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室内外空气污染物浓度演化关系的研究

作　者: 钟珂
导　师: 刘加平
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 供热、供燃气通风与空调工程
关键词: 室内外环境空气污染物自然通风房间一氧化碳大气尘粒子浓度街道峡谷高架道路
分类号: X51
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着我国城市化和工业化进程的加快，环境空气污染问题已越来越受到许多研究领域的重视。目前，机动车排放的污染物已被认为是城市环境空气的主要污染来源，并且已经发现，室外空气污染对室内空气品质将产生许多重要影响。由于城市居民每天有70％～90％的时间在室内度过，因此，必须对室内外空气质量间的关系进行全面研究，以便为室内空气品质的预测和控制提供实用的科学模型。本文分别选择了上海市和西安市的三个自然通风房间和十一条街道(包括两条高架桥穿越的街道)作为典型测试点，并分别以CO浓度和气溶胶粒子数浓度作为测定参数，对室内外污染物浓度间的关系进行了系统的实验测试和详细的理论研究。实测表明，街道结构、局地风速、车流强度和街区绿化型式等下垫面条件对CO的扩散和浓度分布都有明显的影响。对于普通街道，研究认为，在现有的气态污染物浓度预测模式中，OSPM模式和SRI模式在经过修正后，基本上能够用来估计室外街道峡谷中的空气污染物浓度变化规律，但前者得到的结果与实际更为接近。由于绿化型式对城市大气环境和景观效应均有重要影响，但多数已有的街道内部污染物扩散模式均未考虑行道树树冠对交通污染物扩散的影响，本文以CO为环境示踪物，通过对西安市典型街道的实测和数据分析，讨论了绿化型式对街道污染物扩散效果的影响，并据此对街道绿化的生态设计给出了建议。在对包括高架道路穿越的街道中的大量实测结果进行分析后，利用大气扩散的K理论讨论了CO沿垂直方向的浓度变化特点，指出两种情形下，街道中CO在垂直方向的浓度都可以近似表示为无量纲高度的指数函数形式。对自然通风房间室内外CO浓度的实测结果进行了比较和讨论。在引入了室内污染物混合因子概念并考虑到浓度衰减效应后，根据污染物质量平衡关系，从理论上导出了一个预测室内气态污染物浓度随时间变化的公式。经实测验证，认为在低换气次数下，预测自然通风房间室内污染物浓度变化时，必须考虑气态污染物在室内的衰减作用。但若室内无明显的污染源，则在经过一段时间通风后，可以直接用室外CO浓度来近似表示室内浓度。研究发现，自然通风房间室内外颗粒物数浓度之比(1/0比)在0.276(士0.126)到0.952(士0.198)之间，FO比随着粒子尺度的增大而显著减小，室内粒子浓度没有表现出相对于室外的时间延迟，且室内外粒子浓度之间存在着良好的线性相关关系。在考虑了粒子室内损失，并回归了室外数浓度时间变化的经验关系后，给出了可以预测夏季室内粒子数浓度变化的表示式。利用这个预测模式得出的计算值与实测值具有很好的一致性。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-11
主要符号表  11-12
1 绪论  12-16
  1.1 问题的提出及意义  12-14
  1.1 课题研究内容  14-16
2 国内外研究现状的回顾与评述  16-31
  2.1 街道峡谷污染物扩散规律的研究  16-20
    2.1.1 城市街道峡谷的类型与气流流动特征  16-17
    2.1.2 机动车污染物扩散模式研究  17-20
  2.2 街道上空顶盖对机动车污染物扩散影响的研究  20-25
    2.2.1 国外高架道路污染物扩散模式研究  21-22
    2.2.2 我国高架道路污染物扩散研究  22-23
    2.2.3 基本模式的分析与我国城市街道分类  23-25
  2.3 室内外污染物演化研究与模式的评价  25-30
    2.3.1 良好混合反应器模式-室内污染源稳定  25-27
    2.3.2 混合因子模式-室内污染源不稳定  27-29
    2.3.3 质量平衡模式-颗粒污染物  29-30
  2.4 本章小结  30-31
3 典型街道中气态污染物的实测与分析  31-55
  3.1 测试仪器、典型街道选择与测点布置  31-34
    3.1.1 测试仪器与示踪气体  31-32
    3.1.2 测试时间及频率  32
    3.1.3 测点设置  32-34
  3.2 交通污染物源强的估计  34
