紅外線二氧化碳分析儀應(yīng)用在室內(nèi)空氣污染治理

 紅外線二氧化碳分析儀在室內(nèi)空氣污染治理中的應(yīng)用
 GXH-3010E型便攜式紅外線二氧化碳分析儀，對(duì)空氣中各種污染物進(jìn)行治理以及開(kāi)發(fā)新型空氣凈化設(shè)備這一課題進(jìn)行了研究。目的是開(kāi)發(fā)一種新型、的空氣凈化設(shè)備，對(duì)室內(nèi)空氣中的各種污染物進(jìn)行凈化。
 GXH-3010E型便攜式 紅外線二氧化碳分析儀是根據(jù)比爾定律和氣體對(duì)紅外線的選擇性吸收原理設(shè)計(jì)而成的[7]。采用時(shí)間雙光束系統(tǒng)，氣體濾波及半導(dǎo)體檢測(cè)器。紅外光源發(fā)出的紅外線能量為I0，它通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的氣室之后，能量變?yōu)镮1，當(dāng)氣室中有CO2存在時(shí)，CO2能夠吸收紅外線能量，能量I1滿足下式：
 ＝I0e－KCL
式中，K是氣體的紅外線吸收系數(shù)，C是被測(cè)氣體的濃度，L是氣室的長(zhǎng)度。
 K表示的是氣體吸收特征的一個(gè)系數(shù)，當(dāng)氣體的種類一定時(shí)，K就確定。CO2的特征吸收波長(zhǎng)是4.26 微米，也就是說(shuō)CO2對(duì)4.26微米的紅外線能量有強(qiáng)烈的吸收，選定3.9微米波長(zhǎng)為參比波長(zhǎng)，因?yàn)镃O2氣體在這一區(qū)域不吸收紅外線能量。當(dāng)氣室長(zhǎng)度L一定時(shí)，從上式可以看出，I1的大小僅與氣體濃度有關(guān)，測(cè)量出I1的大小就等于測(cè)量出氣體濃度的變化。
??本儀器的測(cè)量范圍為0～10000 PPM CO2，線性度≤±2％ F.S，能夠滿足測(cè)量室內(nèi)空氣中CO2的需要。
2.1 在CO2污染物治理中的應(yīng)用
CO2是空氣中的主要污染物之一，是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要?dú)怏w，它主要來(lái)源于煤、石油、天然氣等燃料的燃燒以及工業(yè)廢氣的排放?？諝庵蠧O2的本底濃度為400ppm左右，但近年來(lái)，空氣中的CO2含量有逐漸升高的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從產(chǎn)業(yè)革命初期到20世紀(jì)90年代，空氣中的CO2含量增加了25%?？諝庵蠧O2含量的增加對(duì)氣候的影響主要是導(dǎo)致氣候變暖。因此，對(duì)空氣中的CO2進(jìn)行治理具有戰(zhàn)略意義。
CO2也是室內(nèi)空氣中的主要污染物之一，是室內(nèi)和公共場(chǎng)所重要的檢測(cè)指標(biāo)之一。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定了室內(nèi)空氣中CO2的濃度限值為0.10%（小時(shí)平均值）。清潔空氣中一般含二氧化碳0.03% ~ 0.04% 。大城市空氣中的二氧化碳可達(dá)0.04% ~ 0.05% 。
在人群密集的公共場(chǎng)所，以及相對(duì)封閉的居家環(huán)境中，CO2濃度往往較高。室內(nèi)空氣中的CO2主要來(lái)源于人體的呼吸、燃料燃燒和生物發(fā)酵。室內(nèi)CO2的濃度水平受人均占有面積、吸煙和燃料燃燒等因素影響。正常情況下，室內(nèi)CO2的濃度較低（<0.07%），但是由于人群聚集、燃料燃燒等因素，可使室內(nèi)CO2的濃度增高。在我國(guó)北方，由于冬季燃煤、烹飪及分散式取暖，加上通風(fēng)不良，室內(nèi)二氧化碳濃度可達(dá)2.0%以上[2]。二氧化碳屬于呼吸中樞興奮劑，為生理需要，但二氧化碳濃度超過(guò)一定范圍時(shí)，可對(duì)人體產(chǎn)生危害，二氧化碳對(duì)人體的主要危害見(jiàn)表1[3]。
表1 二氧化碳衛(wèi)生學(xué)意義
CO2濃度，% 人體癥狀
0.07 人體感覺(jué)良好
0.10 個(gè)別敏感者有不舒適感
0.15 不舒適感明顯
0.20 室內(nèi)衛(wèi)生狀況明顯惡化
0.30 人們出現(xiàn)明顯頭痛
4 出現(xiàn)頭痛等神經(jīng)癥狀
> 8 可引起死亡
如果人長(zhǎng)期在高濃度的CO2環(huán)境下工作、生活會(huì)使人精神不振，工作效率低下。因此，對(duì)室內(nèi)環(huán)境中的CO2治理顯得十分重要。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了部分空氣凈化器產(chǎn)品，但是大部分采用過(guò)濾―吸附原理凈化空氣中的污染物，因而對(duì)空氣中的CO2基本上沒(méi)有凈化功能。
