一種人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置及其霧霾環(huán)境模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣環(huán)境科學(xué)與工程及電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置及其霧霾環(huán)境模擬方法，使用該裝置和方法可以在人工氣候室形成與現(xiàn)實(shí)自然霧霾物理化學(xué)特性相同的霧霾環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，特別是珠三角、長(zhǎng)三角、京津唐和華中等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)頻繁出現(xiàn)的霧霾環(huán)境，范圍廣、強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致空氣中的可吸入有害顆粒物含量急劇增加和戶外能見(jiàn)度大幅降低，對(duì)人類(lèi)健康和日常出行、交通秩序等帶來(lái)嚴(yán)重危害。霧霾是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶與浮游在空中的大量極細(xì)微的顆粒物(化學(xué)組份極為復(fù)雜，包括以硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽為主及其他礦物顆粒物、有機(jī)氣溶膠粒子等數(shù)百種大氣顆粒物組成，空氣動(dòng)力學(xué)直徑< 2.5 μπι，熟稱(chēng)ΡΜ2.5)相互疊加和化合而形成的氣溶膠系統(tǒng)。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)霧霾環(huán)境對(duì)人體健康、戶外交通以及電力系統(tǒng)戶外變電站支柱瓷瓶、變壓器套管以及輸電線路絕緣子等電氣外絕緣設(shè)備的影響開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究。但是，在開(kāi)展以上霧霾環(huán)境影響特性研究試驗(yàn)時(shí)，人們往往利用化學(xué)成分單一的氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中形成所需的霧霾環(huán)境，由于形成的霧霾環(huán)境中霾的化學(xué)成分與自然環(huán)境實(shí)際霧霾的情況相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況存在很大的差距；而少數(shù)的研究人員干脆在現(xiàn)實(shí)自然發(fā)生的霧霾環(huán)境這一技術(shù)參數(shù)不可控制的“天然實(shí)驗(yàn)室”條件下開(kāi)展各種試驗(yàn)和研究，由于不能對(duì)試驗(yàn)條件和參數(shù)進(jìn)行人工干預(yù)，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)研究過(guò)程和研究結(jié)果的定量化，給深入研究霧霾環(huán)境的影響特性帶來(lái)諸多不利影響。國(guó)內(nèi)也有研究人員提出通過(guò)新建一個(gè)巨型“煙霧箱”的方法以深入開(kāi)展霧霾環(huán)境的影響試驗(yàn)，例如中國(guó)科學(xué)院2014年3月提出擬在北京懷柔建設(shè)世界最大的“煙霧箱”以模擬霧霾的形成、治理及影響特性，但最終因耗資巨大和周期長(zhǎng)(預(yù)算高達(dá)5億元)而未啟動(dòng)。
