本发明专利技术公开了一种涉水公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法，包括以下步骤：确定待模拟的公共场所，将该公共场所内各房间顺序编号，再进一步确定污染源所在的房间，并且确定在各房间之间的空气流通关系；分别建立室内有污染源的各房间内的污染物转运方程以及室内无污染源的各房间的污染物转运方程；通过数学软件分别求解每一个房间的污染物浓度函数并且使用蒙特卡洛方法多次重复求解，求解结果以置信区间的形式给出。本方法可以模拟非稳态环境系统。
Method for predicting indoor air volatile organic pollutants in wading public places
The invention discloses a prediction method for wading public indoor air volatile organic pollutants, which comprises the following steps: determining public places to be simulated, the public places in the room numbers and further determine the sources of pollution in our room, and to determine the relationship between the circulation of air in the room; pollutant transport equation in each room each room has established pollution sources and pollutants in the transport equation and no indoor pollution sources; by mathematical software to calculate each room function of pollutant concentration and use repeatedly for Monte Carlo method, solving results to give the confidence interval. The method can simulate the unsteady environment system.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法，具体涉及涉水公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法。
技术介绍
在自来水、直饮水等室内水体中，常常含有多种挥发性有机污染物(VOCs)。室内水体通过水龙头、淋浴喷头、浴缸、泳池等用水设施排放接触空气，其中的VOCs挥发至空气中，成为污染涉水室内环境空气的污染源。由于室内环境的多样性，使用数学模型模拟室内环境中的VOCs污染既免去了繁重的分析监测工作，又方便了室内环境VOCs的人体健康风险评价。McKone于1987年率先提出了一种用于模拟室内环境VOCs的预测方法(即三室模型)，(参见McKoneTE.Humanexposuretovolatileorganiccompoundsinhouseholdtapwater:theindoorinhalationpathway[J].EnvironmentalScience&Technology，1987，21(12)：1194–1201.家用自来水中挥发性有机物的人体暴露：室内呼吸途径，《环境科学与技术》，1987)该方法应用于家居环境。该方法的基本原理是：将家居环境划分为三室，基于质量守恒定律和室内用水设施的传质理论，依托PREMOD/MODAID软件求解VOCs浓度。该方法在室内环境系统模拟具有重要影响，但其难以应用于公共场合室内环境系统。实际上，污染源(水龙头、淋浴喷头)的开启和使用与环境中人的行为相关。家居环境中人的数量不多，且人的行为较为规律；而在公共场合中，人的数量巨大，且人的行为随机性很强。因此，三室模型中用于描述家居环境人的行为的方法无法推广至公共场合。Hsu于2009年提出了一种用于模拟室内游泳馆环境VOCs的预测方法(参见HsuHT，ChenMJ，LinCH，etal.Chloroforminindoorswimming-poolair:monitoringandmodelingcoupledwiththeeffectsofenvironmentalconditionsandoccupantactivities[J].WaterRes，2009，43(15)：3693–3704.考虑环境条件和泳池占用行为对室内游泳馆氯仿的监测与数学模拟，《水研究》，2009)。该方法可应用于室内游泳馆泳池空间(不包括游泳馆淋浴间、更衣室等附属空间)，并可推广至其他具有宽阔水面的室内空间(如室内温泉度假区)。该方法的基本原理是：基于流体力学和传质原理，使用数学关系式定量描述了室内气体流动、顾客使用泳池的行为等因素对VOCs的影响，依托某软件(文中未提及)实现模拟。该方法的主要缺陷是：未考虑附属空间，忽视了顾客在淋浴间吸入大量VOCs；顾客的占用行为不能自动模拟，顾客人数是程序的输入参数；不能连续模拟室内环境的非稳态过程，只能给出某环境条件下的预测结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供这一种可模拟非稳态环境系统的涉水公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法。