 采用新型空氣凈化技術(shù)，能凈化空氣中的CO2、SO2、NO2、H2S等酸性氣體污染物，凈化流程圖如圖1所示[9-10]。 圖1?空氣凈化設(shè)備凈化室內(nèi)空氣中CO2流程圖
1―CO2 氣體鋼瓶; 2―空氣壓縮機(jī); 3―閥;
4―流量計(jì); 5―混合器; 6―紅外線CO2分析儀;
7―凈化單元主體; 8―貯槽; 9―泵 分別在空氣凈化設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口用便攜式紅外線CO2分析儀測(cè)量空氣中CO2的含量，分別為Cin和Cout，則空氣凈化設(shè)備對(duì)空氣中微量CO2污染物的一次性凈化效率η為
η＝ （Cin－Cout）/ Cin
分別改變空氣凈化設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，用紅外線CO2分析儀測(cè)量各種情況下空氣凈化設(shè)備對(duì)CO2污染物的一次性凈化效率η，為合理設(shè)計(jì)空氣凈化設(shè)備、優(yōu)化空氣凈化設(shè)備的操作參數(shù)提供理論依據(jù)。
 在室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中的應(yīng)用
早在19世紀(jì)初，美國(guó)的Max von Pettenkofer教授就提出了用空氣中CO2的含量來(lái)衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞[11]。Pettenkofer教授認(rèn)為，空氣中CO2的濃度限值應(yīng)保持在1000ppm以下，只有這樣，才能保證人們攝入足夠的新鮮空氣，即每人25 m3/h。這一觀點(diǎn)被廣泛接受并普遍應(yīng)用于影劇院、報(bào)告廳、禮堂、會(huì)議室、候車廳等公共場(chǎng)所的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。一直到現(xiàn)在，CO2仍被作為評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣是否清潔的重要判據(jù)之一。許多國(guó)家也制定了室內(nèi)空氣中CO2的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并以次來(lái)判斷室內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞。
我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17094－1997規(guī)定了室內(nèi)空氣中CO2的濃度限值為0.10%（小時(shí)平均值）[8]。日本制定了詳細(xì)的CO2衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，用于評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣的清潔程度。日本室內(nèi)環(huán)境空氣中CO2的基準(zhǔn)見(jiàn)表2 [12]。
??表2?日本室內(nèi)環(huán)境CO2濃度的基準(zhǔn)
CO2濃度，% 室內(nèi)空氣清潔程度
0.07 良
0.07~0.10 可
0.10~0.20 尚可
0.20~0.50 不良
0.50以上 zui不良
1.00以上 危險(xiǎn)
美國(guó)加熱、制冷及空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）標(biāo)準(zhǔn)62―1989的推薦值為：室內(nèi)空氣中CO2的濃度等于1571.4 mg/m3 （800ppm），這一標(biāo)準(zhǔn)在美國(guó)被普遍采用[13-14]。澳大利亞健康建筑有限公司（HBI）經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：當(dāng)室內(nèi)CO2濃度在785.7―1375 mg/m3 （400―700ppm） 時(shí)，空氣質(zhì)量為“好”；當(dāng)CO2濃度在1571.4―4910.7 mg/m3 （800―2500ppm） 時(shí)，空氣質(zhì)量為“差”[15]。韓國(guó)衛(wèi)生部實(shí)施的公共衛(wèi)生法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定CO2濃度為1964.3 mg/m3 （1000ppm／8h）[16]。