一种房间换气次数的CADR测量方法与流程

本发明涉及建筑室内环境检测技术领域，尤其涉及一种房间换气次数的cadr测量方法。

背景技术：

随着世界经济的飞速进展，人们对生活环境中空气品质的要求也越来越高。换气次数对室内环境质量(ieq)和建筑能耗都有很大影响。利用室外空气对房间进行通风可以去除室内排放的水分和污染物，因此建筑物房间通常需要足够高的通风换气量，以避免影响ieq并引起人员健康、室内环境舒适度降低、旷工和生产力下降等问题。从目前全球的能源消耗比重来看，建筑是能源消耗的重要对象和温室气体排放的主要来源，而供暖、通风和空调系统是建筑能源服务中最必不可少的组成部分，约占建筑能耗的50％，过高的通风换气量会使建筑的能源消耗量进一步增加并产生额外的能源相关成本。因此作为评价室内空气质量和通风情况的重要指标及评估建筑能源消耗情况的关键参数，换气次数的测量就变得十分重要。

目前国内外主要使用示踪气体法来测量房间的通风换气次数。示踪气体法是向被测房间内以一定形式释放示踪气体，通过测量待测点的浓度变化从而获得房间通风换气次数的实验方法。它可以归纳成四种基本方法，即下降法(浓度衰减法)、恒量释放法(累积法)、瞬态质量平衡法和室内恒定浓度法(稳态法)。四种方法基本原理相同，其中浓度衰减法由于可以很方便地测出房间与外界的换气次数，且最为简便易行，因此在室内外换气次数的测量中得到广泛使用；co2因其使用方便，是目前主要采用的示踪气体。

但二氧化碳浓度衰减法规定，在测量过程中测量房间不能有二氧化碳释放源，或只允许存在强度较低且释放速率稳定的释放源以保证在测量期间房间内的二氧化碳浓度呈稳定下降趋势。人体作为天然二氧化碳释放源显然不满足这一要求，因此二氧化碳下降法需要保证在测量过程中室内不能有人员活动或停留，否则将对实验结果造成很大影响。这对换气次数的测量时间和地点又有着严格的要求和限制，给测量工作带来了很多不便。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种方便准确测量房间通风换气量、不受人员停留的影响、方便数据采集、数据处理可靠、可操作性强，便于实际检测和工程应用的房间换气次数的cadr测量方法。

本发明是通过如下措施实现的：一种房间换气次数的cadr测量方法，其中，以空气中自然存在的pm2.5作为示踪物质，根据房间内有空气净化器不同时刻室内外pm2.5浓度的实测数据，依据质量平衡原则建立的物理模型对实测数据进行迭代拟合，计算确定出房间通风换气次数。

一种基于权利要求1的房间换气次数的cadr测量方法，其中，包括以下步骤：

1)建立测量房间内有空气净化器无pm2.5源的条件下室内外的pm2.5浓度变化的数学模型如下：

公式(1)-(2)中：cin为室内颗粒物浓度(μg/m³)；c∞为室内有空气净化器时房间内的稳态颗粒物浓度(μg/m³)；cout为室外颗粒物平均浓度(μg/m³)；p为颗粒物穿透系数；q’为通风换气量(m³/h)；cadr为空气净化器净化得到的洁净空气量(m³/h)；c0为测试初始0时刻室内pm2.5浓度；v为房间的体积(m³)；t为时间(h)；

2)将两台pm2.5浓度实时监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外pm2.5浓度，在未打开空气净化器之前的浓度为初始浓度c0；

3)打开空气净化器，设定cadr值，室内pm2.5浓度发生逐时变化；

4)在所述步骤3)中室内pm2.5浓度发生逐时变化的过程中，采用pm2.5浓度监测仪分别测量不同时间下的室内外pm2.5浓度；

5)基于上述模型，将步骤4)中测量所得的不同时刻下的室内外pm2.5浓度数据处理成方程(1)的形式，再对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，调整q’的取值，使斜率绝对值等于cadr/v，q'/v就是房间的换气次数。

作为本发明提供的一种房间换气次数的cadr测量方法的进一步优化方案，所述步骤5)具体为：假定一个q’的取值，记为q’，将q’代入步骤1)中的公式(2)可求得室内颗粒物稳态浓度c∞’，将c∞’和测得的室内颗粒物逐时浓度变化数据cin和测试初始零时刻室内pm2.5浓度c0代入公式(1)中，并与测量时间t进行拟合，可获得斜率绝对值m；设比较m与α的值，若两者相等，则取得的q’值为房间通风换气量q，q'/v为房间换气次数；若两者不相等，则调整q’的取值，重复上述拟合过程，直至两者相等，该对应时刻的q'/v为房间换气次数。

