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有关室内空气污染源的剖析及德国APPLIED SENSOR 公司的产品介绍

日期:2019-11-15 16:01
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摘要:
 
正常人每天要消耗两三升水和一到两公斤的食物,食品安全和卫生得到了极大重视的同时,空气质量却没有获得足够关注,尽管我们每天吸入15千克的空气——80%在室内
 
从教室到卧室,维持良好的空气质量就是在保障居民的健康。在健康的空气中上课的学生更容易记住所学知识,老师也更少请病假。对于雇主,研究表明,改善室内空气质量的好坏直接与更高的生产力和更高的员工满意度密切相关。此外,“绿色建筑”和排放相关的能源税的到来创造了室内空气质量和通风的能源成本意识。而在现代建筑中,通风不足造成空气质量变差及长久通风换气的高耗能是不统一的,两者就需要通过智能通风DCV达到平衡。
 
本文主要阐述的是“需求控制通风”型空气质量传感器。它描述了典型的室内空气污染物、来源以及它们对人类健康的影响。此外,面对当前的需求与现代通风室内空气质量标准,并与现有的商用空气质量传感器技术进行比较。*后,对典型案例的改善通风用AppliedSensor的智能空气质量的解决方案提出了建议。
 
室内空气剖析
 
清洁的空气是由21%的氧气,78%的氮气和1%的氩气组成。然而,室内环境还存在其他惰性气体,一氧化碳(CO),二氧化碳(CO2)和有机挥发物(VOC),当它涉及到对健康的影响时,后两者是*重要的:二氧化碳气体是由于其在暖通空调行业的行业共识,VOC是由于它的危害性
 
室内空气中VOC的作用和影响
 
据估计,世界上共有5000到10000种不同的VOC,在室内空气出现的种类是室外的约2到5倍,室内的VOC主要是碳氢化合物,有两个主要来源:生物废水(包括人体呼吸,蒸腾和新陈代谢等)及来自建筑材料和家具产生的蒸汽。挥发性有机物VOC会引起眼睛不适,**,嗜睡或头晕,并容易导致“室内空气综合症”, 因此,必须提供足够的通风。除了提供适宜的工业的条件和舒适性如温度控制方面外,挥发性有机化合物VOC是通风*关键的原因。
 
一些典型的室内污染物及其来源见表1。显然,人类是VOC直接和间接的*大来源;远远超出建材,家具和办公设备,从而在通风需求中占据首要地位
 
 
 
解决办法
污染源头
排放源
    VOC
其他
 
 
 
 
 
 
自控通风
 
 
 
人类
 
呼吸
丙酮,乙醇,异戊二烯
二氧化碳
水蒸气
皮肤挥发蒸腾
壬醛,癸醛,α-蒎烯
水蒸气
肠胃胀气
甲烷,氢
化妆品
柠檬油精,桉树油
日用品
酒精,油脂,柠檬油精
 
燃烧(引擎,家电,香烟气)
未燃尽的碳氢化合物
一氧化碳
二氧化碳
水蒸气
建筑材料
家具
办公设备
消费产品
油漆,粘合剂,溶剂,地毯
甲醛,烷烃,乙醇,乙醛,酮,硅氧烷
 
长久性5%~10%通风
聚氯乙烯
甲苯,二甲苯,癸烷
打印机,复印机,电脑
苯,苯乙烯,苯酚
               表1
 
 
室内空气中CO2的作用和影响
 
尽管二氧化碳在表1中被提到了两次,并且在现代通风控制中起了主要作用,但是如果是少量的二氧化碳,对人类没有长时间的影响
据潜艇和国际空间站证实,即使1%(10,000ppm)浓度的CO2 对空间站内的人员健康也不会造成不可逆转的影响。
一直以来,由于缺少适合探测VOC的感应器件,二氧化碳的含量曾是历史上唯壹衡量空气质量的指标,但是,由于人类呼吸和散发(代谢规律)而产生的二氧化碳含量和VOCs含量是成正比的,所以二氧化碳的浓度也间接反映出了VOCs(TVOCs)含量, 
因此二氧化碳作为一种容易又单一的目标分析物和成千上万的VOCS相比,再结合已经成熟的适合测量CO2浓度的技术,已经让CO2气体作为室内空气污染环境检测判断的替代物质。这样CO2浓度才作为如今的需求控制通风DCV判断室内空气质量的参考标准,这个标准*初由Max von Pettenkofer先生引入,并且做为大多数的HVAC工业标准。请参考见表2
 
