梅雨时期空调表冷器对送风中真菌气溶胶的影响.pdf
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1、第4 9卷 第3期2 0 2 3年6月东华大学学报(自然科学版)J OUR NA L O F D ON GHUA UN I V E R S I T Y(NA TUR A L S C I E N C E)V o l.4 9,N o.3J u n.2 0 2 3 文章编号:1 6 7 1-0 4 4 4(2 0 2 3)0 3-0 1 0 4-0 8D O I:1 0.1 9 8 8 6/j.c n k i.d h d z.2 0 2 1.0 6 5 9收稿日期:2 0 2 1-1 1-2 4基金项目:国家自然科学基金(5 2 0 0 8 0 7 8);上海市科技英才“扬帆计划”资助项目(1 9
2、Y F 1 4 0 1 8 0 0);中央高校基本科研业务费专项资金(2 2 3 2 0 1 8 D 3-3 6)通信作者:杨自力,男,副教授,研究方向为室内控湿与建筑防霉,E-m a i l:z i l i y d h u.e d u.c n引用格式:杨薇,邹钺,谷雨倩,等.梅雨时期空调表冷器对送风中真菌气溶胶的影响J.东华大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 9(3):1 0 4-1 1 1.YAN G W,Z OU Y,GU Y Q,e t a l.I m p a c t s o f c o o l i n g c o i l s o n a i r b o r n e f u n
3、 g i i n a n a i r-c o n d i t i o n i n g s y s t e m d u r i n g t h e p l u m r a i n s e a s o nJ.J o u r n a l o f D o n g h u a U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e),2 0 2 3,4 9(3):1 0 4-1 1 1.梅雨时期空调表冷器对送风中真菌气溶胶的影响杨 薇,邹 钺,谷雨倩,李姝丽,林 钰,扈茂玲,杨自力(东华大学 环境科学与工程学院,上海 2 0 1 6 2 0)摘要:梅雨季的长期高湿
4、容易促进真菌滋生,使空调散发“霉味”。为明确这一特殊气候下空调送风过程中的真菌气溶胶吸入风险,在2 0 2 1年6-7月的上海梅雨时期,试验研究了空调表冷器上下游真菌气溶胶浓度、粒径分布与群落的变化。结果表明:梅雨时期真菌在表冷器上滋生迅速,下游空气中真菌浓度相比上游增加约2 4.5%;表冷器对大粒径真菌表现出拦截效应,对小粒径真菌表现出滋生效应;大粒径(4.7 0 m)真菌由于表冷器的拦截沉降而减少,而滋生效应使下游空气中的小粒径(0.6 51.1 0 m)真菌显著增多,且有害菌种如限制性马拉色菌(M a l a s s e z i a r e s t r i c t a)、黑曲霉(A s
5、p e r g i l l u s n i g e r)的相对丰度较大,增大了人员的吸入风险;在表冷器内的各排盘管表面,真菌浓度呈显著的“J”型分布特征。关键词:空调表冷器;真菌气溶胶;梅雨时期;粒径分布;空气品质中图分类号:TU 8 3 4 文献标志码:AI m p a c t s o f c o o l i n g c o i l s o n a i r b o r n e f u n g i i n a n a i r-c o n d i t i o n i n g s y s t e m d u r i n g t h e p l u m r a i n s e a s o nY AN
6、G W e i,Z O U Y u e,G U Y u q i a n,L I S h u l i,L I N Y u,HU M a o l i n g,Y ANG Z i l i(C o l l ege o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d E ngi n e e r i ng,D o ngh u a U n i v e r s i ty,S h a ngh a i 2 0 1 6 2 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h e pr o l o nge d h igh h u m i d i ty o f