[0004]針對(duì)目前國(guó)內(nèi)霧霾環(huán)境影響特性試驗(yàn)研究中在形成霧霾環(huán)境方面的缺陷和不足，以及為了克服新建一個(gè)霧霾環(huán)境實(shí)驗(yàn)室耗資高、周期長(zhǎng)的缺陷。迫切需要在已有人工氣候?qū)嶒?yàn)室基礎(chǔ)上通過(guò)增加一些試驗(yàn)裝置來(lái)提出一種新的人工氣候室霧霾環(huán)境形成方法，并具有霧霾顆粒物濃度、化學(xué)成分可自由控制和調(diào)節(jié)的特性，同時(shí)滿足投資少、改造周期短的特點(diǎn)，為深入開(kāi)展霧霾天氣對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)生活，特別是對(duì)電力系統(tǒng)電氣外絕緣設(shè)備的影響提供一個(gè)可進(jìn)行人工干預(yù)的試驗(yàn)平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置及霧霾環(huán)境模擬方法，使用該裝置和方法能夠提供一種在人工氣候室內(nèi)形成ΡΜ2.5顆粒物與云霧濃度、灰霾顆?；瘜W(xué)成份和粒徑分布可自由控制調(diào)節(jié)的穩(wěn)定霧霾環(huán)境，為研究霧霾環(huán)境對(duì)人體健康、戶外交通以及電氣外絕緣設(shè)備的影響提供安全可靠的試驗(yàn)支撐。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
本發(fā)明提供一種人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置，包括人工氣候室、霧霾參數(shù)檢測(cè)單元、云霧發(fā)生單元和灰霾發(fā)生單元，所述霧霾參數(shù)檢測(cè)單元布置于人工氣候室內(nèi)，所述云霧發(fā)生單元和灰霾發(fā)生單元的輸出端分別與人工氣候室的室內(nèi)連通。
[0007]優(yōu)選地，所述云霧發(fā)生單元包括電蒸汽鍋爐、霧蒸汽閥門(mén)、流量計(jì)和云霧輸出管道，所述電蒸汽鍋爐的輸出端依次通過(guò)霧蒸汽閥門(mén)、流量計(jì)和云霧輸出管道相連，所述云霧輸出管道沿著人工氣候室室內(nèi)的四周布置，且所述云霧輸出管道上設(shè)有云霧輸出孔。
[0008]優(yōu)選地，所述灰霾發(fā)生單元包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣筒、氣流粉碎機(jī)、閥門(mén)和多個(gè)噴嘴單元，所述空氣壓縮機(jī)的輸出端和儲(chǔ)氣筒的進(jìn)氣端相連，所述儲(chǔ)氣筒的輸出端依次通過(guò)氣流粉碎機(jī)、閥門(mén)和噴嘴單元相連，所述氣流粉碎機(jī)上設(shè)有用于添加灰霾顆粒物原料的加料器，所述噴嘴單元均勻布置于人工氣候室內(nèi)四面墻壁上距地面10米高度的位置。
[0009]優(yōu)選地，所述氣流粉碎機(jī)的出料口裝設(shè)有篩網(wǎng)。
[0010]優(yōu)選地，所述篩網(wǎng)的孔徑為2.5 μm。
[0011]優(yōu)選地，所述霧霾參數(shù)檢測(cè)單元包括粉塵濃度檢測(cè)儀、激光粒度分析儀和霧蒸汽濃度計(jì)，所述粉塵濃度檢測(cè)儀、激光粒度分析儀和霧蒸汽濃度計(jì)分別安裝布置于人工氣候室的室內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述激光粒度分析儀的安裝高度為1.5m，所述霧蒸汽濃度計(jì)的安裝高度為 1m0
[0013]優(yōu)選地，所述人工氣候室內(nèi)裝設(shè)有溫濕度調(diào)節(jié)及均勻設(shè)備和溫濕度檢測(cè)模塊，所述溫濕度調(diào)節(jié)及均勻設(shè)備包括至少一臺(tái)具有濕度調(diào)節(jié)功能的制冷主機(jī)和至少一臺(tái)室內(nèi)制冷循環(huán)風(fēng)機(jī)。
[0014]本發(fā)明還提供一種基于前述人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置的霧霾環(huán)境模擬方法，步驟包括:
O按照指定的成份及比例準(zhǔn)備灰霾顆粒物原料并混合均勻；
2)開(kāi)啟云霧發(fā)生單元，使得云霧發(fā)生單元以預(yù)設(shè)的霧蒸汽流量向人工氣候室內(nèi)輸出霧蒸汽，使得霧蒸汽彌漫在人工氣候室的空氣中形成云霧環(huán)境；且當(dāng)通過(guò)霧霾參數(shù)檢測(cè)單元檢測(cè)到人工氣候室內(nèi)的霧蒸汽濃度算術(shù)平均值達(dá)到預(yù)設(shè)的霧蒸汽含量臨界值時(shí)，關(guān)閉云霧發(fā)生單元；
