香烟在室内燃烧产生颗粒物的扩散以及控制研究
山东建筑大学热能工程学院 韩德顺* 侯雯琪 何 松 孙 畅
摘 要 室内是人员活动的重要区域，但是社会中普遍存在的吸烟现象，香烟的燃烧会产生大量的小尺寸颗粒物，容易随着呼吸进入人体气管以及肺部，引发一系列呼吸系统疾病，危害身体健康。通过实验测试的方式检测一根香烟燃烧引起的室内可吸入颗粒物PM2.5和PM10的浓度变化，还测试了空气净化器对弥漫香烟烟雾的室内空气的净化作用。测试结果表明，一根香烟燃烧会使30 m 3的空间PM2.5和PM10最高浓度分别达到936.3 μg/m 3和1749.7μg/m³，一根香烟的烟雾就会使30 m 3的空间空气严重污染。开启空气净化器会十分有效的较低PM10的最大浓度，并且空气净化器会对粒径在2.5 μm~10 μm 的颗粒物较快除去，但是对于粒径小于2.5 μm 的颗粒物净化效果较差，完全除去所用时间较长。
关键词 香烟烟雾；室内空气污染；可吸入颗粒物；空气净化器；空气净化
Study on the Diffusion and Control of Particulate Matter Produced
by Cigarette Combustion in Room
Han Deshun, Hou Wenqi, He Song and Sun Chang
Abstract Indoor is an important area for personnel activities, but there is a widespread phenomenon of smoking in society. The burning of cigarettes will produce a large number of small-sized particles, which easily enter the human trachea and lungs with breathing, causing a series of respiratory diseases and endangering health. The concentration changes of PM2.5 and PM10 caused by the burning of a cigarette were detected by experiment, and the purification effect of air purifier on indoor air filled with cigarette smoke was also tested. The test results show that the maximum concentration of PM2.5 and PM10 in a 30 m³ space will reach 936.3 μg/m³ and 1749.7 μg/m³, respectively, and the smoke of one cigarette will seriously pollute the air in the 30 m ~ 3 space. Turning on the air purifier can effectively lower the maximum concentration of PM10, and the air purifier can quickly remove the particles with the particle size of 2.5 μm ~10 μm, but the purification effect of the particles with the particle size less than 2.5 μ m is poor, and the complete removal takes a long time. Keywords Cigarette smoke; Indoor air pollution; Inhalable particulate matter; Air purifier; Air purification
0 引言
近年来我国许多城市饱受雾霾天气的困扰，PM2.5和PM10也是人们最为关注的污染物。PM2.5和PM10不仅会降低空气能见度，影响交通安全以及人们的正常出行，还会随着人的呼吸突破人的鼻腔阻挡，直接进入肺部，甚至会渗进人体血液中。如果长期处于PM2.5和PM10高浓度的环境中会对人体
的呼吸系统、血液系统、心血管系统、免疫系统、生殖系统产生严重的危害[1]。空气质量分类见表1。
人的大多生活时间都是在室内，室外污染物可以通过关闭门窗等措施有效阻止其进入室内，以保证室内空气品质，但是室内污染物的产生会对人体造成更大的危害。香烟释放的烟雾是室内PM2.5和PM10
的主要来源，吸烟产生的颗粒物的粒径大多数<10 μm [2]。我国是世界上最大的烟草生产国和消费国[4]，室内香烟的燃烧会产生大量的污染物，直接影响人的室内生活环境。直接吸烟和吸二手烟会增加呼吸系统病变、心血管疾病甚至会引发肺部的癌变。在办公类建筑中香烟燃烧产生的污染物在PM2.5
和PM10浓度中占比非常大，约为50%~80%，在会议室和休息室中占比更高，高达80%~90%。由上可知，吸烟不仅危害抽烟者的身体健康，更是会对室内环境造成重要的污染[5-6]。
表1 空气质量分数分类及对应PM2.5浓度限值
2021年6月 洁净与空调技术CC&AC 第2期
本文主要利用实验的研究方式探究香烟在普通较封闭办公室内燃烧导致空气中PM2.5和PM10浓度的变化，以及空气净化器对吸烟产生的污染物的净化作用分析[7]。
1 实验方案
1.1 实验仪器及原理非主流qq图片
使用的是IAQ 室内空气检测仪是北京中立格林TSP-18系列室内空气质量多参数检测器，该检测器的传感器为激光粒子传感器，采用的光散射法。光散射法就是根据光照射在颗粒物上的散射光的强度来确定颗粒物的浓度，原理基于Mie 光散射理论[9]。输出分辨率1 μg/m 3，零点稳定性±5 μg/m 3，精度＜±15%（@25℃，10%RH ~50%RH ）。
1.2 实验方法
本次实验在试验舱内进行，试验舱空间为30 m 3
