多区域室内空气品质模型研究 |
引言
因为人们在室内生活与工作时光的一直增加（占90%以上），建造室内空气品质IAQ（indoor air quality）日益成为普遍关注的问题，因为它与咱们的舒服、健康及工作效力密切相干[1]。据美国环境维护局EPA考察统计，世界上30%新建跟重修的建造室内发明有害健康的气体，室内空气沾染已列入对大众健康迫害最大的五种环境因素之一[2]。目前世界各国都树破了大气环境监测网络，但对与人类健康关联最为密切的环境――室内环境，还不类似的做法，室内空气品质对人体健康影响的研究却迟于室外。然而，随着社会的发展，人们生活水平的进步，对室内环境的舒服感提出了越来越高的请求，这将进一步推动对室内空气品质的研究。
直接丈量或盘算室内沾染物的浓度水平以及室内外沾染物浓度比是相称艰苦的，这就推动了可能料想室内沾染物浓度散布法则的模仿技巧的发展；本文通过树破三房间室内空气流动数学模型，达到料想实际居民建造中的室内空气品德及把持室内沾染物的目标。
1、 物理模型
典范的居民住宅二房一厅的布局，客厅（房间1）有人吸烟，客厅与卧室之间有门连通，假设两卧室（房间2与3）内典范的居民住宅二房一厅的布局，客厅（房间1）有人吸烟，客厅与卧室之间有门连通，假设两卧室（房间2与3）内无任何沾染源，每个房间与室外之间都有窗户，见图1所示的房间平面安排图，假设房间的高为3m，则房间1的体积为36m3，房间2与3的大小是对称相等的，体积均为18m3。
模型简化：吸烟区（房间1）与非吸烟区（房间2与3）相邻，且房间1内有一沾染源（点燃一支香烟，香烟烟雾披发浓度与时光相干），房间之间的空气通过门或墙体裂缝进行流畅跟交换，不考虑与室内其余房间的空气交换，也不考虑房间2与3之间的空气交换，并假设三个房间与室内其余房间相连的门都是严实密闭的。
2、 数学模型
2.1空气品质守衡方程
依据空气流动的连续性定理可知，对每个房间而言，进入房间的空气度与从房间出去的空气度应当是相等的，则有如下关联式：
（1）
（2）
（3）
2.2室内沾染物品质守衡方程
依据品质守恒定理，各房间中沾染物的品质都存在如下关联：
（4）
即：室内沾染物品质随时光 的变更量 = 在时光 内进入室内的沾染物-在时光 内从室内流出的沾染物 + 在时光 内室内源所产生沾染物，则对本章所研究的三房间可能树破如下品质守恒方程：
（5）
（6）
（7）
2.2多区域室内空气品德IAQ模型的通用把持方程
因为方程（5）～（7）都是基于室内空气及沾染物的品质守恒原理所树破的，因此对每个房间的把持方程其情势都是判断的，这样就可能把形如（5）～（7）所示的三房间的室内空气品德模型从3个房间推广至N个房间，而且对室内任意一个房间都有以下关联：即室内IAQ模型的把持方程可能写成如下通用情势，即：
（8）
其中i，j代表房间数，
（0，1，2，3，……，n），且 ；
2.3求解把持方程
假设不考虑室外沾染物的浓度，则方程（5）～（7）可能简化为：
（9）
（10）
（11）
从方程可知，房间内的沾染物浓度 、 、 及沾染源的披发率 是随时光变更的量，采取向后差分的格局求解把持方程可得：
房间1：
（12）
房间2：
（13）
房间3：
（14）
式（12）～（14）分辨表示房间1、2、3内沾染物在t时刻的浓度与上一时刻浓度之间的关联，方程的解与以下参数有关：
沾染源的披发特点， ；
房间之间的空气流量， ；
房间与室外之间的流量， ；
各房间的体积，
3、 通过数值盘算料想三房间中沾染物浓度演变进程
3.1数值模仿的前提
室内有吸烟源时，往往是连续披发一段时光后就结束披发，在咱们的日常生活中，可能设计这样的场景：在客厅（房间1）点燃香烟，焚烧10分钟并以 的披发速率披发出ETS颗粒，则相邻的卧室中（房间2、3）ETS的逐时浓度可能通过IAQ方程进行料想。具体进行数值模仿的前提如表1所示：
房间 房间体积 沾染源
（有否） 沾染源特点b
1
（吸烟区） 36m3 有（ETS颗粒）a 披发时光：10min
披发速率：370 /min cigarette-1
2
（非吸烟区） 18 m3 不任何沾染源 不沾染源披发
3
（非吸烟区） 18 m3 不任何沾染源 不沾染源披发
a：在房间1点燃一支香烟，假设除了披发ETS颗粒外，不其余的颗粒物披发，且仅考虑香烟焚烧产生的侧流烟雾中的ETS颗粒。
b：在香烟的焚烧进程中，ETS颗粒以恒定的速率披发，即 。
3.2实例剖析
将沾染源放置在Zone 1中，剖析如图1所示三房间的四种不同状况下，其室内沾染物的传输及浓度变更情况：
Case a ―― 打开室内每个房间的门，并且封闭所有房间的窗户（参照状况）；
Case b ―― 封闭室内每个房间的门，并且封闭所有房间的窗户（隔离状况）；
Case c ―― 打开沾染源所在房间的窗户，封闭其余房间的窗户，并且打开室内每个房间的门；
Case d ―― 打开与沾染源房间相邻的一个房间的窗户，封闭其余房间的窗户，并且打开室内每个房间的门。
4、结果探讨与剖析
通过模仿盘算得到多区域建造物内的空气流量，以及换算得到的各房间的换气次数跟流量因子，依据式（5-12）～（5-14）进行数值盘算，可能料想各房间的浓度随时光的变更情况。
通过利用该三房间的室内空气品德模型，基本上可能用来料想实际居民建造（如两室一厅布局）中的室内空气品德。剖析进程中代入把持方程进行数值盘算，得到室内各区域的浓度实时变更情况，基本上可能通过把持室内的通风方法把持房间的沾染物浓度散布。
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