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二氧化碳浓度的监测

日期:2019-06-18 23:43
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摘要:

二氧化碳浓度的监测

教室采暖期内空气中的温度、湿度、二氧化碳浓度等进行了现场测试和调查,选出具有代表性的样本,并对所采集样本进行了计算与分析,得出了影响其空气品质的主要原因是二氧化碳浓度的超标,换气次数的不足以及教室人数的超员,并提出解决办法。本文的重点在于实验和样本分析的过程及方法,用数据说明该如何改善教室的空气品质,并指出改善后达到的较理想状态,从而为提供良好的学习环境,*终达到良好的教学效果。

1 前言

中小学生教室室内空气品质(IAQ)一直备受关注,为此,国家颁布了《中小学校教室换气卫生标准》(GB/T 17226-1998),大学生教室室内空气品质同样重要,大学生在校生活的很多时间是在教室内度过,但目前尚没有针对大学生教室的卫生标准。因此,本文以下所做分析均以GB/T 17226-1998《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002为依据。引起室内空气品质恶化的原因主要有两类:一类是空气中的污染物;另一类是空气的温、湿度,换气次数。为了解大学教室中在上课期间的空气品质,笔者对某大学的教室进行了空气中二氧化碳浓度
浓度的实地测试。被测教室位于某教学楼五层(顶层),此教室的物理模型

另外,该教室附近无明显污染源;近三年之内没有进行过室内装修及桌椅的更换;教室座位数为129座;五扇普通单层玻璃钢窗,对开式,尺寸为234cm×170cm,窗缝总长度64.5m;两个普通木门,对开式,尺寸为238cm×120cm

2  二氧化碳的读到监测测试仪器及测试系统

研究资料表明室内的污染物有上百种,有的浓度很低,不会影响人类的工作和学习,就此教室而言,主要检测其中的二氧化碳浓度。所用设备为EC9820二氧化碳在线分析仪,如图2所示。

SenseAIR产的K30二氧化碳传感器模块,采用非分散红外相关(GFC)光学测量技术,可**、稳定地测量二氧化碳浓度,使CO和H2O的干扰降到*小。为保证测试数据的准确性,在测试前,仪器稳定工作后,分别使用NO气体和浓度为2890ppm的CO2标准气对仪器进行了标定。

仪器主要技术参数见表1。

表1 技术参数表

量程显示

自动量程0—5000ppm,分辨率0.1ppm

模拟输出

从0 - 100ppm,至0 - 3000ppm 0—满量程;给出0%,5%,及10%的补偿。为用户确定的2个满量程值之间自动量程

噪声(在零点时)

0.1%浓度读数

*低检测限

2ppm或0.2%

 

固定温度时取决于时间,24小时:≤10ppm  30天:≤10ppm

温度变化

每度0.2%

 

温度变化每度0.2%,24小时:0.5%浓度读数 30 天:0.5%浓度读数

滞后时间

< 20秒

上升/下降时间

95%*终读数 < 60秒(1slpm),使用卡尔曼活性过滤器

 

3000ppm量程时 10ppm或1%浓度读数

采样流速

1slpm – 零气流向零气口需加大到2slpm

 

供给仪器的零气(无CO2)流速10—15psi,0.5slpm

样气压力

压力变化5%, <1%读数变化

使用温度

5 - 40℃

相对湿度

10 - 80%,无冷凝

干扰频率

 H2O及CO几乎无干扰

根据《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002中的规定:采点的数量根据检测室内面积大小和现场的情况而定,以期能正确反应室内污染物的水平。原则上小于50m2的房间应设1~3个点;50~100 m2的房间设3~5个点;100m2以上的至少设5个点。被测教室面积大于100 m2,因此选择五个采集点,在房间对角线上均匀布置。采点避开通风口,离墙壁距离应大于0.5m。采点的高度原则上与人的呼吸带高度相一致。教室内部的管路布置如下,如图3所示。采样点距地面的相对高度为1.5m。

图3 教室内部的管路布置图

管路共装有5个针型阀,用以调节5个测点的流量,使各测点流量达到一致。测试系统如图4所示。

图4 管路示意图

运用连续测量方式,每天的测量时间是:7:30-12:00,每隔5分钟记录一次数据。为进行温、湿度的测试,在教室中安装了温湿度自记仪。

3 二氧化碳浓度监测的测试数据。

 因为教室三年之内无装修工程,墙面、桌椅等均较旧,所以甲醛等一系列由装修导致

的化学污染物可忽略不计。教室安排的上课时间见表2。

表2 作息时间表

**节

第二节

第三节

第四节

时间

8:00-8:40

8:45-9:35

9:55-10:40

10:45-11:30

3.1 二氧化碳浓度的监测

测试过程中,室外的二氧化碳浓度平均值为726ppm。

下面列举四种状态的数据:教室满座率分别为:0.180.5 0.91时的数据(4),以及一组较理想的数据(图5)。超出3000ppm的数据无法保证其正确性。由于测试时间位于采暖季,因此,测试时教室门窗均处于关闭状态。课间休息时,教室门全部开启,但窗户仍处于关闭状态。

