除臭氧通风净化器的设计与性能研究

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近年来,夏季大气环境中的臭氧(O3)浓度逐年上升,已成为全世界范围内大气污染的主要问题之一。居室环境内具备臭氧源的情况较少,但当室外空气遭受臭氧污染时,高浓度的臭氧可以通过通风路径进入建筑物。50ppb的臭氧就会刺激人体咽喉粘膜,更高浓度的臭氧还会诱发呼吸系统和心血管系统疾病。为保证室内空气品质和人员健康,有必要对室内空气进行净化处理。虽然活性炭材料的过滤器可去除包括臭氧在内的多种气体,但容易失效且材料抗湿性差。目前仍缺乏一种能够从源头处净化来流臭氧,实现清洁送风的通风净化器。本研究提出了一种通风净化器,用于分解室内新风中的臭氧。在通风净化器的风道内安装有中效过滤器和臭氧转换器,来分别去除颗粒物和分解臭氧。其中自制的臭氧转换器为自主建造,采用金属氧化物二氧化锰和氧化铜来催化净化臭氧,并综合考虑单通净化效率、通流阻力、相关规范要求等因素对其进行设计和选材。实验中,将通风净化器安装在实验房内,验证其应对不同环境背景浓度和不同过滤风速的净化效果,利用催化剂的反应速率和臭氧转换器的阻力特性确定实验条件下的最优过滤风速。并且,在一段时间内持续监测臭氧转换器的使用效果,逐周对比效率衰减情况,对使用寿命提出指导意见。通过净化效率、过滤风速和使用寿命表征净化器的综合性能。此外,实验对叠放不同层数滤料的臭氧转换器进行了进一步测试,通过相同测试工况下的单通净化效率、通流阻力和质量因子的对比,确定了实验条件下综合性能最优时的催化层数。研究结果表明:1)臭氧转换器在叠放4层滤料时,在保证较高净化效率的同时维持较低阻力,综合性能最优。2)净化效率和过滤风速、背景浓度及使用时间有关:Ⅰ)效率随滤速增加而减小;Ⅱ)在0.11m/s~0.56m/s的过滤风速范围,25ppb~75ppb的背景臭氧浓度范围内,通风净化器的最大净化效率均超过75%;Ⅲ)在高背景浓度下使用时,综合考虑催化剂的利用效率和转换器的阻力,建议通风净化器在0.44m/s过滤风速下运行;Ⅳ)随着使用时间增加,效率呈现非线性减小趋势,以75ppb作为背景臭氧浓度,在运行使用6周以内,净化效率在各运行风速下均能保证约50%以上,至12周时净化效果趋于消失。
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