本發(fā)明涉及一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，屬于大氣顆粒物測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，我國大氣顆粒物污染形勢日趨嚴(yán)峻，顆粒物污染已為我國許多大中城市空氣環(huán)境的首要污染物。現(xiàn)代社會中，人們大部分時間都在室內(nèi)度過，室外顆粒物是室內(nèi)顆粒物的一個重要來源，許多室外顆粒物污染源，如交通、工業(yè)和生活所產(chǎn)生的污染物，通過通風(fēng)或圍護(hù)結(jié)構(gòu)的縫隙穿透進(jìn)入到室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境污染，影響室內(nèi)人員的健康。流行病學(xué)研究表明，無論是短期還是長期暴露于顆粒物中，均可能對人體多個系統(tǒng)造成不良影響。關(guān)于室內(nèi)外污染物關(guān)系的研究表明，遷移進(jìn)入室內(nèi)環(huán)境的顆粒物質(zhì)量濃度與室外大氣懸浮顆粒物濃度處于同一數(shù)量級。因此可以認(rèn)為，大氣顆粒物是室內(nèi)顆粒物的重要來源。所以研究大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)非常具有現(xiàn)實(shí)意義。

穿透系數(shù)表征顆粒物穿透建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能力，目前主要的研究方法有現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)艙測試?，F(xiàn)場測試是以具體的建筑物或房間為對象，測試不具有普遍性，且受測試的環(huán)境參數(shù)影響很大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差也很大，無法獲知某些參數(shù)對穿透因子的影響。實(shí)驗(yàn)艙測試是在實(shí)驗(yàn)室條件下，對顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)進(jìn)行測量。在測試過程中，涉及到的參數(shù)主要有縫隙兩側(cè)壓差、縫隙尺寸、縫隙粗糙度、顆粒物粒徑、溫濕度等。實(shí)驗(yàn)開始之前，選擇適當(dāng)?shù)目p隙尺寸及粗糙度，按照具體要求，對溫濕度、縫隙兩側(cè)壓差進(jìn)行控制，待顆粒物釋放完畢后進(jìn)行結(jié)果測定。相較于現(xiàn)場測試，實(shí)驗(yàn)艙測定法的優(yōu)點(diǎn)在于可在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)多種工況下的穿透系數(shù)測定，且各種條件可控、可根據(jù)實(shí)際要求組合變換，也可對某一具體參數(shù)對穿透系數(shù)的影響進(jìn)行考察。目前國內(nèi)已有研究者使用實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行穿透系數(shù)的測定，但在實(shí)驗(yàn)過程中還存在以下不足：①顆粒物釋放源的選擇：部分實(shí)驗(yàn)者采用蚊香、香煙發(fā)射顆粒物，而蚊香、香煙釋放的顆粒物中95%為超細(xì)顆粒物（d<100nm），1μm以上的顆粒物含量極少（<5%），與大氣顆粒物粒徑分布不符，故此類發(fā)射源不能準(zhǔn)確的模擬大氣顆粒物粒徑分布。②縫隙兩側(cè)的壓差只采用流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能實(shí)時的監(jiān)測兩側(cè)的壓差，故是否能達(dá)到預(yù)期的控制效果是未知的。③忽略溫濕度對穿透系數(shù)的影響，不對溫濕度條件進(jìn)行控制。本實(shí)驗(yàn)裝置針對上述問題進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化，能大大提高試驗(yàn)參數(shù)的可控性及準(zhǔn)確性，彌補(bǔ)前人研究中的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為方便的在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)建筑物穿透系數(shù)的準(zhǔn)確測量，本發(fā)明提供一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，它耦合了影響穿透系數(shù)的所有參數(shù)（壓差、縫隙條件、顆粒物粒徑、溫濕度等），在所有參數(shù)準(zhǔn)確可控的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各種工況下穿透系數(shù)的測定。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，它包括大艙體、小艙體和縫隙機(jī)構(gòu)，采用多個長螺釘把小艙體和縫隙機(jī)構(gòu)固定在大艙體上，所述縫隙機(jī)構(gòu)包含第一板（7a）、第二板和墊片，第一板和第二板粘連在小艙體上，與小艙體形成整體，縫隙位于第二板與墊片之間；所述大艙體頂端中央位置設(shè)有第一開口，第一開口通過軟管與氣溶膠發(fā)生器相連，在頂部中央位置懸掛顆粒物混合機(jī)構(gòu)，在大艙體右側(cè)面下方設(shè)有第二開口，第二開口通過軟管與過濾器連接，在大艙體右側(cè)面、縫隙機(jī)構(gòu)高度處設(shè)有第三開口，軟管的一端通過第三開口進(jìn)入大艙體固定在縫隙前側(cè)中央位置，另一端與第一顆粒物測試裝置連接，大艙體正面設(shè)有與縫隙機(jī)構(gòu)連接的長方形第四開口，顆粒物通過第四開口流入縫隙機(jī)構(gòu)中的縫隙，溫濕度控制器放置于大艙體底面中間位置；所述小艙體正面設(shè)有第五開口，第五開口通過軟管與壓差控制器連接， 所述壓差控制器包含真空泵、流量計(jì)、控制閥和微壓計(jì)，其中流量計(jì)、控制閥和真空泵依次通過軟管連接，接頭處用密封膠密封，小艙體側(cè)面設(shè)有第六開口，軟管的一端通過第六開口進(jìn)入小艙體后固定在縫隙后側(cè)中央位置，另一端與第二顆粒物測試裝置連接，小艙體里側(cè)設(shè)有與縫隙機(jī)構(gòu)連接的長方形第七開口，微壓計(jì)的兩軟管通過第八開口和第九開口分別固定在縫隙前、后側(cè)中央位置。