作为本发明提供的一种房间换气次数的cadr测量方法的进一步优化方案，所述的步骤1)中，p取值为1。

具体地，为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供的一种房间换气次数的cadr测量方法，具体包括以下步骤：

1)建立测量房间内有空气净化器无pm2.5源的条件下室内外的pm2.5浓度变化的数学模型如下：

公式(1)-(2)中：cin为室内颗粒物浓度(μg/m³)；c∞为室内有空气净化器时房间内的稳态颗粒物浓度(μg/m³)；cout为室外颗粒物平均浓度(μg/m³)；p为颗粒物穿透系数，p取值为1；q’为通风换气量(m³/h)；cadr为空气净化器净化得到的洁净空气量(m³/h)；c0为测试初始0时刻室内pm2.5浓度；v为房间的体积(m³)；t为时间(h)；

2)将两台pm2.5浓度实时监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外pm2.5浓度，在未打开空气净化器之前的浓度为初始浓度c0；

3)打开空气净化器，设定cadr值，室内pm2.5浓度发生逐时变化；

4)在所述步骤3)中室内pm2.5浓度发生逐时变化的过程中，采用pm2.5浓度监测仪分别测量不同时间下的室内外pm2.5浓度；

5)基于上述模型，将步骤4)中测量所得的不同时刻下的室内外pm2.5浓度数据处理成方程(1)的形式，再对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，调整q’的取值，使斜率绝对值等于cadr/v，q'/v就是房间的换气次数；具体内容为：假定一个q’的取值，记为q’，将q’代入步骤1)中的公式(2)可求得室内颗粒物稳态浓度c∞’，将c∞’和测得的室内颗粒物逐时浓度变化数据cin和测试初始零时刻室内pm2.5浓度c0代入公式(1)中，并与测量时间t进行拟合，可获得斜率绝对值m；设比较m与d的值，若两者相等，则该q’值为房间通风换气量q，q'/v为房间换气次数；若两者不相等，则调整q’的取值，重复上述拟合过程，直至两者相等，该对应时刻的q'/v为房间换气次数。

本发明的有益效果为：本发明提出了一种以空气中自然存在的pm2.5作为示踪物质，并根据房间内有空气净化器时室内外pm2.5浓度的实测数据，依据质量平衡方程的物理模型对实测数据进行迭代拟合，从而获得房间通风换气量的测量方法；由于人体不散发pm2.5，因此，相比传统的利用co2做示踪气体的房间通风换气量测量方法，本发明方法排除了人体作为示踪物质释放源对实验结果的影响，对室内人员的日常活动几乎无影响；本方法具实验周期短、可操作性强的特点，便于工程应用，根据利用颗粒物做示踪物质，尽可能避免测量过程中人为因素对测量结果的影响的特点。

附图说明

图1为本发明实施例中迭代计算获得通风换气次数的步骤的整体流程示意图。

图2为本发明实施例1的测量换气次数的房间内打开空气净化器后pm2.5浓度的线性拟合结果示意图。

图3为本发明实施例2的测量换气次数的房间内打开空气净化器后pm2.5浓度的线性拟合结果示意图。

图4为本发明实施例3的测量换气次数的房间内打开空气净化器后pm2.5浓度的线性拟合结果示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例1

参见图1和图2所示，空气净化器置于所测量的房间内，使得室内pm2.5浓度逐时变化，选取某高校教室作为通风换气量的测试地点，该教室位于某5层建筑的4层位置，教室体积为148m³，测量房间顶部有可使房间内空气混合均匀的风扇，房间不密闭，具有供人员进出的门及用于通风的窗，空气净化器置于房间中部；pm2.5浓度测量使用elpm2.5-100实时在线pm2.5监测仪，室内pm2.5浓度实时监测仪置于房间中部的桌子上，室外pm2.5浓度实时监测仪置于窗外的窗台上；数据的分析处理使用excel工作表。

本实施例的关键参数测定方法包括以下步骤：

1)建立测量房间内有空气净化器，且无pm2.5源的条件下室内外的pm2.5浓度变化的数学模型，即：

式中：cin为室内颗粒物浓度(μg/m³)；c∞为室内有空气净化器时房间内的稳态颗粒物浓度(μg/m³)；cout为室外颗粒物平均浓度(μg/m³)；p为颗粒物穿透系数(无量纲)，取值为1；q为通风换气量(m³/h)；cadr为空气净化器净化得到的洁净空气量(m³/h)；c0为测试初试0时刻室内pm2.5浓度；v为房间的体积(m³)；t为时间(h)。

2)将两台elpm2.5-100实时在线pm2.5监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外pm2.5浓度cin及cout；

