基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法和系统，当室内污染物主要来源室外渗透时，空气交换率、粒子穿透系数和沉积速率三个关键参数被认为是对空气净化器设计的主要参数。针对于此，本文在考虑人群活动的室内环境中提出了一种基于监测室内外PM2.5质量浓度的空气交换率a、穿透系数P和沉降率k的计算方法。首先建立基于人群活动下的PM2.5浓度的动态平衡方程；其次建立包含a、P、k的微分方程组；最后求解方程组并验证其合理性。与传统的密闭室内环境下的a、P、k计算方法相比，本文提出的模型考虑了人群活动，将为室内空气质量中，如何更好满足人们需求，减少空气污染与提高空气质量提供有力的技术支持和决策服务。支持和决策服务。支持和决策服务。

【技术实现步骤摘要】
基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法和系统


[0001]本专利技术涉及环境测量
，特别是涉及一种基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法和系统。

技术介绍

[0002]据调查，人类每天在室内度过的时间占85％以上，室内污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”。近年来，室内污染已成为社会的关注焦点，并逐渐成为建筑科学、健康科学、环境科学、管理科学等领域的前沿研究课题。良好的室内空气净化等新风设备可以有效过滤污染物，改善室内空气质量，使人类居住的室内环境满足绿色健康标准。
[0003]室内空气污染物包括:甲醛、PM2.5、TVOC、一氧化碳等。其中，室内PM2.5是空气悬浮微粒直径≤2.5mm的颗粒物质的统称，因为其直径小、质量轻、肉眼难分辨、以及是部分微生物和细菌载体的特点，成为了室内污染物中的关注重点。室内PM2.5颗粒物主要受室内外污染源、空气交换率a、穿透系数p和沉降率k的影响。即使关闭窗户，室外PM2.5也能通过门窗等建筑缝隙进入室内，导致室内PM2.5浓度升高，造成室内空气质量变化。在室内外空气流通的条件下，室内外的空气交换率越大，进入室内的PM2.5颗粒物越多。
[0004]PM2.5动态特性参数不仅表示室外污染物流入室内的比例，对室内环境的空气净化和新风系统的参数设定起到重要作用。对于不同的室内场景，参数设定应具备灵活性和个性化。已有研究主要是对PM2.5动态特性参数a、p和k等核心参数的取值范围以及计算方法的研究。Thomas等给出了自然通风条件下室内外颗粒物平衡浓度，结果表明：当室外浓度大于室外平衡点浓度时，I/O比将随空气交换率的增加而增大。Bennett等在实测数据基础下，对室内外PM2.5浓度平衡微分方程进行求解,得到多组p和k解。Mleczkowsk在Bennett的基础上，对p和k求得组合近似均值。室内PM2.5浓度还受人类活动的影响，人为活动能够增加了生物气溶胶的浓度，直接通过人群的存在，也间接通过重新悬浮先前沉积的颗粒，尤其是由于先前沉积物质的再悬浮更容易造成室内PM2.5浓度变化。Fromme等人发现，8岁以下儿童的教室中PM2.5浓度较高，因为他们比年龄较大的儿童更活跃。最近，王亚峰等人提出了一种基于监测室内外PM2.5质量浓度来确定颗粒穿透因子和颗粒沉降速率的计算方法；然而，在已有的PM2.5特性评价模型的研究中，虽然已经对室内空气中的污染物PM2.5进行了多次的监测与研究，但研究内容主要集中在无人的室内环境，缺乏反应过程中的传递关联影响的动态分析，很难应用于真实的室内环境设计中，对于人与环境动态交互的室内PM2.5动态特性研究成果还不够丰硕。
[0005]室内环境与人类是相互依存的关系，人类的活动和室内环境之间的相互影响不可忽视。传统的室内环境研究主要从单方面考虑环境对人类的影响，包括对人类身心健康和绩效表现方面，而在人类对环境的影响方面并未充分考虑，具体表现在对于不同的室内环境其净化设备的参数设定是一成不变的，这导致现有的室内空气净化等新风设备往往无法及时和完全解决室内污染问题，室内污染依然随时伴随在人类的左右。
[0006]研究结果可以为优化空气净化等新风系统的参数设定提供服务；最终可以为用户
提供智能决策，高效地改善室内空气质量，逐步完善室内环境治理的智能化、规范化和决策化。
[0007]陈紫光、陈超、曹国庆、邬艳、吴玉琴、刘子嘉、朱娟花、张铭健、李炫关于渗透通风条件下室内PM2.5净化过滤负荷计算相关设计参数探讨[J].建筑科学，2019，35(10):163
‑
169.提出的房间换气次数、PM2.5穿透系数与沉降率推算模型,以及北京地区多个办公建筑室内外PM2.5质量浓度和室外气象参数长期监测结果，研究并提出了基于渗透通风条件下，不同气密性等级建筑外窗对应的单位缝长渗透通风量和穿透系数确定方法，给出了推荐设计值，评估了建筑外窗气密性等级对空气净化器净化寿命的影响。
[0008]CN202110726725.9，一种新风系统PM2.5过滤效果现场检测装置及检测方法，该装置包括用于生成模拟污染物的烟气发生室、气体搅拌室以及集气室。
[0009]CN201811655321.X，一种室内PM2.5预警控制方法、装置及计算机可读存储介质。专利技术提供的室内PM2.5预警控制方法、装置及计算机可读存储介质，可以方便快捷地随时掌握室内PM2.5浓度值，提示预警，并对其进行有效控制，有利于营造健康、安全、舒适的室内空气环境，减轻对人体的危害。
[0010]CN202022753957.7，一种有效防治细颗粒物的智能新风机，有效防治细颗粒物的智能新风机，通过设置隔网、初级过滤网、初级过滤板和高效过滤网，解决了防治去除效果差、不便于更换滤芯和滤网的问题。
[0011]现有技术中虽然对室内空气中的PM2.5进行了多次测量，但研究多局限于静态室内，考虑人与周围环境的动态交互较少，导致模型准确性和灵敏性较弱。