所述的一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法采用下列步驟：

（a）打開顆粒物混合機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)大艙體內(nèi)氣流混合；

（b）對溫濕度進(jìn)行控制；打開溫濕度控制器，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度值，當(dāng)大艙體內(nèi)空氣溫度小于設(shè)定值時，啟動加熱系統(tǒng)升溫，反之啟動降溫系統(tǒng)降溫；控制器的濕度調(diào)節(jié)區(qū)間為40-100%RH，梯度為5%RH，所以濕度設(shè)置范圍為40-100%。當(dāng)溫濕度達(dá)到設(shè)定值，且溫度波動值小于0.1℃，相對濕度波動值小于2%RH時，溫濕度調(diào)節(jié)完成；

（c）縫隙兩側(cè)壓差控制，壓差控制是先通過流量調(diào)節(jié)，再通過微壓計(jì)監(jiān)測進(jìn)行壓差微調(diào)，直至達(dá)到設(shè)定值；縫隙兩側(cè)的壓差區(qū)間為4-10Pa，選定壓差后，真空泵工作，流量計(jì)測量抽取的氣體流量，當(dāng)流量大于設(shè)定流量時，關(guān)小控制閥開度，當(dāng)流量小于設(shè)定流量時，調(diào)大控制閥開度，直至流量與設(shè)定值相同；微壓計(jì)監(jiān)測縫隙兩側(cè)壓差，當(dāng)縫隙兩側(cè)流量達(dá)到設(shè)定值，縫隙兩側(cè)壓差便達(dá)到設(shè)定值，觀察微壓計(jì)讀數(shù)，若壓差為設(shè)定值，壓差控制操作結(jié)束；

（d）溫濕度、壓差控制完成后，氣溶膠發(fā)生器發(fā)射顆粒物，顆粒物在顆粒物混合機(jī)構(gòu)作用下，迅速擴(kuò)散，由于縫隙兩側(cè)壓差的存在，顆粒物會通過縫隙由大艙體穿透進(jìn)入小艙體；

（e）在顆粒物釋放一段時間后，且在大艙體內(nèi)混合均勻時，第一顆粒物測試裝置、第二顆粒物測試裝置同時打開測量縫隙兩側(cè)顆粒物濃度，每次采樣時間至少1min，每次測量的結(jié)果取1min內(nèi)顆粒物濃度的平均值。

本發(fā)明的有益效果是：

1、這種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置包含大小艙體、縫隙、發(fā)煙裝置、氣流混合系統(tǒng)、壓差控制系統(tǒng)、顆粒物測試裝置、溫濕度控制器、過濾器，可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，模擬出多種條件（溫濕度、壓差、粒徑、縫隙條件）下的顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)。

2、大小艙體分別用于模擬室內(nèi)外環(huán)境，兩者通過縫隙機(jī)構(gòu)連接，形象準(zhǔn)確的模擬出顆粒物從室外環(huán)境中進(jìn)入室內(nèi)的穿透路徑。

3、發(fā)煙裝置為氣溶膠發(fā)生器，顆粒物采用ISO標(biāo)準(zhǔn)塵，與大氣可吸入顆粒物粒徑吻合度較高。

4、壓差控制器由真空泵、控制閥、微壓計(jì)、流量計(jì)組成，可實(shí)現(xiàn)對縫隙兩側(cè)壓差的精確控制。

5、在應(yīng)用過程中，可根據(jù)具體要求對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，得出相應(yīng)條件下的穿透系數(shù)，具有簡單易控制、多參數(shù)可變、節(jié)省人力物力等顯著優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)示意圖。