7、 t h e pl u m r a i ny s e a s o n t e n d s t o pr o m o t e t h e gr o w t h o f f u ngi,c a u s i ng a i r c o n d i t i o n e r s t o e m i t a“m u s ty”s m e l l.T h e c h a nge s i n f u nga l a e r o s o l c o n c e n t r a t i o n,pa r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n a n d c o mm u
8、 n i ty ups t r e a m a n d d o w n s t r e a m o f a i r-c o n d i t i o n i ng c o o l i ng c o i l w e r e i n v e s t iga t e d d u r i ng t h e pl u m r a i n s e a s o n f r o m J u n e t o J u ly i n 2 0 2 1 i n S h a ngh a i.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e f u nga l c o n c e n t r
9、 a t i o n i n t h e d o w n s t r e a m a i r i n c r e a s e s by a b o u t 2 4.5%d u e t o t h e r api d gr o w t h o f f u ngi o n t h e c o o l i ng c o i l d u r i ng t h e r a i ny pe r i o d.T h e c o o l i ng c o i l s h o w s a n i n t e r c ept i o n e f f e c t o n l a rge pa r t i c l e
10、 s i z e f u ngi a n d a t r opi s m e f f e c t o n s m a l l pa r t i c l e s i z e f u ngi.T h e l a rge pa r t i c l e s i z e(4.7 0 m)f u ngi a r e r e d u c e d by t h e i n t e r c ept i o n a n d s e d i m e n t a t i o n o f t h e c o o l i ng c o i l.T h e t r opi s m e f f e c t l e a d s
11、 t o a s ign i f i c a n t i n c r e a s e i n s m a l l pa r t i c l e s i z e(0.6 5 t o 1.1 0 m)f u ngi i n t h e d o w n s t r e a m a i r,a n d t h e i n c r e a s e o f t h e r e l a t i v e a b u n d a n c e o f h a r m f u l spe c i e s s u c h a s M a l a s s e z i a r e s t r i c t a,A spe
12、rgi l l u s n ige r,e t c.l e a d s t o t h e i n c r e a s e o f i n h a l a t i o n r i s k.T h e f u ngi c o n c e n t r a t i o n s h o w s a“J”-s h ape d d epo s i t i o n d i s t r i b u t i o n a l o ng t h e r o w s o f t h e c o o l i ng c o i l s.K e y w o r d s:c o o l i ng c o i l o f a
