自然通風(fēng)下教室CO2體積分?jǐn)?shù)的實(shí)測(cè)與模擬

1 概述

教室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)關(guān)系著學(xué)生和教師的健康和學(xué)習(xí)效率。張昊

監(jiān)測(cè)了沈陽(yáng)某中學(xué)的室內(nèi)空氣品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在人員密集的情況下，教室和辦公室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)可達(dá)5 000×10

以上，5月～9月CO

體積分?jǐn)?shù)明顯高于其他月份，與供冷期房間門(mén)窗緊閉有關(guān)。林敏等人

對(duì)中小學(xué)教室空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)上課期間CO

體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)4 206×10

。姬長(zhǎng)發(fā)等人

監(jiān)測(cè)西安某高校教室室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)，最高可達(dá)4 991×10

。

一些學(xué)者對(duì)CO

對(duì)人體的影響進(jìn)行了研究。Satish等人

、Allen等人

、蔣婧等人

通過(guò)注入純CO

提高室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)，發(fā)現(xiàn)在高濃度CO

條件下被測(cè)人員的學(xué)習(xí)工作效率發(fā)生明顯下降。Zhang等人

研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)對(duì)主觀評(píng)價(jià)及生理變化均形成影響。

本文將某高校教室作為研究對(duì)象，測(cè)量過(guò)渡期室內(nèi)CO

隨時(shí)間的變化。采用Airpak軟件，模擬過(guò)渡期自然通風(fēng)條件下(課間門(mén)窗開(kāi)啟)室內(nèi)空氣溫度、CO

體積分?jǐn)?shù)的分布。

2 實(shí)測(cè)與分析

2.1 實(shí)測(cè)對(duì)象

選擇北京某大學(xué)教學(xué)樓位于2層西側(cè)的教室作為實(shí)測(cè)房間，教學(xué)樓周?chē)ㄖ季趾徒淌揖唧w位置(圖中紅色五角星位置)見(jiàn)圖1。教室的平面布局及測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。教室寬12.2 m，進(jìn)深8.8 m，高4.5 m，有80個(gè)座位。有4扇平開(kāi)外窗，寬×高為1.0 m×1.6 m。2扇平開(kāi)內(nèi)門(mén)，寬×高為1.0 m×2.4 m。

在教室前的教師置物桌上布置1臺(tái)溫濕度記錄儀、1臺(tái)CO

傳感器，在教室后布置1臺(tái)CO

傳感器，布置高度均為1.1 m，用于測(cè)量室內(nèi)溫濕度及CO

體積分?jǐn)?shù)。溫濕度記錄儀、CO

傳感器的性能參數(shù)見(jiàn)表1。室外溫度由教學(xué)樓附近氣象站獲得。每隔5 min采集1次數(shù)據(jù)。

2.2 測(cè)量結(jié)果

在自然通風(fēng)條件下，于2021年4月中旬，對(duì)教室進(jìn)行為期一周(周一至周五，共計(jì)5 d)的監(jiān)測(cè)。測(cè)量從第1節(jié)課前0.5 h到人員散去后1 h期間教室內(nèi)空氣溫濕度、CO

體積分?jǐn)?shù)。上午4節(jié)課上課時(shí)間8:00—11:30，下午4節(jié)課上課時(shí)間1:30—16:55，大課間休息時(shí)間為10 min。

通過(guò)對(duì)設(shè)備資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)綜合管理，根據(jù)點(diǎn)檢、在線監(jiān)控或第三方配合等手段，實(shí)現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”到采用趨勢(shì)分析及綜合評(píng)價(jià)一體化管理，實(shí)現(xiàn)“分析問(wèn)題”再到維修及缺陷處理的解決方案，最終實(shí)現(xiàn)全廠的設(shè)備安全運(yùn)行、減員增效、提升效能等目標(biāo)。

分析CO

傳感器2的測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一周內(nèi)有超過(guò)75%的時(shí)間室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)超過(guò)GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的上限1 000×10

。周二教室的CO

體積分?jǐn)?shù)及室內(nèi)外溫度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。由測(cè)量結(jié)果可知，雖然部分時(shí)間教室前部(講臺(tái)一側(cè))CO

體積分?jǐn)?shù)超出CO

傳感器1量程，導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)法收集，但在CO

傳感器1量程內(nèi)測(cè)得的數(shù)據(jù)與CO

傳感器2的測(cè)量結(jié)果比較接近。因此，圖3中僅給出CO

傳感器2的測(cè)量結(jié)果。周二上午2節(jié)課(9：55—11：30，室內(nèi)23人)，中午休息時(shí)間教室無(wú)人，下午3節(jié)課(13：30—16：00，室內(nèi)56人)。上課期間門(mén)窗緊閉且沒(méi)有主動(dòng)開(kāi)窗行為，下課期間有人員進(jìn)出，伴隨門(mén)窗開(kāi)啟。

