论文解读

定向送风（Direction air supply，DAS）是一种计算机视觉辅助的通风模式，旨在应对人员在运动过程中呼吸健康难以获得防护的挑战。DAS参数的设计通常基于理想的稳态气流组织计算结果，这往往无法反映其动态防护性能。本研究采用动态网格方法，通过计算流体动力学研究了人行走对DAS污染去除有效性的影响。这项研究利用重叠网格方法制定了人员的运动模式，实现了行走、转身等动作。在配备有DAS系统的实验舱内进行了人行走实验，验证了动态模拟方法的可行性。这项研究重点展示了实验舱内浓度等值面以及呼吸区高度水平截面的浓度、速度和静压分布的演化规律。分析了三种常见的工业环境干扰因素：局部高温污染、环境气流和DAS喷口安装高度对防护区域面积和DAS污染去除有效性的负面影响。为了全面评价DAS有效性，确定了四个评估指标：吸入暴露量、防护因数、防护区域面积和有效防护区域占比。需要注意的是防护区域面积和有效防护区域占比之间存在不一致性。总的来说，这项工作证实了DAS在防护区域内的有效性，并推动其在工业环境中的进一步应用。该成果发表在中科院一区期刊《Building and Environment》，影响因子为7.4，论文第一作者为课题组在读博士生许宇坤，指导老师为高军教授。

论文信息

研究背景

工业建筑的过量污染排放以及由此引发的人员健康风险是需要环保和通风领域专家共同应对的挑战。DAS是一种专为工业环境防护工人呼吸健康的送风模式，旨在减少工人在移动操作过程中的吸入暴露。DAS系统配备了基于骨骼追踪的Kinect设备，利用计算机视觉技术检测人员在运动过程中的位置，解决了将人行走反馈到气流组织设计中的难题。我们以往的研究已证实了DAS在稳态环境下的可靠性，但在实际人员行走的动态过程中，以下的问题不可避免。DAS能否在人员动态行走过程中仍维持稳定的污染阻隔屏障？人行走引起的横向气流如何影响DAS屏障？工业环境中的各种干扰，如局部高温污染源和环境气流，会如何影响DAS的污染去除有效性？人员的吸入暴露如何波动？要回答这些问题，需要明确人行走过程中室内空气流动和污染传播的动态演变，从而证明DAS在工业建筑中应用的可靠性。

研究结果

• 这项研究揭示了在配备DAS的实验舱中人行走过程的室内空气流动和污染扩散。使用重叠网格方法模拟了人员的转身和行走动作。通过步行实验验证了动态仿真的可靠性。

• 分析了人员整个运动过程中实验舱内的浓度等值面以及呼吸区高度水平截面浓度、速度和静压分布的演化。DAS射流强大的惯性力是形成稳定的污染阻隔屏障的保证。

• 讨论了局部高温污染源、环境气流、DAS喷口安装高度3种工业环境干扰因素对呼吸区高度防护区域演变的负面影响。DAS送风量的适当增大可以减弱这些负面影响。

• 确定了吸入暴露量、防护因数、防护区域面积、有效防护区域占比4个评价指标，用于定量评估DAS的污染去除有效性。利用上述指标可用于判断实际保护区域是否满足设计要求。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111473

相关图表

图1 气流边界及人员移动模式

图2 人行走实验

图3 基准条件下的实验舱动态气流演化

图4 局部高温污染源条件下的实验舱动态气流演化

图5 不同环境干扰下的人员动态吸入暴露量及防护因数