为了加强公共场所集中空调通风系统卫生管理，原中华人民共和国卫生部颁布实施了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》[1]和《公共场所集中空调通风系统卫生规范》[2]。其条款内容强调了空气净化消毒装置应用于集中空调通风系统的重要性，并对其性能检验方法做了规定。但由于检验方法较为笼统，对所需空气动力学试验台的原理及流程缺乏说明，使得各厂商使用不同的产品性能试验台检测的产品数据缺少规范性、可比性。随着集中空调通风系统的日益普及，使得空气净化消毒装置市场需求越来越大，为保证产品性能，急需研制空气净化消毒装置性能测试系统。
1 方法在对国内集中空调系统的运行情况、相关产品生产厂家使用的性能试验台存在的问题进行调研基础上，根据《公共场所集中空调通风系统卫生规范》[2]的要求，参照《高效空气过滤器性能试验方法效率和阻力》(GB/T 6165-2008 )[3]、《空气过滤器》(GB/T 14295-2008)[4]等国家标准[5-6]以及国外相关标准[7-14]的要求，建立空气动力学实验风洞。
2 结果设计安装的用于检测空气净化消毒装置性能的空气动力学试验风洞，模拟空调系统送风状况。通过风机在管道系统内产生连续可控制的气流，形成连续稳定的流场。配合颗粒物或细菌气溶胶发生装置或设备连续发生污染物，产生连续稳定的动态污染源，模拟空调送风状况。在上下游检测段连接选购相关颗粒物检测仪或细菌采样器(测量范围和精度符合《公共场所集中空调通风系统卫生规范》[2]的要求)，测定污染物通过净化消毒装置前后(即上下游)的浓度，按照《公共场所集中空调通风系统卫生规范》[2]的要求，对净化消毒装置一次通过净化效率做出评价。
新建的空气动力学试验风洞设计风量为800 m3/h —7 200 m3/h，连续可调，为负压紊流风道(雷诺数大于4 000)，基础尺寸为DN 500 mm。风洞具有进风口和排风口，从进风口到排风口各段按功能分为：进风处理段、污染物发生段、混合段、上游采样段、被测空气净化消毒装置段、下游采样段、静压箱、风量测量段、排风处理段、抽气风机段、排风段。风洞管道全部采用厚度为l mm不锈钢材料制造。图 1、图 2为新建风洞的外观图和结构示意图。
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| 图 1 空气动力学试验风洞外观图 |
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| 1—进气净化箱；2—污染物发生段；3—上游检测段；4—被测装置段；5—下游检测段；6—软连接；7—静压箱；8—风量测定段；9—孔板流量计；10—气动蝶阀；11—排风过滤箱；12—风机排风段； 图 2 空气动力学试验风洞结构示意图 |
2.1 空气动力学试验风洞构成
空气动力学试验风洞为负压设计。采用负压操作能够使风洞内流场稳定，有效地缩小试验台的占地面积，保证试验过程中所发生的污染物不会外泄。在空气动力学试验风洞的进风过滤箱后端和排风过滤箱前端装有电动气密阀，可以对试验台的管道进行密闭熏蒸消毒。空气动力学试验风洞配有气动可伸缩的软连接，配以不同夹具，能够满足不同规格用途空气净化消毒装置的测试要求。
2.1.1 进风过滤箱在进风处理箱内依次装有初效、中效、高效过滤器，且进风处理箱下装有万向滚动轮，可将进风处理段箱体随时拆卸移走，使用方式灵活。
2.1.2 样品检测段待测样品通过连接可拆卸的夹具，被串联至风道检测段中，接口规格为500 mm × 500 mm法兰。样品与风管之间使用气动夹紧装置进行固定密封。通过选用不同夹具，与可伸缩的软连接配合，可以对长度在10~1 400 mm范围内的样品进行调整，以适应不同规格空气净化消毒装置的检测。下游采样段采用活动支架支撑，由计算机控制气缸驱动机构，带动活动支架自由移动。
2.1.3 静压箱静压箱同时连接检测风道和两条风量测定风道。在静压箱内既完成气流的转向，同时起到平衡作用。静压箱内设置温湿度传感器，数据由计算机数据采集系统采集。
2.1.4 风量测定风道风量的测定在风量测定风道完成。由于试验风洞风量范围大，为提高风量测定准确度，减少测定误差，根据孔板流量计的特点，将风量分为800~2 400 m3/h和2 400~7 200 m3/h两部分，分别用直径为250、400 mm的孔板流量计进行测定。风量测定风道间转换是通过位于测定风道上气动蝶阀的开闭完成。
2.1.5 排风处理段排风处理段由排风过滤箱和电动气密阀组成。排风过滤箱内装有高效过滤器，用于去除风洞内的污染物，排风不污染环境。
2.1.6 电动气密阀电动气密阀安装在进风过滤箱和排风过滤箱的末端，用于风道的熏蒸消毒，其开闭由计算机控制。
2.1.7 自动控制及数据采集系统新建的空气动力学试验风洞的控制系统采用计算机程序控制。利用计算机的通讯接口与各传感器及风机变频器间建立通讯联系，计算机根据操作人员键入的测试参数指令，将传感器采集到的数据进行分析，控制变频器自动调整至误差允许范围后将数据传回并确认实验条件设定完成。实验数据(风量、阻力、温湿度、粒子浓度等)的自动采集和处理，数据计算和存储由计算机自动完成。图 3为自控原理流程图；图 4为计算机操作界面图。
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| 图 3 自控原理流程图 |
