下排出效果优于自然通风和顶部排风的基础上,拟定数值模拟排风速度为0.5 m/s、0.7 m/s、1.0 m/s、1.3 m/s、2.2 m/s、2.9 m/s;排风口高度距地面200 mm、300 mm、400 mm、500 mm;排风口方向为沿开间方向、沿进深方向、垂直地面的具体排风参数进行模拟。数值模拟结果表明:在其他条件不变的情况下,随着速度的增加有利于污染物的排除,当风速为1.3 m/s以上时可达到较好的气溶胶污染排除效果;在其他条件不变的情况下,排风口高度距地面300 mm时,排风系统对污染物的排除效果最佳;在其他条件不变的情况下,排风口方向沿进深方向时,排除效果最佳。其次,本文通过现场实验,比较三种不同通风方式下在600 mm和1500 mm高度采样点真菌和细菌浓度平均净化率和基于基因测序方法对细菌和真菌净化效度分析可得到如下结论:在侧下排风条件下,对真菌和细菌微生物气溶胶净化效果都优于其他通风方式,侧下排风真菌和细菌的平均净化率最高达到57.96%和92.27%,大于自然通风和顶部排风。对颗粒物而言,在侧下排风条件下,PM和PM浓度在600 mm高度和1500mm高度浓度明显低于顶部排风和自然通风;侧下排风条件下细菌Shannon指数低于顶部排风,chao指数低于顶部排风,表明侧下排风对空气中的细菌多样性具有一定影响,且能降低细菌的相对丰度。而真菌侧下排风条件下的Shannon指数低于顶部排风,但chao指数并未降低,表明侧下排风能降低真菌的多样性,但对真菌的相对丰度未有显著的影响。因此,现场实验也证明:相比于自然通风和顶部排风,侧下排风可更有效地将排除卫浴空间气溶胶污染,且对真菌和细菌多样性和相对丰度具有一定的影响。在得出侧下排风净化效果最佳的基础上,本文对侧下排风设计的关键参数(风速、风口方向、风口高度)也进行实验验证,对于真菌、细菌和颗粒物污染而言,在其他条件相同时改变排风速度,当风速为1.3 m/s以上时可达到较好的气溶胶污染排出效果,且考虑到节能和舒适性,风速大于1.3 m/s增加了能耗,综合考虑风速1.3 m/s最佳;在其他条件相同时改变排风口高度,距地面300 mm高度的净化效果最好;在其他条件相同时改变排风口方向,排风口方向沿进深方向的净化效果最好。上述实验结果与数值模拟结果吻合良好。综上所述,本文考虑气溶胶污染高效防控,通过数值模拟和现场实验,提出了住宅卫浴空间通风设计的关键参数(侧下排风、排风速度1.3 m/s、风口距地面300 mm、排风口方向沿卫浴空间进深方向),为新冠肺炎等可通过卫浴空间气溶胶传播的传染性呼吸道疾病的防控、及安全健康卫浴空间环境的建设提供基础技术支撑,具有重要的社会应用价值。