3)打开空气净化器，设定cadr值为360m³/h，室内pm2.5浓度发生逐时变化；

4)在此过程中，elpm2.5-100实时在线pm2.5监测仪以每分钟为时间间隔分别测量不同时间下的室内外pm2.5浓度，测量时间间隔为1分钟，连续测量30分钟，获得室内外各30个数据点；

5)基于上述模型，将测量所得的浓度数据处理成公式(1)的形式，然后对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，调整q的取值，使得斜率绝对值等于cadr/v，此时的q就是房间的通风换气量，q/v即为测得的通风换气次数，本例中拟合测得关窗条件下的自然通风换气次数为0.24h^-1，拟合曲线如图2所示。

实施例2

参见图1和图3，该实施例中，选取某高校教室作为通风换气量的测试地点，该教室位于某五层建筑的五层位置，教室体积为147m³，测量房间顶部有可使房间内空气混合均匀的风扇，房间不密闭，具有供人员进出的门及用于通风的窗，空气净化器置于房间中部；pm2.5浓度测量使用pm2.5浓度实时监测仪，所述pm2.5浓度实时监测仪为清大健环qd-m1，室内pm2.5浓度实时监测仪置于房间中部的桌子上，室外pm2.5浓度实时监测仪置于窗外的窗台上；数据的分析处理使用excel工作表。

本实施例中所需参数测定方法包括以下步骤：

1)建立测量房间内有空气净化器且无pm2.5源的条件下室内外的pm2.5浓度变化的数学模型：

式中：cin为室内颗粒物浓度(μg/m³)；c∞为室内有空气净化器时房间内的稳态颗粒物浓度(μg/m³)；cout为室外颗粒物平均浓度(μg/m³)；p为颗粒物穿透系数(无量纲)，取值为1；q为通风换气量(m³/h)；cadr为空气净化器净化得到的洁净空气量(m³/h)；c0为测试初试0时刻室内pm2.5浓度；v为房间的体积(m³)；t为时间(h)。

2)将两台pm2.5浓度实时监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外pm2.5浓度cin及cout；

3)打开空气净化器，设定cadr值为240m³/h，导致室内pm2.5浓度发生逐时变化；

4)在此过程中，pm2.5浓度监测仪以每分钟为时间间隔分别测量不同时间下的室内外pm2.5浓度，测量时间间隔为1分钟，连续测量30分钟，获得室内外各30个数据点；

5)基于上述模型，将测量所得的浓度数据处理成公式(1)的形式，然后对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，调整q的取值，使得斜率绝对值等于cadr/v，此时的q就是房间的通风换气量，q/v即为测得的通风换气次数，本例中拟合测得关窗条件下的自然通风换气次数为0.73h^-1，拟合曲线如图3所示。

实施例3

参见图1和图4，该实施例中，选取某高校教室作为通风换气量的测试地点，该教室位于某五层建筑的五层位置，教室体积为63m³，测量示意图如图1所示，测量房间顶部有可使房间内空气混合均匀的风扇，房间不密闭，具有供人员进出的门及用于通风的窗，空气净化器置于房间中部；pm2.5浓度测量使用pm2.5浓度实时监测仪，所述pm2.5浓度实时监测仪为清大健环qd-m1，室内pm2.5浓度实时监测仪置于房间中部的桌子上，室外pm2.5浓度实时监测仪置于窗外的窗台上，数据的分析处理使用excel工作表；

本实施例的参数测定方法包括以下步骤：

1)建立测量房间内有空气净化器且无pm2.5源的条件下室内外的pm2.5浓度变化的数学模型：

式中：cin为室内颗粒物浓度(μg/m³)；c∞为室内有空气净化器时房间内的稳态颗粒物浓度(μg/m³)；cout为室外颗粒物平均浓度(μg/m³)；p为颗粒物穿透系数(无量纲)，取值为1；q为通风换气量(m³/h)；cadr为空气净化器净化得到的洁净空气量(m³/h)；c0为测试初试0时刻室内pm2.5浓度；v为房间的体积(m³)；t为时间(h)。

2)将两台pm2.5浓度实时监测仪分别置于室外和室内，用于测量室内外pm2.5浓度cin及cout；

3)打开空气净化器，设定cadr值为240m³/h，导致室内pm2.5浓度发生逐时变化；

4)在此过程中，pm2.5浓度监测仪以每分钟为时间间隔分别测量不同时间下的室内外pm2.5浓度，测量时间间隔为1分钟，连续测量30分钟，获得室内外各30个数据点；

5)基于上述模型，将测量所得的浓度数据处理成步骤1)的公式(1)的形式，然后对时间t进行线形拟合，获得一个斜率值，调整q的取值，使得斜率绝对值等于cadr/v，此时的q就是房间的通风换气量，q/v即为测得的通风换气次数，本例中拟合测得关窗条件下的自然通风换气次数为0.35h^-1，拟合曲线如图4所示。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。