论文总字数：28351字

摘 要

本文研究了一种利用空气净化器产生的洁净空气量（CADR）进行辅助计算，以空气中的颗粒物PM_2.5为示踪物质测量房间换气次数的方法。并通过目前使用最为广泛的二氧化碳下降法对其进行了验证。

换气次数是影响室内空气质量的关键因素，同时也是影响建筑能耗的重要因素之一。但目前国内外常用的测量换气次数方法为示踪气体法，其中最广泛使用的二氧化碳下降法存在一个显著问题，即测量期间室内不能有人员存在。因此需要找到一种不受室内人员停留影响，使测量工作不会对房间的日常使用造成太大影响的测量换气次数的方法。

本文基于室内颗粒物的质量平衡方程，建立了颗粒物浓度集总参数模型。通过分析其基本原理和模型简化过程，提出了一种新的测量房间换气次数的方法，有效解决了目前使用最为广泛的二氧化碳浓度衰减法测量房间换气次数时对测量房间内不得有人员存在的限制。该方法需要在被测量房间内设置可提供恒定且已知的洁净空气量（CADR）的空气净化器，通过对测得的室内外颗粒物逐时变化浓度数据进行迭代拟合得到房间的通风换气量，从而依据房间体积求出房间换气次数。经与该实验同时同地进行的用二氧化碳下降法测量的实验验证可得该方法得到的结果具有合理的准确性。

关键词：换气次数，PM_2.5，洁净空气量，二氧化碳下降法，空气品质

Abstract

In this thesis, a method of measuring the air change rate by using CADR produced by the air purifier and using PM_2.5 as tracer material is studied. And it is validated by the most widely used CO₂ concentration decay method.

The air change rate is an important factor affecting the indoor air quality, and the indoor air quality of buildings will have an impact on human health, indoor comfort and staff efficiency. At the same time, the air change rate is also a significant factor affecting building energy consumption. But nowadays, tracer gas method is commonly used to measure the air change rate, and the most widely used decay method using carbon dioxide as tracer gas has a significant problem, that is, during the measurement period, human will not be allowed to presence in the room. Thus, it is important to find a new method to measure the air change rate, which will not be affected by the indoor occupants and the measurement work will not influence the normal use of the room.

Based on the mass balance equation of indoor particulate matter, a lumped parameter model of particulate matter concentration is established in this paper. By analyzing the basic principle and model simplification process, a new method for measuring the air change rate is proposed, which effectively solves the human effect problem of the CO₂ concentration decay method. This method needs to install an air purifier which can provide constant and known CADR in the measured room. The ventilation volume of the room can be obtained by iterative fitting of the measured indoor and outdoor particle concentration data, and the air change rate can be calculated. The results obtained by this approach are proved to be reasonable by simultaneous measurement with CO₂ concentration decay method.

KEY WORDS: air change rate, PM_2.5, CADR, CO₂ concentration decay method, air quality

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 现有换气次数测量方法及其应用 1

1.3 现有方法的局限性 2

1.4 本文的研究目的和主要研究内容 2

1.5 本章小结 3

第二章 实验原理及步骤 4

2.1 换气次数计算方法 4

2.2 模拟实验 7

2.3 实验仪器及测点布置要求 9

2.4 实验地点 9

2.5 仪器校准 12

2.6 实验步骤 13

2.6.1 室内外颗粒物浓度数据采集步骤 13

2.6.2 数据处理步骤 13

2.6 本章小结 16

第三章 验证实验 17

3.1 利用二氧化碳作为示踪气体测量房间换气次数的方法 17

3.2 二氧化碳下降法测量换气次数原理 18

3.3 仪器校准 20

3.4 验证实验步骤 20

3.4.1 室内外CO₂浓度数据采集步骤 21

3.4.2 数据处理步骤 21

3.5 本章小结 23

第四章 实验结果及分析 24

4.1 实验结果与验证实验结果的对比 24

4.2 实验误差分析 26

4.2.1 忽略沉降系数k及通风换气量Q造成的系统误差分析 26

4.2.2 验证实验结果的影响因素分析 26

4.2.3 空气净化器提供的洁净空气量的选择对实验结果产生的影响 28

4.2.4 仪器精度对实验结果产生的影响 28

4.3 本章小结 28

第五章 结论与展望 30

5.1 实验结论 30

5.2 存在的不足 31

5.3 展望 31

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

1.1 引言

在世界经济进展飞速的当代社会，人们对空气品质的要求也越来越高。换气次数对室内环境质量（IEQ）和建筑能耗都有很大影响。利用室外空气对房间进行通风可以去除室内排放的水分和污染物，因此建筑物房间通常需要足够高的通风换气量，以避免由换气次数过低所引发的诸如室内环境舒适度降低、人员健康受影响问题以及由此产生的人员工作效率降低的问题。此外，从目前全球的能源消耗比重来看，建筑是能源消耗的重要对象和温室气体排放的主要来源，而供暖、通风和空调系统是建筑能源服务中最必不可少的组成部分，约占建筑能耗的50%，过高的通风换气量会使建筑的能源消耗量进一步增加并产生额外的能源相关成本，因此设计合理的通风换气量就成为了控制建筑能耗的重要手段之一。综上所述，换气次数作为评价室内空气质量以及评估建筑能源消耗情况的关键参数，其测量就变得非常重要^[1]。

近年来，随着颗粒物对人体健康的影响日益严重，人们对颗粒物也越来越重视，并对颗粒物粒子在室内外的分布、运动做了大量研究。其中可吸入悬浮颗粒（PM_2.5）为空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物。它以气溶胶的形式存在于空气中，在空气中稳定存在。其来源主要有两种，即自然源和人为源。作为颗粒物质的典型成分，可吸入悬浮颗粒（PM_2.5）可导致囊性纤维化疾病，并使心血管和呼吸系统疾病的发病率和死亡率增加^[2]。虽然一定浓度以上的颗粒物悬浮会对人体产生影响，但由于其在空气中天然存在，分布均匀且稳定，因此将其作为测量换气次数的示踪物质是一个很好的选择。

1.2 现有换气次数测量方法及其应用

目前国内外主要使用示踪气体法来测量房间的通风换气次数。示踪气体法测量换气次数是先以一定形式向被测房间内释放示踪气体，通过测量其在房间内的浓度变化以获得房间换气次数的方法。它可以归纳成四种基本方法：二氧化碳浓度衰减法（下降法）、恒量释放法（累积法）、瞬态质量平衡法和室内恒定浓度法（稳态法）。四种方法依据的基本原理均为二氧化碳的质量守恒原理，其中二氧化碳下降法在室内外换气次数的测量中得到广泛使用，因为其可以很方便地测出房间与外界的换气次数，且最为简便易行。

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