13、i r-c o n d i t i o n i ng;f u nga l a e r o s o l;pl u m r a i n s e a s o n;s i z e d i s t r i b u t i o n;第3期杨 薇,等:梅雨时期空调表冷器对送风中真菌气溶胶的影响a i r qu a l i ty 空调系统中表冷器在处理湿热空气时会生成大量凝水并积聚灰尘,成为真菌繁殖的温床1-3。Z h a n等4、S i e g e l等5研究指出,表冷器翅片与空气直接接触时,会拦截空气中悬浮的真菌孢子,使其沉积在表冷器表面。L u o n g o等6研究发现,所沉积的真菌将快速增殖并随送风
14、二次悬浮为真菌气溶胶,从而污染空调送风,恶化室内空气品质。这一问题在长三角地区的梅雨季愈加严重,表现为室外闷热潮湿,空调开启后常散发“霉味”。造成这一现象的原因是在湿热气候下室外空气中真菌孢子自身浓度的升高7;表冷器表面环境又可促进真菌的生长繁殖8,使得空调真菌污染在梅雨季更为严重。空调送风品质下降会导致室内人员频发哮喘等呼吸道疾病9-1 0。研究者们已关注到表冷器表面的真菌滋生问题,并探究了其对下游空气造成的影响。例如:L i u等1 1研究发现,沉积在表冷器上的真菌能够作为二次污染源随送风气流污染室内;B o n e t t a等1 2发现空调表冷器运行后会导致室内真菌气溶胶含量升高;J
15、o等1 3研究发现空调表冷器启动51 5 m i n后室内真菌浓度最高;Wu等1 4研究发现大粒径真菌更易沉积在表冷器表面。但已有研究多局限于短期的试验条件,对于梅雨季等长期闷湿自然气候下表冷器内真菌的滋生及其对下游空气的实际污染还缺乏深入探索,且表冷器对空气中真菌群落的影响仍不清楚。此外,目前相关研究中多使用简单的单排表冷器或将表冷器视为整体,而实际空调中表冷器常为多排串联分布。现有研究对表冷器的过度简化无法明确表冷器内部的真菌污染分布,这使得系统维护人员无法有针对性地清洁表冷器,难以有效消除其对下游空气的污染风险。为解决上述问题,在2 0 2 1年上海梅雨时期,本文通过试验研究了梅雨季空调
16、表冷器上下游气流中真菌浓度、粒径分布与群落变化,表冷器对不同粒径的真菌气溶胶的拦截或滋生效应,以及表冷器内部多排盘管上的真菌分布特点。研究结果有望为降低我国南方梅雨季等长期闷湿气候下的空调真菌气溶胶传播风险提供借鉴。1 试验方法1.1 试验台搭建及测点布置 试验系统的组成及与室内外的连接如图1所示。试验系统置于事先经过清扫消毒的试验舱内,以免系统所处室内环境对结果造成干扰。试验系统入口通过聚氨酯(P U)软风管(内径1 2 0 mm,壁厚0.6 3 mm)经窗户与室外相连,以直接引入梅雨季空气(室外未发现真菌气溶胶的人为排放源)。空气经风机送入试验系统处理后,在系统出口段被过滤后排出试验舱(见
17、图1(a),避免下游气流中的真菌孢子在室内积累从而影响试验结果。试验系统的具体构成如图1(b)所示,主要由管道入口段、表冷器段、采样段等组成,包含截面尺寸为3 0 0 mm 3 0 0 mm的矩形风管、表冷器、冷冻水系统、微生物采样装置等。图1 试验系统主要构成与室外组件的连接F i g.1 C o m p o s i t i o n o f t h e e x p e r i m e n t a l s y s t e m a n d i t s c o n n e c t i o n w i t h o u t d o o r p a r t s501东华大学学报(自然科学版)第4 9卷
18、管道入口段由离心式调速风机及过滤段组成。风机的额定风量为12 0 5 m3/h,试验时控制管内风速约为1.5 m/s1 2。为避免风机涡流以及室外较大的颗粒杂质的影响,系统设有过渡段风管并在其后设置厚度1 0 mm的初效过滤棉,以滤除上游气流中粒径超过5 m的颗粒物。表冷器段为本研究关注的重点,设于管道过渡段后9 6 0 mm处,额定换热量约5.7 kW,由3组横截面为2 8 0 mm2 9 0 mm、单组厚度为3 6 mm的管翅式换热器首尾串联而成,翅片高3 0 mm,翅片间距1.52.0 mm。在盘管高度方向三等分处的翅片 间 插 有P T 1 0 0铂 热 电 阻(最 大 允 许 误 差
19、 为0.1 5),通过A g i l e n t 1 2 9 7 2型数据采集器连续记录表冷器在运行期间及停机后上、中、下3个区域的表面温度变化。各组表冷器盘管首尾使用软管串联,软管外周加保温套管。表冷器首排盘管的下层铜管、末排盘管的上层铜管分别与外置冷水系统(K D 2 A S型,额定冷量为6 kW,供水温度为5)的供、回水口相连,在盘管中形成下送上回的冷冻水循环。试验中冷冻水实际温度稳定在4.87.6。采用高精度温湿度采样器(R o t r o n i c HC 2 A-S型,最大允许误差:温度0.1,相对湿度0.8%),实时记录表冷器上下游空气的温湿度,使下游空气满足G B 5 0 7