  3.3 街道峡谷内气态污染物扩散的实测与分析  34-39
    3.3.1 污染物浓度与交通车流量关系的分析  34-35
    3.3.2 燃气燃烧对污染物浓度的影响分析  35
    3.3.3 风速对污染物扩散的影响分析  35-36
    3.3.4 街道结构对污染物扩散的影响  36-37
    3.3.5 初始扩散的影响  37-38
    3.3.6 街道上空顶盖对气态污染物扩散的影响  38-39
  3.4 街道空气中CO浓度多元回归  39-41
  3.5 街道内污染物扩散典型模式的讨论  41-45
    3.5.1 OSPM模式及参数的分析与选取  41-44
    3.5.2 SRI模式分析与修正  44-45
  3.6 模式验证及对比分析  45-49
    3.6.1 模拟结果与监测数据比较  45-49
    3.6.2 不同模式间的比较  49
  3.7 街道绿化物对污染物扩散的影响  49-53
    3.7.1 典型街道污染气体浓度分布实测与分析  50-51
    3.7.2 道路绿化改善空气质量作用的分析  51-53
    3.7.3 不同车流量强度道路的绿化原则  53
  3.8 本章小结  53-55
4 高架道路对街道空气污染物扩散的影响  55-74
  4.1 高架道路附近污染物浓度测点的选择  55-56
  4.2 高架道路周围污染物湍流扩散的理论背景  56-63
    4.2.1 扩散方程及其解的讨论  56-61
    4.2.2 高架道路两旁污染物浓度分布形式  61-62
    4.2.3 实验数据处理方法  62-63
  4.3 实测与模式参数的确定  63-69
  4.4 街道污染物浓度垂直分布模式的分类形式  69-73
    4.4.1 街道污染物浓度垂直分布模式  69-70
    4.4.2 分布模式计算与实测的验证  70-73
  4.5 本章小结  73-74
5 室内外空气中气态污染物的相互关系  74-91
  5.1 测点的选择  74-75
    5.1.1 测点布置  74-75
    5.1.2 实验设备与采样  75
    5.1.3 测量时间及频率  75
  5.2 室内外气态污染物浓度间的关系  75-79
    5.2.1 基本模式的分析  75-76
    5.2.2 室内外气态污染物关系的近似表示  76
    5.2.3 模式参数的确定  76-79
  5.3 模式验证及计算结果评价  79-87
    5.3.1 模拟结果与实测结果比较  79-82
    5.3.2 污染物浓度室内衰减的影响  82-85
    5.3.3 计算结果的讨论  85-87
  5.4 影响室内污染物浓度的几个代表性因素  87-89
    5.4.1 室外空气质量对室内CO浓度变化的影响  87-88
    5.4.2 室内源污染物的影响  88
    5.4.3 室内污染物的自清除效果  88
    5.4.4 通过围护结构的渗透  88-89
  5.5 本章小结  89-91
6 室内外颗粒污染物间的关系  91-105
  6.1 实测房间的选择与方法简介  91-92
    6.1.1 采样点与实验设备  91-92
    6.1.2 实测步骤与时间  92
  6.2 实测结果及讨论  92-96
    6.2.1 典型时段内室内外粒子浓度日变化情况  92-94
    6.2.2 室内外实测数浓度结果的相关性比较  94-96
  6.3 自然通风房间室内外粒子浓度变化的理论分析  96-100
    6.3.1 室内粒子浓度变化的数学表述  96-98
    6.3.2 沉积速度与平均沉积速度的理论估计  98-99
    6.3.3 关于室内粒子损失系数的讨论  99-100
  6.4 室内外粒子浓度演化关系的实验证明  100-103
    6.4.1 室内粒子数浓度模拟变化曲线  100-102
    6.4.2 关于理论计算模式的评价  102-103
  6.5 本章小结  103-105
7 结论与建议  105-108
  7.1 主要结论  105-107
  7.2 后续研究中值得注意的问题  107-108
致谢  108-109
参考文献  109-115
附录A  115-118
附录B  118-119
攻读博士学位期间的科研情况  119

室内外空气污染物浓度演化关系的研究

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