3)開(kāi)啟灰霾發(fā)生單元，且在灰霾發(fā)生單元的輸出壓縮空氣壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值后將混合均勻后的灰霾顆粒物原料通過(guò)灰霾發(fā)生單元向人工氣候室內(nèi)以預(yù)設(shè)的PM2.5濃度增長(zhǎng)速度輸出灰霾顆粒物，使得灰霾顆粒物懸浮在人工氣候室的空氣中形成灰霾環(huán)境；且當(dāng)通過(guò)霧霾參數(shù)檢測(cè)單元檢測(cè)到人工氣候室內(nèi)的PM2.5濃度達(dá)到預(yù)設(shè)的PM2.5濃度臨界值時(shí)，停止灰霾發(fā)生單元輸出灰霾顆粒物；
4)促進(jìn)人工氣候室內(nèi)部的空氣內(nèi)循環(huán)使得人工氣候室空氣中的霧蒸汽和灰霾顆粒物在人工氣候室中進(jìn)行相互疊加、化合并混合均勻，同時(shí)對(duì)人工氣候室進(jìn)行溫度和濕度控制，當(dāng)人工氣候室的環(huán)境溫度為預(yù)設(shè)的溫度、濕度為預(yù)設(shè)的濕度，霧蒸汽濃度算術(shù)平均值保持在預(yù)設(shè)的霧蒸汽含量臨界值、PM2.5濃度保持在預(yù)設(shè)的PM2.5濃度臨界值時(shí)，在人工氣候室中模擬形成所需的人工氣候室霧霾環(huán)境。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟2)中預(yù)設(shè)的霧蒸汽流量為0.8L/min ;所述步驟3)中預(yù)設(shè)壓力值為0.8MPa，預(yù)設(shè)的PM2.5濃度增長(zhǎng)速度為10 μ g/m3 ;所述步驟2)中預(yù)設(shè)的霧蒸汽含量臨界值為15g/m3，預(yù)設(shè)的PM2.5濃度臨界值為300 μ g/m3，所述步驟4)中預(yù)設(shè)的溫度為20攝氏度，預(yù)設(shè)的濕度為95%。
[0016]本發(fā)明人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置包括人工氣候室、霧霾參數(shù)檢測(cè)單元、云霧發(fā)生單元和灰霾發(fā)生單元，霧霾參數(shù)檢測(cè)單元布置于人工氣候室內(nèi)，云霧發(fā)生單元和灰霾發(fā)生單元的輸出端分別與人工氣候室的室內(nèi)連通，具有下述優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明能夠在已有的人工氣候室內(nèi)形成霾顆粒物化學(xué)組份、粒徑分布和濃度以及云霧濃度可自由控制調(diào)節(jié)的霧霾環(huán)境。
[0017]2、本發(fā)明能夠產(chǎn)生與實(shí)際自然條件下霧霾物理化學(xué)特性相同的穩(wěn)定霧霾環(huán)境。
[0018]3、本發(fā)明能夠?yàn)殚_(kāi)展霧霾天氣對(duì)人體健康、日常交通以及電力系統(tǒng)電氣外絕緣設(shè)備的影響提供一個(gè)安全可靠的試驗(yàn)平臺(tái)。
[0019]4、本發(fā)明試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性和效率好，可操作性強(qiáng)。
[0020]本發(fā)明基于前述人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置的霧霾環(huán)境模擬方法為本發(fā)明前述人工氣候室霧霾環(huán)境模擬裝置的應(yīng)用方法，同樣也具有下述優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例方法的基本流程示意圖。
[0023]圖例說(shuō)明:1、人工氣候室；11、溫濕度調(diào)節(jié)及均勻設(shè)備；12、溫濕度檢測(cè)模塊；2、霧霾參數(shù)檢測(cè)單元；21、粉塵濃度檢測(cè)儀；22、激光粒度分析儀；23、霧蒸汽濃度計(jì)；3、云霧發(fā)生單元；31、電蒸汽鍋爐；32、霧蒸汽閥門(mén)；33、流量計(jì)；34、云霧輸出管道；341、云霧輸出孔；4、灰霾發(fā)生單元；41、空氣壓縮機(jī)；42、儲(chǔ)氣筒；43、氣流粉碎機(jī)；431、加