数据1:满座率为0.18;室外风速:微风。

数据2满座率为0.5;室外风速:微风。

数据3满座率为0.91;室外风速:5-6级。

在此基础上,又进行了数据4的实测: 

数据4:满座率为0.88,室外风速:3-4级,课间保持前后门开启,课上只开后门。

    

图5 数据1,2,3二氧化碳浓度的监测图
                              图6 数据4二氧化碳浓度图

3.2  教室中温湿度测试数据见表3和图7:

表3 温湿度数据表

温度*大值

23.9

湿度*大值

37%

温度*小值

19.8

湿度*小值

17%

温度平均值

21.0

湿度平均值

24%

图7 温湿度样本图

《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002中规定:冬季采暖期室内温度标准值为16~24;湿度标准值为30%~60%,由此可知,上述实验数据均在《室内空气品质标准》的控制范围之内,毋需改善。

4 二氧化碳浓度的监测数据分析

根据《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002,室内二氧化碳的允许浓度为0.10%,即1000PPM;根据《中小学教室换气卫生标准》GB/T 17226-1998教室内空气中二氧化碳*高容许浓度为0.15,即1500ppm。根据以上测试数据及相关标准可以看出:

4.1 室外环境的影响。

数据123分别在9:007:507:55之后二氧化碳浓度超标,但满座率*高的数据3却不是*早超标的,其原因在于测量数据3时,室外恰为风沙天气,室外大风引起窗缝渗透作用加强,从而导致该数据超标时间延迟。由此可见:室内二氧化碳的浓度不仅跟室内人员密度、门窗的开启程度有关,而且与室外的天气状况也有很大关系,室外风速为其中*主要的影响因素。

4.2 课间。

小课间时间为:8:40~8:4510:40~10:45,大课间时间为:9:35~9:55

数据23中,小课间的浓度平均下降速度分别为:27.8ppm/min340.3ppm/min,大课间的浓度平均下降速度分别为:22.4ppm/min175.9ppm/min。由此可知,无论小课间还是大课间,数据3中二氧化碳浓度的平均下降速度均比数据2快得多,究其原因,是由于数据3室外有大风。因此,室外风速是影响室内二氧化碳浓度下降速度的主要因素。

4.3 课后(11:30以后)。

因为室外二氧化碳浓度监测较高,所以教室内二氧化碳浓度下降很慢,对于数据1,因下课后关闭门窗,故到12:00浓度未下降到标准以下;对于数据23,下课后开启前后门,数据2下降到标准以下的时间是11:40;而对于数据3,虽然当天室外风速较高,12:00时仍没有回落到标准以下,这是由于人员过多,导致二氧化碳浓度过高的缘故。

4.4 换气次数的计算。

利用气体衰减法的换气次数公式(《中小学教室换气卫生标准》GB/T 17226-1998)如下:

                               (1)

  式中:E——每小时换气次数;

     K1——试验开始室内空气二氧化碳浓度;

     K2——试验终了室内空气二氧化碳浓度;

     K0——室外空气二氧化碳浓度。

此公式的适用条件是:一般在无风(室外风速0.5m/s以下)天气进行。在课业结束时师生全部退出后,利用教室中蓄积的二氧化碳气或人工放出二氧化碳,按一定时间(15min30min45min)测定开放气窗(或关闭气窗)前后室内空气中二氧化碳的浓度,计算出教室换气次数。

因此,选择数据1和数据2进行换气次数的计算,选择数据1(关闭前后门)、数据2(开启前后门)中11:30~12:00时段,可得二者的换气次数分别为:0.623.45。根据《中小学教室换气卫生标准》GB/T 17226-1998之规定:中学教室换气次数不得低于4次。所以开启前后门时,其换气次数与《中小学教室换气卫生标准》的规定很接近,因此可有如下结论:未安装或无条件安装通风系统的教室,若保持前后门开启,则可基本满足换气要求。

4.5 满座率。

从前三组数据整体来看,满座率越高的状态二氧化碳浓度也越高,升高较快,下降较慢。因此人员满座率也是影响二氧化碳浓度的重要因素。

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