技术实现思路

[0012]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法，在数据驱动的背景下，通过获取实时动态数据，更及时地反映环境状态，并根据质量守恒原理建立了考虑人群活动的室内PM2.5动态特性模型，增强了模型准确性和灵敏性。
[0013]为了达到上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0014]一种基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
[0015]步骤1，采集室内外PM2.5数据，获取室内外PM2.5浓度均值，构建室内外PM2.5数据库；
[0016]步骤2，分析室内外PM2.5数据，从中确定PM2.5浓度变化的影响特性参数；
[0017]步骤3，在质量守恒模型的基础上，将引起室内PM2.5浓度变化的人为活动定义为人群污染源强度，建立人为活动下的室内PM2.5浓度动态平衡方程；
[0018]步骤4，在考虑室内人为活动的条件下，使用PM2.5动态特性a，P，k表示质量守恒模型，a为室内外空气交换率，P为室外环境穿透系数，k表示沉降率；
[0019]步骤5，对质量守恒模型进行降维求解，得到室内PM2.5的动态特性表达式。
[0020]优选的，步骤1具体包括指的是：
[0021]步骤1，在被测场所的室外和室内固定安装若干用于采集PM2.5数据的传感器，获取被测场所的体积，通过传感器采集被测场所在设定时间段内的PM2.5数据及其变化状态，
分别计算在设定时间内被测场所室内外PM2.5浓度均值，构建室内外PM2.5数据库。
[0022]优选的，步骤3中建立人为活动下的室内PM2.5浓度动态平衡方程具体包括以下步骤：
[0023]步骤301，设定人群污染源强度、室外PM2.5流入室内的体积、相对浓度，计算得到t时刻室内的PM2.5表达式；
[0024]步骤302，对室内的PM2.5表达式求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，采集室内外PM2.5数据，获取室内外PM2.5浓度均值，构建室内外PM2.5数据库；步骤2，分析室内外PM2.5数据，从中确定PM2.5浓度变化的影响特性参数；步骤3，在质量守恒模型的基础上，将引起室内PM2.5浓度变化的人为活动定义为人群污染源强度，建立人为活动下的室内PM2.5浓度动态平衡方程；步骤4，在考虑室内人为活动的条件下，使用PM2.5动态特性a，P，k表示质量守恒模型，a为室内外空气交换率，P为室外环境穿透系数，k表示沉降率；步骤5，对质量守恒模型进行降维求解，得到室内PM2.5的动态特性表达式。2.根据权利要求1所述的基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法，其特征在于，步骤1具体包括指的是：步骤1，在被测场所的室外和室内固定安装若干用于采集PM2.5数据的传感器，获取被测场所的体积，通过传感器采集被测场所在设定时间段内的PM2.5数据及其变化状态，分别计算在设定时间内被测场所室内外PM2.5浓度均值，构建室内外PM2.5数据库。3.根据权利要求1所述的基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法，其特征在于，步骤3中建立人为活动下的室内PM2.5浓度动态平衡方程具体包括以下步骤：步骤301，设定人群污染源强度、室外PM2.5流入室内的体积、相对浓度，计算得到t时刻室内的PM2.5表达式；步骤302，对室内的PM2.5表达式求导后，将PM2.5流失量代入，将代入得到的公式中的每一项对时间T积分并取均值得到平均室内PM2.5浓度，平均室外PM2.5浓度和人为活动造成的平均室内PM2.5浓度污染；步骤303，得到人为活动作为室内污染源时的污染强度，设定人为活动时间和污染强度，得到人为活动的源强度。4.根据权利要求1所述的基于质量守恒的室内PM2.5动态特性的评价计算方法，其特征在于，步骤4中具体包括以下步骤：步骤401，已知自然通风条件下的室内PM2.5浓度符合质量守恒定理，并主要受室内外PM2.5浓度差导致的空气流通，以及室内环境中沉降颗粒物的影响；步骤402，在考虑室内人为活动的条件下，使用PM2.5动态特性a，P，k表示质量守恒模型如下：其中，a...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光飞，周雨禾，关晓微，
申请(专利权)人：大连凌空数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：