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| 图 4 计算机操作界面图 |
2.2 空气动力学试验风洞特点 2.2.1 设计风量跨度大，范围宽，使用范围广
新建的空气动力学试验风洞设计风量为800~7 200 m3/h，可以满足不同净化消毒装置和净化器的风量要求，可用于诸如家用空气净化消毒装置和集中空调用净化消毒装置及净化单元等的测试工作。
2.2.2 满足多种污染物净化消毒效果测定的需求新建的空气动力学试验风洞既可以直接利用空气中存在的自然尘或自然菌进行净化消毒装置净化效果测试，也可以利用污染物发生装置(如气溶胶发生器、细菌发生器等)发生特定的污染物，用于特定污染物净化消毒效果的测定。
2.2.3 被测试产品规格范围宽新建的空气动力学试验风洞可以根据产品的规格，选用不同的夹具，对规格在10~1 400 mm的空气净化消毒装置进行性能测试。
2.2.4 使用方便，操作简单，自动化程度高新建的空气动力学试验风洞采用计算机程序控制和气压传动装置操作。空气动力学试验风洞的试验条件设定、环境数据采集、时时试验条件的显示和数据处理等工作均可通过计算机完成。被检测的空气净化消毒装置在试验台上的固定、加紧和密封由气压系统完成，操作人员操作简单，劳动强度低。
3 新建的空气动力学试验风洞性能初步验证 3.1 速度场的均匀性新建的空气动力学试验风洞采样断面为直径为500 mm圆形管道，在风道的采样段设置一个采样断面，划分2个环，根据公式(1-1) 确定检测点的数量和位置，如图 5所示。设定某一风量后，测定采样断面上各检测点的风速。
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| 图 5 检测点位置图 |
| $ {r_n} = R\sqrt {\frac{{2n - 1}}{{2X}}} $ | (1) |
式中，rn—检测点距管道中心的距离，m；
R—管道半径，m；
n—自中心点算起的检测点序号；
X—划分的环数。
不同风量时采样断面风速测定结果见表 1。
| 设定风量(m3/h) | 检测点风速(m/s) | x±s(m/s) | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 900 | 1.2 | 1.3 | 1.3 | 1.2 | 1.2 ± 0.06 |
| 1 300 | 1.8 | 2.0 | 2.0 | 1.8 | 1.9 ± 0.13 |
| 1 800 | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.2 | 2.4 ± 0.11 |
| 2 300 | 3.0 | 3.3 | 3.3 | 3.0 | 3.2 ± 0.15 |
| 2 700 | 3.5 | 3.8 | 3.9 | 3.6 | 3.7 ± 0.16 |
| 3 600 | 4.7 | 5.2 | 5.3 | 4.7 | 5.0 ± 0.30 |
| 4 500 | 6.0 | 6.3 | 6.6 | 5.9 | 6.3 ± 0.32 |
| 5 400 | 7.6 | 7.8 | 7.9 | 7.3 | 7.7 ± 0.29 |
| 6 300 | 8.8 | 9.1 | 9.5 | 8.5 | 9.0 ± 0.39 |
| 7 200 | 10.2 | 10.5 | 10.9 | 10.0 | 10.4 ± 0.40 |
由表 1结果可以看出，新建的空气动力学试验风洞采样断面速度场均匀。
3.2 速度场的稳定性设定某一风量后，采用5 min间隔，重复测定不同时间风道的风速，检测结果见表 2。
| 设定风量(m3/h) | 5次测定断面平均风速(m/s) | x±s(m/s) | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 900 | 1.2 | 1.3 | 1.3 | 1.2 | 1.3 | 1.3 ± 0.05 |
| 1 300 | 1.9 | 1.9 | 2.1 | 2.0 | 2.0 | 2.0 ± 0.08 |
| 1 800 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.5 | 2.4 | 2.4 ± 0.05 |
| 2 300 | 3.2 | 3.0 | 3.2 | 3.1 | 3.1 | 3.1 ± 0.08 |
| 2 700 | 3.7 | 3.5 | 3.6 | 3.7 | 3.5 | 3.6 ± 0.10 |
| 3 600 | 4.7 | 4.9 | 4.8 | 5.0 | 4.8 | 4.8 ± 0.11 |
| 4 500 | 6.2 | 6.2 | 6.3 | 6.2 | 6.3 | 6.2 ± 0.05 |
| 5 400 | 7.4 | 7.7 | 7.5 | 7.6 | 7.4 | 7.5 ± 0.13 |
| 6 300 | 9.0 | 9.2 | 9.1 | 9.0 | 9.1 | 9.1 ± 0.08 |
| 7 200 | 10.4 | 10.3 | 10.4 | 10.3 | 10.2 | 10.3 ± 0.08 |