一种涉水公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法，包括以下步骤：步骤101：确定待模拟的公共场所，将该公共场所内各房间顺序编号，再进一步确定污染源所在的房间，并且确定在各房间之间的空气流通关系，所述的污染源分为完全混合流和活塞流；步骤102：根据质量守恒原理，分别建立室内有污染源的各房间内的污染物转运方程以及室内无污染源的各房间的污染物转运方程；其中房间内有污染源的各房间的污染物转运方程如下式1所示：室内无污染源的各室的污染物转运方程如下式2所示：上式1和式2中：Vi为房间体积；t为时间；qi_j、qj_i分别为从序号为i的房间进入序号为j房间的换气速率和从序号为j的房间进入序号为i的房间的换气速率；j的取值范围为从1至n+1，其中n为房间总数，n+1表示室外空间，且j≠i；其中上式1中的Si(t)为有污染源房间内的污染物释放速率函数；i代表任意一个有污染源房间的序号，j代表与序号为i的房间具有空气流通关系的房间序号；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Cj(t)为与序号为i的房间具有空气流通关系的房间内污染物空气浓度函数；其中上式2中的i代表任意一个无污染源房间的序号，j代表与序号为i的房间具有空气流通关系的房间序号；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Cj(t)为与序号为i的房间具有空气流通关系的房间内污染物空气浓度函数；步骤103：求解上式1中的有污染源房间内的污染物释放速率函数，具体步骤如下：(a)对完全混合流污染源建立释放模型如式3所示：对活塞流类污染源建立释放模型下式4：式3和式4中：KOL,i为污染源液相总传质系数；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Gi(t)为某污染源关联的顾客数时间函数；Hi为亨利常数；Cw,i为序号为i的房间污染物水体浓度；Ai为污染源的传质面积；式3中i表示所考虑的完全混合流污染源所处的房间序号；kL,ref为参考物质的液相传质系数；Dl,ref为参考物质的液相扩散系数；Dg,i和Dl,i分别为污染源所释放的污染物的气相和液相扩散系数；εi为水面占用行为能量耗散速率；ρw,i为水密度；μw,i为水粘度；ρa,i为空气密度；μa,i为空气粘度；P为水面占用行为机械做功功率，常数；Vw,i为水池体积；vi为污染源水面风速。式4中：i表示所考虑的活塞流类污染源所处的房间序号；QL,i为序号为i的房间中活塞流污染源流量Gi(t)为用水设施开启数时间函数；(b)利用排队论原理确定式3和式4中某污染源关联的顾客数时间函数，具体步骤如下：第一步：分别建立逻辑结构和数据参数；所述的逻辑结构包括：抽象顾客在公共场所内的行为，建立随机服务系统，确定顾客在哪些房间的哪些行为会与污染源发生关联；确定公共场所的营业规则，着重关注营业时间和对顾客行为做出限定的相关规定；确定顾客到达流特征，包括：顾客数量、顾客到达的随机性、顾客到达的独立性和顾客到达的波动性；确定服务系统的特征，包括：服务机构的并行方式及数量、服务时间的随机性和服务时间的波动性；确定排队和服务规则，包括：顾客在进入服务机构前的等待方式和顾客接受服务的顺序；所述的数据参数包括：建立顾客到达时间间隔时间函数，具体过程为：首先，获取研究对象多条顾客到达时间序列；其次，计算典型顾客到达时间序列；再次，使用曲线拟合的方法将典型顾客到达时间序列转换为顾客到达率时间函数；最后，顾客到达率时间函数求倒数得到顾客到达时间间隔时间函数；确定顾客停留时长；第二步，根据第一步的逻辑结构和数据参数，计算污染源关联的顾客数时间函数，具体步骤为：步骤201：生成每名顾客的到达时间并获取顾客数最大值；步骤202：生成每名顾客的停留时间并计算每名顾客到达和离开某房间的时刻；步骤203：根据步骤201和步骤202生成的顾客到达每一房间的时刻，计算每一时刻在某房间的顾客人数；(c)将步骤(b)求得的结果代入式3和式4中；步骤104：将步骤103中的式3和式4根据污染源类型代入式1，然后利用式1和式2通过数学软件分别求解每一个房间的污染物浓度函数并且使用蒙特卡洛方法多次重复求解，求解结果以置信区间的形式给出。本专利技术的有益本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种涉水公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤101：确定待模拟的公共场所，将该公共场所内各房间顺序编号，再进一步确定污染源所在的房间，并且确定在各房间之间的空气流通关系，所述的污染源分为完全混合流和活塞流；步骤102：根据质量守恒原理，分别建立室内有污染源的各房间内的污染物转运方程以及室内无污染源的各房间的污染物转运方程；其中房间内有污染源的各房间的污染物转运方程如下式1所示：室内无污染源的各室的污染物转运方程如下式2所示：上式1和式2中：Vi为房间体积；t为时间；qi_j、qj_i分别为从序号为i的房间进入序号为j房间的换气速率和从序号为j的房间进入序号为i的房间的换气速率；j的取值范围为从1至n+1，其中n为房间总数，n+1表示室外空间，且j≠i；其中上式1中的Si(t)为有污染源房间内的污染物释放速率函数；i代表任意一个有污染源房间的序号，j代表与序号为i的房间具有空气流通关系的房间序号；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