。该试验舱满足国标GB/T 18801-2015《空气净化器》以及GB 21551.3-2010《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能 空气净化器的特殊要求》的技术要求，是自主设计，具有高标准、自动化程度高的大型试验舱。 该试验舱尺寸为3.5 m ×3.4 m ×2.5 m ，采用不锈钢舱体，避免了颗粒物的集聚且便于清洗。试验舱主要由三部分构成： 温湿度恒定系统：可实现标准温度（25±1）℃，相对湿度（50±5）%控制，温度在18℃~28℃之间可调，相对湿度在30%~70%之间可调。 循环净化系统：采用三级空气过滤系统，能够在
短时间内迅速达到背景舱的实验浓度要求，过滤器为可拆卸式，便于更换。
自动控制系统：设计了四路采样口，实现污染物浓度、功率等多个参数的采样、监测自动控制。
吸烟测试时间段无其他人员活动，实验舱内其他设备均为关闭状态。试验舱为封闭空间。测量该试验舱在有吸烟者时的室内空气PM2.5浓度的变化，测点高度为1.5m ，每秒记录一次测量数据。
2 实验结果及分析
2.1 香烟燃烧烟雾的扩散实验
实验16:38:00开始，实验舱内无其他人员以及机械运转，16:40:00点燃香烟，香烟在1 min 以内燃烧完毕。
图1所示，在16: 46:00实验舱内
PM2.5和PM10浓度开始急剧上升，直到17:01:00浓度达到峰值，
由此可见香烟烟雾在15 min 左右就完全弥散在整个30 m ³试验舱之中，扩散速度比较快。之后PM2.5和PM10浓度开始稳定并缓慢下降，由图2可以看出试验舱外污染物浓度虽有小幅度波动主要原因可能是试验舱外人员的走动等原因，但整体变化不大，所以说试验舱内部污染物浓度的变化不受试验舱外部的
影响。略微下降原因可能是试验舱密封性不够强，也有可能是测试点距离试验点较近，随着污染物在整个实验舱内的扩散，污染物发生点的浓度会略微下降，
ios15.1值得更新吗?或者是随着时间的推移PM2.5和PM10颗粒物在试验舱内的自然沉降。在17:19:00打开了实验舱内的排风系统，污染物浓度显著下降，10 min 后污染物
平安夜祝语浓度下降到了初始值。
50010001500200016:3316:4016:4816:5517:0217:0917:1617:24P M 2.5/P M 10浓度/（μg /m ³）
时间实验舱内PM 2.5/PM 10浓度随时间变化实验舱PM2.5浓度试验舱PM10浓度图1 实验舱内PM2.5 /PM10浓度随时间变化
在一个30 m ³的密闭空间，一根香烟使PM2.5
的浓度上升了950 μg/m 3，使PM10浓度上升了1780
μg/m 3，远远超过了重度污染的水平，由此可见香烟燃烧释放的可吸入颗粒物的量是非常大的，会严重污染室内空气，不仅会危害吸烟者自身健康，对于同处一室的人员也会造成严重的身体健康危害。
2.2 空气净化器对空气污染物的净化作用实验
实验13:24:00开始，不改变香烟的燃烧位置和
检测仪器的位置，在距离污染物发生点2m 处放置空气净化器，空气净化器贴墙放置，空气净化器距离检测仪大概2m 左右。实验舱内开启空气净化器，13:28:00点燃香烟，香烟在1 min 以内燃烧完毕。空气净化器继续运行，直至实验结束[11]。
由图3可知试验舱内颗粒物浓度在13:34:00开始急剧上升，相比于不开启空气净化器而言，污染物浓度很快达到峰值。开启空气净化器的情况下，污染物扩散大概是7 min ，不开启空气净化器污染物扩散
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16:3316:4016:4816:5517:0217:0917:1617:2417:3117:38P M 2.5/P M 10浓度/（μg /m ³）
时间试验舱外PM 2.5/PM 10浓度随时间变化PM2.5浓度PM10浓度
图2 试验舱外PM2.5/PM10浓度变化
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12:5713:2613:5514:2414:5215:2115:5016:19P M 2.5/P M 10浓度/（μg /m ³）
时间空气净化器开启情况下的污染物浓度变化实验舱PM2.5浓度试验舱PM10浓度图3 空气净化器开启情况下的污染物浓度变化 . 12 . 洁净与空调技术CC&AC 2021
15 min，由于空气净化器空气循环存在一个空气风机会对实验舱内空气进行搅拌加快了室内污染物的扩散速度。
不开启空气净化器的情况下PM2.5和PM10最高浓度分别达到了936.3 μg/m³和1749.7 μg/m³，开启空气净化器的情况下PM2.5和PM10最高浓度分别达到了931.5 μg/m³和1440.1 μg/m³，由此可见是否开启空气净化器对PM2.5的峰值影响不大，但是可以有效的减小PM10的最高浓度。不开启空气净化器实验舱内污染物浓度下降十分缓慢，由图3可知在开启空气净化器的情况下在污染物浓度达到峰值后会很快的下降，但是下降到一定浓度后污染物浓度开始下降缓慢，可能是因为随着污染物浓度的降低空气净化器的净化效果逐渐下降。有图像可以看出，PM10比PM2.5浓度下降更快，说明空气净化器相对
于粒径大的颗粒物净化效果更明显。14:24以后PM2.5和PM10浓度几乎相等，说明此时粒径在2.5 μm~10 μm的颗粒物几乎全部都被净化器过滤去除。
3 总结
本文通过实验探究的方式检测了香烟燃烧释放的颗粒物PM2.5和PM10的量以及颗粒物在室内的扩散情况。香烟燃烧释放的PM2.5约占PM10的54%~65%，可见香烟烟雾中小粒径颗粒物占比还是比较高的，对人体危害较大，应尽量较少在室内吸烟，以防止污染室内空气品质，防止危害他人身体健康。室内开启空气净化器会对整个室内环境品质，以及污染物的去除有一个很好地效果，但是净化器开启会对室内空气有搅拌作用，加快污染物在室内的扩散，并且对于常规空气净化器而言对较小颗粒（PM2.5）的净化效果不如相对较大的颗粒（PM10）。在污染物高浓度时，空气净化器净化效果较好，会很快的使室内污染物浓度降低，但是当污染物降低到一定水平之后，污染物浓度下降速率明显下降。
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