由實(shí)測(cè)結(jié)果可知，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)大多數(shù)時(shí)間均超過(guò)1 000×10

，而且CO

體積分?jǐn)?shù)上升速率與人員密度成正相關(guān)。

由圖3可知，上午課程沒(méi)有課間休息，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)逐步上升，直至午間休息才出現(xiàn)下降。隨著人員撤離，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)迅速下降。在午間休息期間，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)保持較低水平。下午課程開(kāi)始后，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)迅速上升。在下午課間休息期間，人員出入頻繁，教室前后門(mén)常開(kāi)，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)出現(xiàn)小幅下降。隨著課程繼續(xù)，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)上升，直至下午課程結(jié)束。隨著人員撤離，室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)迅速下降。

3 模擬與分析

3.1 幾何模型

對(duì)圖書(shū)館招聘信息的分析表明，各類型圖書(shū)館的人才需求呈多元化趨勢(shì)。其共性在于崗位需求上以傳統(tǒng)業(yè)務(wù)崗和數(shù)字資源建設(shè)崗為主，特性在于各類型圖書(shū)館的發(fā)展方向不同。如本科院校圖書(shū)館關(guān)注學(xué)科服務(wù)，科研院所圖書(shū)館關(guān)注數(shù)據(jù)分析。從今后發(fā)展趨勢(shì)上看，各類型圖書(shū)館將強(qiáng)化服務(wù)功能，參考咨詢部門(mén)的崗位職責(zé)會(huì)更加細(xì)化。

3.2 控制方程和邊界條件

① 控制方程

房間通風(fēng)模型采用標(biāo)準(zhǔn)

-

方程

，組分輸運(yùn)方程見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。

第一，優(yōu)化監(jiān)督制度。均衡配置自上而下、平行監(jiān)督、自下而上的三重監(jiān)督權(quán)力，破除信息不對(duì)稱的固有障礙，降低政府機(jī)會(huì)主義的主觀愿望。

② 邊界條件和設(shè)定參數(shù)

室外溫度保持11 ℃，走廊溫度保持13 ℃，房間初始溫度設(shè)置為20 ℃。外墻內(nèi)壁面溫度設(shè)定為11 ℃，東側(cè)內(nèi)墻內(nèi)壁面溫度設(shè)定為13 ℃，南北兩側(cè)內(nèi)墻內(nèi)壁面設(shè)置為絕熱界面。自然通風(fēng)條件下，教室換氣次數(shù)為8 次/h。

仍以該教室作為研究對(duì)象。教室模型與人體模型見(jiàn)圖4。在室人員數(shù)量57人(56名學(xué)生，1名老師)，人員所處位置見(jiàn)圖2中紅色圓點(diǎn)。室內(nèi)人員為坐姿，高度1.3 m。房間物品尺寸見(jiàn)表2。

人員CO

產(chǎn)率、呼吸速率根據(jù)ANSI/ASHRAE 62.1-2016《可接受室內(nèi)空氣質(zhì)量的通風(fēng)》規(guī)定選取為310 mL/(min·人)、10 L/(min·人)。單人發(fā)熱功率為105 W/人，鼻孔距離頭頂0.15 m，呼氣口0.01 m×0.01 m，出氣速率1.7 m/s，溫度34 ℃，出氣方向與面部呈30°斜向下，出氣CO

體積分?jǐn)?shù)為31 000×10

。在呼氣孔左側(cè)0.01 m處設(shè)置吸氣口，速度與呼氣口相反。

① 空氣溫度

3.3 模擬方法

模擬時(shí)間為課間10 min，期間室內(nèi)人員數(shù)量、位置不發(fā)生變化。

我專注地開(kāi)著車(chē)，沉默，占據(jù)了整個(gè)車(chē)廂五分多鐘，直到她在后視鏡里看了我一眼后，整個(gè)空氣開(kāi)始循環(huán)流動(dòng)起來(lái)。

采用Airpak計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行模擬。在Airpak軟件中建立模型，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)人體表面及門(mén)窗開(kāi)口進(jìn)行網(wǎng)格加密，并設(shè)置邊界條件。軟件通過(guò)有限體積法離散控制方程，選取二階迎風(fēng)方程進(jìn)行控件離散。松弛因子取默認(rèn)值，能量收斂殘差設(shè)為1×10