圖2是縫隙機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、大艙體，1a、第一開口，1b、第二開口，1c、第三開口，1d、第四開口，1e、第八開口，2、小艙體，2a、第五開口，2b、第六開口，2c、第七開口，2d、第九開口，3、氣溶膠發(fā)生器，4、顆粒物混合機(jī)構(gòu)，5、過濾器， 6、第一顆粒物測試裝置，6a、第二顆粒物測試裝置，7、縫隙機(jī)構(gòu)，7a、第一板，7b、第二板，7c、墊片，7d、縫隙，8、溫濕度控制器，9、真空泵，9a、流量計(jì)，9b、控制閥， 10、長螺釘，11、微壓計(jì)。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步描述。

圖1示出了一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置。圖中,這種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置包括大艙體1、小艙體2和縫隙機(jī)構(gòu)7，采用多個長螺釘10把小艙體2和縫隙機(jī)構(gòu)7固定在大艙體1上?？p隙機(jī)構(gòu)7包含第一板7a、第二板7b和墊片7c，第一板7a和第二板7b粘連在小艙體2上，與小艙體2形成整體，縫隙7d位于第二板7b與墊片7c之間。大艙體1頂端中央位置設(shè)有第一開口1a，第一開口1a通過軟管與氣溶膠發(fā)生器3相連，在頂部中央位置懸掛顆粒物混合機(jī)構(gòu)4，在大艙體1右側(cè)面下方設(shè)有第二開口1b，第二開口1b通過軟管與過濾器5連接，在大艙體1右側(cè)面、縫隙機(jī)構(gòu)7高度處設(shè)有第三開口1c，軟管的一端通過第三開口1c進(jìn)入大艙體1固定在縫隙7d前側(cè)中央位置，另一端與第一顆粒物測試裝置6連接，大艙體1正面設(shè)有與縫隙機(jī)構(gòu)7連接的長方形第四開口1d，顆粒物通過第四開口1d流入縫隙機(jī)構(gòu)7中的縫隙7d，溫濕度控制器8放置于大艙體1底面中間位置。小艙體2正面設(shè)有第五開口2a，第五開口2a通過軟管與壓差控制器連接。述壓差控制器包含真空泵9、流量計(jì)9a、控制閥9b和微壓計(jì)11，其中流量計(jì)9a、控制閥9b和真空泵9依次通過軟管連接，接頭處用密封膠密封，小艙體2側(cè)面設(shè)有第六開口2b，軟管的一端通過第六開口2b進(jìn)入小艙體2后固定在縫隙7d后側(cè)中央位置，另一端與第二顆粒物測試裝置6a連接，小艙體2里側(cè)設(shè)有與縫隙機(jī)構(gòu)7連接的長方形第七開口2c，微壓計(jì)11的兩軟管通過第八開口1e和第九開口2d分別固定在縫隙7d前、后側(cè)中央位置。

一種測量大氣顆粒物室內(nèi)外穿透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法采用下列步驟：

（a）打開顆粒物混合機(jī)構(gòu)4，加強(qiáng)大艙體1內(nèi)氣流混合；

（b）對溫濕度進(jìn)行控制；打開溫濕度控制器8，當(dāng)大艙體1內(nèi)空氣溫度小于設(shè)定值時，啟動加熱系統(tǒng)升溫，反之啟動降溫系統(tǒng)降溫；濕度控制區(qū)間為40%-100%RH，梯度為5%RH的控制，當(dāng)溫濕度達(dá)到設(shè)定值，且溫度波動值小于0.1℃，相對濕度設(shè)定值小于1%RH時，溫濕度調(diào)節(jié)完成；

（c）縫隙兩側(cè)壓差控制，壓差控制是先通過流量調(diào)節(jié)，再通過微壓計(jì)11監(jiān)測進(jìn)行壓差微調(diào)，直至達(dá)到設(shè)定值；真空泵9工作，流量計(jì)9a測量抽取的氣體流量，當(dāng)流量大于設(shè)定流量時，關(guān)小控制閥9b開度，當(dāng)流量小于設(shè)定流量時，調(diào)大控制閥9b開度，直至流量與設(shè)定值相同；微壓計(jì)11監(jiān)測縫隙兩側(cè)壓差，當(dāng)縫隙兩側(cè)流量達(dá)到設(shè)定值，縫隙兩側(cè)壓差便達(dá)到設(shè)定值，觀察微壓計(jì)11讀數(shù)，若壓差為設(shè)定值，壓差控制操作結(jié)束；

（d）溫濕度、壓差控制完成后，氣溶膠發(fā)生器3發(fā)射顆粒物，顆粒物在顆粒物混合機(jī)構(gòu)4作用下，迅速擴(kuò)散，由于縫隙兩側(cè)壓差的存在，顆粒物會通過縫隙7d由大艙體1穿透進(jìn)入小艙體2；

