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

    2022-03-29 08:31:04楊榮磊邵宗義鄭小兵
    煤氣與熱力 2022年3期
    關(guān)鍵詞:室內(nèi)空氣門(mén)窗網(wǎng)格

    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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