  
CO2 (单位:ppm)
空气质量等级
2100
 
空气质量极差
室内严重的空气污染
急需通风
2000
1900
1800
1700
1600
1500
 
空气质量差
室内空气有污染
建议通风
1400
1300
1200
1100
1000
空气质量一般
900
800
空气质量好
700
600
 
空气质量很好
500
400
 2-室内空气质量分类
 
挥发性有机化合物的不稳定性
1不仅仅说明了VOCsCO2 之间的相关性,更重要的是,图中也说明了VOCS气体具有更的的不稳定性和突变性。人类不断增加的生活废水及间断的使用芳香类的物质,例如:清洁用品,香水或者香烟都是很常见的。图1中显示了这些物质的峰值变化,因此,仅仅依靠CO2浓度作为通风的依据,并不能得到满意的结果。通风系统需要对所有的污染气体做出反应,而不仅仅是CO2。这也突出了传统的基于CO2浓度的需要控制通风DCV系统的弱点,检测更大范围的污染物质,能够优化通风节能,并且*大限度的减少对居住者的影响
 
从过去到现在的室内空气质量参考标准
历史上,CO2浓度由于其合理的参照及容易检测而用以做为室内空气质量的参考标准。而混合气体或VOC的检测因其长期稳定性的问题和无法校准等而遭受了一些非议。此外,由于没有合适的临界值,采用VOC检测的HVAC设计师不容易设置通风量,并且VOC传感器的漂移性致使整个通风系统功能不可预测。尽管测量空气污染的根源的动机是正确的,但并没有实施成功。
Applied sensor的空气质量传感器解决方案-接近人类的知觉
考虑到缺少VOC的参考标准,Appliedsensor的IAQ传感器采取了逆新陈代谢规则RMR技术。RMR技术可以校准要测量的VOC浓度同CO2等同于ppm浓度值对应,,这样就实现了同CO2 标准的完全兼容。此外,IAQ传感器还可以捕捉到的所有VOC气体排放,而在CO2 传感器是无法检测到的,就像图2所示的。更重要的是,APPLIEDSENSOR的控制算法能够校正传感器的漂移和老化,进而保证了工作的一致性。IAQ传感器通过检测通风需求的根本原因—VOC气体而克服了CO2检测的缺陷,此外,通过信号保持建立同CO2标准的关系及严格的漂移补偿技术延长了传感器寿命而弥补了传统的VOC传感器的不足IAQ传感器模拟人体对空气质量的感知,甚至可以探测无味的潜在的有毒物质,例如一氧化碳气体。
 
2-二氧化碳传感器对挥发性有机化合物完全失效的典型案例参考
 
到底参考什么标准?
如今,市场上有各种各样的需求控制通风DCV传感器,包括进入探测, CO2 探测,湿度测量,VOC感应等
3给出了后三种空气品质传感器在各种应用环境中的性能,很清晰的显示出了APPLIEDSENSOR公司的IAQ技术优势
 
 
 
 
应用
 商业                                              居民生活
办公室
会议室
餐厅
健身房
盥洗室
卫生间
厨房
客厅
卧室
浴室
淋浴/浴缸
主要物质
呼吸,气味
呼吸,气味
呼吸,气味,湿度
呼吸,气味
气味
气味,湿度
呼吸,气味
呼吸,气味
湿度
湿度传感器
一般
一般
一般
CO2传感器
一般
IAQ传感器
很好
很好
很好
很好
很好
很好
很好
很好
一般
3-各种空气品质传感器在典型的通风方案中的比较
 
 
何时和如何通风?
答案是:根据需要而定。大多数VOC气体活动是不可预测的,因为他们取决于人类的新陈代谢和行为,这在所有的通风案件中占85%的比例。其余的来自新的建筑或刚翻新的建筑中建筑材料或家具及涂料的排放。要充分的削弱这些排放的影响,低速率的持续的保持*大通风量的5-10%就足够了
1列出了有关的污染气体并相应建议的通风条件VOC的排放很少单独发生,因此,两者通风类型的组合是理想的解决方案。
过需求控制通风DCV系统节省什么?
可以有多种措施达致通风节能的要求。通风系统可以保持恒定的空气流量持续动作-----CAV,变风量统计---VAV,以及需求控制通风----DCV,而DCV又有多种控制选择,职业,CO2,VOC,湿度控制,这四种是目前常用的参考变量。
 
在健身中心进行的测试数据表明 安装在空气处理机组的IAQ传感器比定时通风控制器节约了24%的运行时间,这减少了60%的能量损耗。到健身房中心的顾客对空气质量的改善表示赞赏。
采用AppliedSensor公司IAQ空气质量传感器技术的需求控制通风DCV系统意味着以*低的成本达致优良的室内空气质量和居民的健康。

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