由表 2可以看出，新建的空气动力学试验风洞风量设定完成后，速度场具有良好的稳定性。
4 讨论新建的空气动力学试验风洞为负压紊流风洞。风量连续调节范围800~7 200 m3/h，主要由变频风机完成。特殊情况需要小风量时，可通过调节风阀达到；
适用范围广，可满足由家用到集中空调用空气净化消毒装置的检验；
本试验系统满足批量净化消毒装置净化效率和产品阻力测试；
通过计算机完成风洞实验条件的设定、实验数据自动采集和处理，自动化程度高；
能够保证试验过程中发生的污染物不外泄；配备的电动气密阀，便于进行熏蒸消毒；操作简单，操作人员劳动强度低；
风洞速度场均匀、稳定，表明风洞性能稳定，可以正确模拟空调系统送风。
| [1] | 中华人民共和国卫生部. 公共场所集中空调通风系统卫生管理办法[S]. 卫监督发[2006] 53号. |
| [2] | 中华人民共和国卫生部. 公共场所集中空调通风系统卫生学评价规范[S]. 卫监督发[2006] 58号. |
| [3] | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB 6165-2008高效空气过滤器性能试验方法透过率和阻力[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009. |
| [4] | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB 14295-2008空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009. |
| [5] | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 2624. 2-2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第2部分: 孔板[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007. |
| [6] | 中华人民共和国国家质量监督检验局. GB/T 1236-2000工业通风机用标准化风道进行性能试验[S]. 北京: 中国标准出版社, 2000. |
| [7] | 日本工业标准调查会. JIS B 9908: 2011 Test Method of Air Filter Units for Ventilation and Electric Air Cleaners for Ventilation[S]. 东京: 日本规格协会, 2011. |
| [8] | 日本工业标准调查会. JIS K 3801-2000 Test Method of HEPA Filters for Microbiological use[S]. 东京: 日本规格协会, 2000. |
| [9] | ASHRAE Standard Committee American National Standards Institute. ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999 Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. Washington:American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc, 1999. |
| [10] | Standards Policy and Strategy Committee. BS EN 1822-5:2009 High efficiency air filters(HEPA and ULPA) Part 5:Determining the efficiency of filter elements[S]. London:BSI, 2010. |
| [11] | Standards Policy and Strategy Committee.BS EN779:2012, Particulate air filters for general ventilation-Determination of the filtration performances[S].London:BSI, 2010. |
| [12] | The Institute of Environmental Sciences and Technology.IEST-RP-CC001.3-1993 HEPA Filters[S]. Chicago:IEST, 1993. |
| [13] | The Institute of Environmental Sciences and Technology. IEST-RP-CC007.1-1992, Testing ULPA Filter[S]. Chicago:IEST, 1992. |
| [14] | The Institute of Environmental Sciences and Technology. IEST-RP-CC034.1-1999, HEPA and ULPA Filter Leak Tests[S]. Chicago:IEST, 1999. |