20、3 62 0 1 2 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 对舒适性空调送风温差1 5的要求。在采样段中使用二级及六级安德森微生物气溶胶 采 样 器(G R-1 3 5 3型 采 样 泵,采 样 流 量 为2 8.3 L/m i n,分辨率为0.1 L/m i n,最大允许误差为2.5%,捕获率9 8%,每级采样头孔数为4 0 0,采样内部孔口直径为0.2 51.8 1 mm)对表冷器上下游空气中的真菌气溶胶进行采样,其中安德森六级采样器各级采样真菌粒径如表1所示。采样位置分设于距表冷器首末排盘管1 0 0 mm的风管中线处(见图1)。表冷器首、末排盘管表面沉积的真菌使用灭菌无尘布采样,采样位置
21、分布见图1中1 5。具体采样与培养分析过程详见第1.3节与1.4节。表1 安德森六级采样器各级粒径分布T a b l e 1 P a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n o f t h e A n d e r s o n s i x-s t a g e i m p a c t o r安德森六级采样级数/级粒径/m7.0 04.7 07.0 03.3 04.7 02.1 03.3 01.1 02.1 00.6 51.1 01.2 试验期间的室外温湿度特征 试验在2 0 2 1年上海地区梅雨时期(6月中旬至7月中旬)开展。以试验系统模拟办公建筑内
22、的空调系统,运行时间设为周一至周五9:0 01 7:0 0。试验期间降水与阴天穿插,表冷器上游的室外空气温湿度变化如图2所示。根据实测的系统上游空气的相对湿度并结合实际天气情况,将相对湿度高于7 0%的阴雨天划分为典型梅雨期,共1 2 d,而相对湿度低于7 0%的多云转阴等天气划分为过渡期1 6-1 8,试验期间无晴天出现。由于真菌生长对湿度要求较高,而过渡期不满足真菌生长所需的高湿气候特征,故本文着重分析梅雨期的试验结果。图2 试验期间表冷器上游室外空气温湿度分布F i g.2 T e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y d i s t r i b
23、 u t i o n s i n t h e u p s t r e a m o u t d o o r a i r i n c o o l i n g c o i l d u r i n g t h e e x p e r i m e n t 1.3 真菌气溶胶采样与培养 空气真菌采样于周一至周五上午9:0 0系统开机后进行。采样流量为2 8.3 L/m i n,采样时长为2 m i n1 9。每周二、四使用安德森二级采样器明确真菌浓度变化,每周一、三、五使用安德森六级采样器明确真菌浓度变化,并进一步揭示真菌气溶胶粒601 第3期杨 薇,等:梅雨时期空调表冷器对送风中真菌气溶胶的影响径变化规
24、律。安德森采样器内置沙氏葡萄糖琼脂培养基(S D A,含氯霉素,避免细菌干扰)。采样后将培养基放入2 8 恒温培养箱培养3 d以上,并每天对其计数,重复计数直至稳定后按式(1)计算空气中的真菌浓度。c1=N12 8.321 0 0 0(1)式中:c1为真菌气溶胶浓度,C F U/m3;N1为真菌培养基中的菌落数,C F U。1.4 表冷器中的真菌采集与培养 系统停机后,将缠有面积为3 c m3 c m灭菌无尘布的采样棒伸入两相邻翅片之间擦拭表冷器表面的冷凝水与沉积灰尘,以采集表冷器翅片表面真菌,每个盘管在5个位置采样,各采样点分布如图1(b)所示,取5点平均值表征该盘管面的沉积真菌量。采样后将
25、无尘布立即放入无菌离心管中并移至超净台内,使用质量分数为0.0 1%的T w e e n 8 02 0溶液洗脱无尘布上的部分真菌,随后将洗脱液与洗脱后的无尘布分别置于载有液体沙氏葡萄糖琼脂的无菌平皿中培养、计数(方法同第1.3节)。为使洗脱液中的真菌在平板培养后间隔均匀、便于计数,培养前将洗脱菌液稀释3倍,待重复计数稳定后按式(2)换算得到表冷器表面的真菌浓度。c2=BN2+N3A(2)式中:c2为表冷器表面的真菌浓度,C F U/d m2;B为菌液的稀释倍数,本文取3;A为采样时擦拭的翅片面积,约0.0 3 d m2;N2为培养无尘布洗脱液所得菌落数,C F U;N3为培养无尘布所得菌落数,
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