Cj(t)为与序号为i的房间具有空气流通关系的房间内污染物空气浓度函数；其中上式2中的i代表任意一个无污染源房间的序号，j代表与序号为i的房间具有空气流通关系的房间序号；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Cj(t)为与序号为i的房间具有空气流通关系的房间内污染物空气浓度函数；步骤103：求解上式1中的有污染源房间内的污染物释放速率函数，具体步骤如下：(a)对完全混合流污染源建立释放模型如式3所示：对活塞流类污染源建立释放模型下式4：式3和式4中：KOL，i为污染源液相总传质系数；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Gi(t)为某污染源关联的顾客数时间函数；Hi为亨利常数；Cw，i为序号为i的房间污染物水体浓度；Ai为污染源的传质面积；式3中i表示所考虑的完全混合流污染源所处的房间序号；kL，ref为参考物质的液相传质系数；Dl，ref为参考物质的液相扩散系数；Dg，i和Dl，i分别为污染源所释放的污染物的气相和液相扩散系数；μw，i为水粘度；ρa，i为空气密度；μα，i为空气粘度；P为水面占用行为机械做功功率，常数；Vw，i为水池体积；vi为污染源水面风速。式4中：i表示所考虑的活塞流类污染源所处的房间序号；QL，i为序号为i的房间中活塞流污染源流量；(b)利用排队论原理确定式3和式4中某污染源关联的顾客数时间函数，具体步骤如下：第一步：分别建立逻辑结构和数据参数；所述的逻辑结构包括：抽象顾客在公共场所内的行为，建立随机服务系统，确定顾客在哪些房间的哪些行为会与污染源发生关联；确定公共场所的营业规则，着重关注营业时间和对顾客行为做出限定的相关规定；确定顾客到达流特征，包括：顾客数量、顾客到达的随机性、顾客到达的独立性和顾客到达的波动性；确定服务系统的特征，包括：服务机构的并行方式及数量、服务时间的随机性和服务时间的波动性；确定排队和服务规则，包括：顾客在进入服务机构前的等待方式和顾客接受服务的顺序；所述的数据参数包括：建立顾客到达时间间隔时间函数，具体过程为：首先，获取研究对象多条顾客到达时间序列；其次，计算典型顾客到达时间序列；再次，使用曲线拟合的方法将典型顾客到达时间序列转换为顾客到达率时间函数；最后，顾客到达率时间函数求倒数得到顾客到达时间间隔时间函数；确定顾客停留时长；第二步，根据第一步的逻辑结构和数据参数，计算污染源关联的顾客数时间函数，具体步骤为：步骤201：生成每名顾客的到达时间并获取顾客数最大值；步骤202：生成每名顾客的停留时间并计算每名顾客到达和离开某房间的时刻；步骤203：根据步骤201和步骤202生成的顾客到达每一房间的时刻，计算每一时刻在某房间的顾客人数；(c)将步骤(b)求得的结果代入式3和式4中；步骤104：将步骤103中的式3和式4根据污染源类型代入式1，然后利用式1和式2通过数学软件分别求解每一个房间的污染物浓度函数并且使用蒙特卡洛方法多次重复求解，求解结果以置信区间的形式给出。...
【技术特征摘要】
1.一种涉水公共场合室内空气挥发性有机污染物的预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤101：确定待模拟的公共场所，将该公共场所内各房间顺序编号，再进一步确定污染源所在的房间，并且确定在各房间之间的空气流通关系，所述的污染源分为完全混合流和活塞流；步骤102：根据质量守恒原理，分别建立室内有污染源的各房间内的污染物转运方程以及室内无污染源的各房间的污染物转运方程；其中房间内有污染源的各房间的污染物转运方程如下式1所示：室内无污染源的各室的污染物转运方程如下式2所示：上式1和式2中：Vi为房间体积；t为时间；qi_j、qj_i分别为从序号为i的房间进入序号为j房间的换气速率和从序号为j的房间进入序号为i的房间的换气速率；j的取值范围为从1至n+1，其中n为房间总数，n+1表示室外空间，且j≠i；其中上式1中的Si(t)为有污染源房间内的污染物释放速率函数；i代表任意一个有污染源房间的序号，j代表与序号为i的房间具有空气流通关系的房间序号；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Cj(t)为与序号为i的房间具有空气流通关系的房间内污染物空气浓度函数；其中上式2中的i代表任意一个无污染源房间的序号，j代表与序号为i的房间具有空气流通关系的房间序号；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Cj(t)为与序号为i的房间具有空气流通关系的房间内污染物空气浓度函数；步骤103：求解上式1中的有污染源房间内的污染物释放速率函数，具体步骤如下：(a)对完全混合流污染源建立释放模型如式3所示：对活塞流类污染源建立释放模型下式4：式3和式4中：KOL，i为污染源液相总传质系数；Ci(t)为序号为i的房间内污染物空气浓度函数；Gi(t)为某污染源关联的顾客数时间函数；Hi为亨利常数；Cw，i为序号为i的房间污染物水体浓度；Ai为污染源的传质面积；式3中i表示所考虑的完全混合流污染源所处的房间序号；kL，ref为参考物质的液相传质系数；Dl，ref为参考物质的液相扩散系数...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆凯，牛志广，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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