居住建筑室内空气微细颗粒物净化用滤料的性能试验研究

论文摘要

居住环境空气质量与人体健康密切相关,而颗粒物是首要污染物,会携带各种病菌,在居住建筑室内设置空气净化器已势在必行。在颗粒物粒径分布广泛的场合使用滤料,存在滤网堵塞问题,致使滤料更换频繁,造成维护工作成本上升,高效低阻的过滤材料对于维护人体健康及节能有着重要的意义。本文以净化微粒用过滤材料为研究对象,寻找滤料过滤效率高,阻力低,容尘量大,寿命长的设计规律。首先,采用GRIMM型气溶胶监测仪等仪器对上海市某大学宿舍及居民楼的室外及室内人员活动(整理被褥)前后PMx的实际浓度及粒径分布状况进行了测试,发现PM10浓度瞬时值高于标准限值,且人员活动会导致10μm左右颗粒物激增,粒径分布呈双峰分布,在0.20～0.40μm与10μm左右处达到峰值。因此,有必要对居住环境进行自洁过滤,同时做到颗粒物“粗细兼收”,对人体健康及节能环保有着重要意义。测试常用预过滤材料及驻极体滤料对PM10分级过滤效率,得到颗粒物尺度、过滤速度、孔隙率及滤料纤维直径对滤料过滤效率的影响,结果表明驻极体滤料对各粒径范围均有较好的过滤效果,考虑到驻极体滤料的使用场合及重复使用问题,对比了几种溶液浸泡处理前后过滤分级效率,结果表明清洗后效率均大幅下降,说明静电效应是驻极体滤料高效低阻的原因,故其不适用于富含极性分子的场合。为了探究空气净化用清洁滤料结构参数对阻力的影响程度,搭建滤料阻力测试试验台,并对选定滤料进行测试,试验测试结果与理论计算结果对比发现需要对纤维的非均匀分布进行修正。同时,通过试验结果分析过滤速度、孔隙率、纤维细度及厚度对滤料阻力的影响,得出滤料结构参数影响阻力的关系式,由各参数影响滤料阻力的数值范围权重可以对清洁滤料的降阻起到指导作用。针对空气净化器滤料预过滤与主过滤材料布置方式及两层滤料叠加的复合滤料折叠型布置方式,采用数值模拟方法对比了不同孔隙率条件下滤层截面的阻力分布与气流速度场,计算其速度场不均匀度,结果表明,气流速度场不均匀度与阻力有关；复合滤料具有阻力低、均匀容尘特点,解决了滤料易堵塞问题。通过调整滤料的织物层状构造和滤层结构,采用滤料内层分层分尺度积尘替换现有滤层表层积尘,解决滤料表面滤饼造成阻力上升过快问题和预过滤、主过滤两级串联带来的设备空间问题。对外层大容尘量低阻滤料、内层高效驻极体滤料复合的过滤材料性能分析可知其有对细小颗粒物高效过滤的特点,同时阻力增加的幅度在10%以内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 课题研究的现状
• 1.2.1 空气净化用滤料应用现状
• 1.2.2 空气净化用滤料分类探讨
• 1.2.3 驻极体过滤材料
• 1.2.4 过滤问题CFD模拟研究
• 1.3 课题研究的内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 居住建筑环境背景浓度调查与测试
• 2.1 前言
• 2.2 颗粒物的来源与分布
• 10、PM_2.5的来源'>2.2.1 建筑室内PM₁₀、PM_2.5的来源
• 2.2.2 颗粒物的粒径分布特点
• 2.2.3 空气质量状况调查
• 2.3 居住建筑环境背景浓度测试
• 2.3.1 测试对象
• 2.3.2 测试仪器
• 2.3.3 数据分析
• 2.4 小结
• 第三章 滤料过滤效率试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 试验装置及测试方法
• 3.2.1 现有空气过滤材料测试方法
• 3.2.2 测试原理
• 3.2.3 测试装置
• 3.2.4 测试用主要仪器
• 3.2.5 测试参数
• 3.2.6 数据处理
• 3.3 常用预过滤材料过滤效率试验
• 3.3.1 颗粒尺度
• 3.3.2 过滤速度
• 3.3.3 孔隙率
• 3.3.4 纤维直径
• 3.4 驻极体滤料过滤效率试验
• 3.4.1 颗粒尺度
• 3.4.2 过滤速度
• 3.4.3 孔隙率
• 3.4.4 纤维直径
• 3.4.5 清洗衰减性能
• 3.5 小结
• 第四章 滤料构造因素影响阻力的试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 纤维过滤材料阻力理论计算
• 4.2.1 滤料阻力计算
• 4.2.2 半经验阻力公式
• 4.3 滤料阻力的试验研究
• 4.3.1 试验样品滤料
• 4.3.2 测试原理
• 4.3.3 测试装置
• 4.4 试验结果
• 4.4.1 过滤风速
• 4.4.2 滤料孔隙率
• 4.4.3 滤料纤维细度
• 4.4.4 滤料厚度
• 4.5 试验结果分析
• 4.5.1 理论计算与试验对比
• 4.5.2 影响因素综合分析
• 4.6 小结
• 第五章 折叠式滤层气流场数值模拟试验研究
• 5.1 前言
• 5.2 研究对象与模型建立
• 5.2.1 研究对象
• 5.2.2 物理模型
• 5.2.3 数学模型
• 5.3 计算结果与分析
• 5.3.1 多孔介质模型1——现有过滤层
• 5.3.2 多孔介质模型2——复合折叠式滤层
• 5.4 小结
• 第六章 空气净化微粒用复合滤料技术的研究
• 6.1 前言
• 6.2 复合滤料构造
• 6.3 复合滤料筛选
• 6.3.1 内层高效滤料
• 6.3.2 外层大容尘量低阻滤料
• 6.4 复合滤料性能分析
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间研究成果
• 致谢