，其余參數(shù)收斂殘差設(shè)為1×10

。模擬過(guò)渡期自然通風(fēng)條件下(課間門(mén)窗開(kāi)啟)教室的室內(nèi)空氣溫度、CO

體積分?jǐn)?shù)。

綜上所述，在當(dāng)前城市軌道交通快速發(fā)展的需求下，我國(guó)尚未建立起針對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)完整的安全預(yù)評(píng)價(jià)理論，預(yù)評(píng)價(jià)方法不成熟，預(yù)評(píng)價(jià)工作經(jīng)驗(yàn)亦相對(duì)缺乏，造成實(shí)際中的預(yù)評(píng)價(jià)工作技術(shù)難度增大。

3.4 網(wǎng)格劃分與無(wú)關(guān)檢驗(yàn)

使用Airpak軟件對(duì)模型整體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格數(shù)分別為70×10

、150×10

、330×10

。在進(jìn)行無(wú)關(guān)檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)

軸坐標(biāo)為4.4 m的

面與

軸坐標(biāo)為1.1 m的

面相交線的室內(nèi)溫度進(jìn)行分析。1 min時(shí)兩面相交線的室內(nèi)溫度見(jiàn)圖5。由圖5可知，網(wǎng)格數(shù)為150×10

、330×10

時(shí)的模擬結(jié)果十分接近。因此，在保證計(jì)算準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，為提高計(jì)算效率，網(wǎng)格數(shù)選取150×10

。

3.5 模擬結(jié)果

外窗、門(mén)的下半部設(shè)置為定風(fēng)速入口，上半部設(shè)置為自由邊界出口，入口風(fēng)速為0.19 m/s，外窗、門(mén)入口空氣溫度分別為11、13 ℃。室外CO

體積分?jǐn)?shù)保持400×10

，教室內(nèi)初始CO

體積分?jǐn)?shù)設(shè)置為3 000×10

。

門(mén)窗開(kāi)啟1、4、7、10 min時(shí)，1.1 m高度截面的空氣溫度分布見(jiàn)圖6。由圖6可知，由于人體發(fā)熱，門(mén)窗開(kāi)啟1 min時(shí)，在人員密集的區(qū)域，空氣溫度高于室內(nèi)初始空氣溫度。10 min時(shí)，教室各處溫度基本趨于一致，平均空氣溫度為17 ℃。

整體上，1.1 m高度截面的溫度，隨門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。教室前后部室內(nèi)溫度的下降速率明顯高于人員密集區(qū)域。

④劉鳳泰:《高度重視 不斷完善 建立中國(guó)特色的高校教學(xué)評(píng)估制度》，《中國(guó)高等教育》2004年第19期。

② CO

體積分?jǐn)?shù)

門(mén)窗開(kāi)啟1、4、7、10 min時(shí)，1.1 m高度截面的CO

體積分?jǐn)?shù)分布見(jiàn)圖7。由圖7可知，開(kāi)啟門(mén)窗后，門(mén)窗附近的CO

體積分?jǐn)?shù)低于教室的其他區(qū)域，特別是外窗附近。1.1 m高度截面的CO

體積分?jǐn)?shù)，隨門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。門(mén)窗開(kāi)啟10 min時(shí)，教室平均CO

體積分?jǐn)?shù)為1 073×10

。說(shuō)明自然通風(fēng)可有效降低室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)。

4 結(jié)論

① 由實(shí)測(cè)結(jié)果可知：室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)大多數(shù)時(shí)間均超過(guò)1 000×10

，CO

體積分?jǐn)?shù)上升速率與人員密度成正相關(guān)。

依據(jù)《塵肺病診斷標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求選擇我國(guó)萬(wàn)東研發(fā)以及提供的500mA 高頻X線機(jī)進(jìn)行高千伏胸片檢查，150kV為額定電壓，檢查質(zhì)量性能顯示合格，應(yīng)用小焦點(diǎn)，柵比為10：1，靶片距為1.8m，中速鎢酸鈣增感屏，110至130kV為攝片電壓，200mA為攝片電流，依據(jù)體厚選擇曝光時(shí)間，取值范圍在4.5至11ms之間；膠片規(guī)格為36*36cm。標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)后，通過(guò)后前位姿勢(shì)，中心線位于第6胸椎，讓患者深吸氣之后屏氣進(jìn)行檢查。通過(guò)HQ-320XT自動(dòng)洗片機(jī)進(jìn)行洗片，柯達(dá)顯定影套藥為洗片藥，31攝氏度為設(shè)置的溫度。

② 由模擬結(jié)果可知：1.1 m高度截面的溫度，隨門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。教室前后部室內(nèi)溫度的下降速率明顯高于人員密集區(qū)域。1.1 m高度截面的CO

體積分?jǐn)?shù)，隨門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。門(mén)窗開(kāi)啟10 min時(shí)，教室平均CO

體積分?jǐn)?shù)為1 073×10

。自然通風(fēng)可有效降低室內(nèi)CO

體積分?jǐn)?shù)。

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