（e）在顆粒物釋放一段時間后，且在大艙體內(nèi)混合均勻后，第一顆粒物測試裝置6a、第二顆粒物測試裝置6b同時打開，每次采樣時間至少1min，每次測量的結(jié)果取1min內(nèi)顆粒物濃度的平均值。

采用上述技術(shù)方案,大艙體連接發(fā)煙裝置用于模擬室外大氣環(huán)境，小艙體模擬室內(nèi)環(huán)境，兩者之間通過縫隙機(jī)構(gòu)連接。氣流混合裝置安裝在大艙體頂部中心位置，用于混合艙內(nèi)顆粒物。壓差控制器與小艙體一側(cè)連接，開啟后，通過抽氣泵使兩艙內(nèi)氣體流動。溫濕度控制器位于大艙體中心位置。在一定的溫濕度、縫隙條件下，發(fā)煙裝置發(fā)射顆粒物，氣流混合后，顆粒物測試裝置開始檢測縫隙兩側(cè)顆粒物質(zhì)量濃度，進(jìn)而得到穿透系數(shù)。

大艙體尺寸為長×寬×高=50cm×50cm×40cm，體積為0.1m3。該尺寸設(shè)計(jì)主要考慮兩點(diǎn)因素：1、實(shí)驗(yàn)過程中，大艙體內(nèi)的顆粒物需達(dá)到一定濃度才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，故相較于大空間，0.1m3大小的空間能使顆粒物快速達(dá)到規(guī)定濃度；2、在滿足實(shí)驗(yàn)在該空間可操作的前提下，體積為0.1 m3能簡化實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算。小艙體的尺寸為長×寬×高=25cm×4cm×10cm，體積為0.001m3，能滿足便于計(jì)算及可操作性。艙體各面接縫處用專門的密封膠密封禁止漏氣。

大艙體、小艙體通過縫隙機(jī)構(gòu)連接，縫隙機(jī)構(gòu)嵌入小艙體，與小艙體結(jié)合后通過長螺釘與大艙體連接，通過拆卸長螺釘實(shí)現(xiàn)縫隙的切換?？p隙可拆卸更換，實(shí)驗(yàn)可根據(jù)實(shí)際要求定制縫隙尺寸?？p隙材料采用鋁合金、磚、混凝土、膠合板、紅杉木、松木和刨花板等改變粗糙度?？p隙由上下兩板及墊片組成，選定一定粗糙度的縫隙材料后，將長寬切割為規(guī)定尺寸后，塞入兩板之間，縫隙高度通過改變墊片個數(shù)調(diào)節(jié)。墊片厚度分別為0.1mm，0.25mm，0.5mm，1mm等。

發(fā)煙裝置采用氣溶膠發(fā)生器及ISO標(biāo)準(zhǔn)塵（A1），該塵中PM10以下的顆粒物占97%以上，能極好的模擬大氣中的可吸入顆粒物。大艙體頂部設(shè)有發(fā)煙口，與氣溶膠發(fā)生器相連，標(biāo)準(zhǔn)塵通過氣溶膠發(fā)生器均勻送入大艙體內(nèi)。在顆粒物進(jìn)入之前，打開位于大艙體頂部中央位置的氣流混合裝置，加速氣流混合。

顆粒物混合機(jī)構(gòu)位于大艙體頂部中央位置，作用主要是以下兩點(diǎn)：1、在顆粒物進(jìn)入之前打開，加速氣流混合；2、顆粒物發(fā)射進(jìn)入之后，使其快速、均勻的分布在大艙體內(nèi)。

壓差控制器由真空泵、控制閥、微壓計(jì)、流量計(jì)組成。根據(jù)ASHER標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)外壓差范圍為4-10pa，故將縫隙兩側(cè)的壓差控制在4-10pa。真空泵通過管道與小艙體連接，通過抽氣使氣體在艙內(nèi)流動，流量計(jì)可顯示流過縫隙兩側(cè)流量值。微壓計(jì)可測量縫隙兩側(cè)的壓差，當(dāng)壓差偏離設(shè)定值時，通過調(diào)節(jié)控制閥，改變真空泵流量，使壓差達(dá)到設(shè)定值。

顆粒物測試裝置采二臺TSI顆粒物計(jì)數(shù)器，分別用于測試縫隙兩側(cè)的顆粒物濃度。溫濕度控制器用于控制實(shí)驗(yàn)過程中的溫濕度，將艙內(nèi)溫濕度控制在設(shè)定值后，方可進(jìn)行試驗(yàn)。一組實(shí)驗(yàn)做完后，改變溫濕度，穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一組測試。

過濾器用于過濾大艙體進(jìn)氣口進(jìn)入的空氣內(nèi)的可吸入顆粒物，保證氣溶膠發(fā)生器為唯一的顆粒物發(fā)生源。