魏秀栋 古向农 王 秦

(深圳市博德维环境技术股份有限公司，广东 深圳 518057)

·绿色环保·建筑节能·

应对PM2.5污染的气承式充气膜体育建筑

魏秀栋 古向农 王 秦

(深圳市博德维环境技术股份有限公司，广东 深圳 518057)

分析了充气膜这一新型建筑局部治理雾霾的可行性和实现技术，并通过实测数据验证了其治理效果，指出充气膜可以通过经济的手段在其室内空间创造优良的局部空气环境，为人们的体育运动提供健康的场所。

充气膜，PM2.5，体育运动，空气处理

1 背景

近年来，我国北方很多城市会连续出现冬日的严重雾霾天气，这给人们的工作、生活和体育锻炼造成了严重影响。造成这种现状的主要原因是大气中颗粒物PM2.5的污染。假定剧烈运动时一个人每分钟的换气量为100 L，在PM2.5超标严重的雾霾天从事户外运动会吸入数倍于平时的PM2.5，对身体产生很大的伤害。在此种背景下，人们迫切需要能够在冬日雾霾天气下进行体育运动的场所。

传统的体育场馆由于其开敞特征，无法抵御PM2.5等颗粒物的入侵；尤其是在冬季空气湿度较小、雾霾长期不散的天气里，室内场馆的PM2.5也处于超标状态。

气承式充气膜(气承膜)结构的出现，为人为制造一个适合运动空间的人工环境创造了极大的便利(见图1，图2)。气承膜建筑就是采用高强度、高柔性的薄膜材料，并将膜材的外沿固定在地面基础或者屋面结构周边上，利用充气系统将空气送入气膜内部空间，维持一定的气膜内外气压差，从而实现结构抵抗自重和外部荷载的结构功能，形成大跨度的无梁无柱的建筑空间。利用空调和空气处理系统，气膜建筑可保证冬天室内温度在18 ℃以上、夏天室内温度在26 ℃以下，时刻保持空气品质优良，为人们提供舒适的运动环境。

2 气承膜的PM2.5污染控制方法

大气PM2.5颗粒物污染的控制技术主要包括过滤除尘、静电除尘、湿式除尘等方式,可以采用其中一种方式或几种方式的组合。常见的方式有：过滤除尘、过滤除尘+静电除尘、过滤除尘+湿法除尘，其中湿法除尘往往和空调、加湿等功能合并设置。

2.1 过滤除尘

过滤除尘是让空气通过过滤装置来达到净化的目的。主要有袋滤除尘及颗粒层过滤除尘两种方式。袋滤除尘利用棉、毛或人造纤维等加工而成的滤布，通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等机制来捕集颗粒污染物，属于外部过滤。颗粒层过滤除尘通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层，使颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法，属内部过滤方式。除尘过程中大颗粒污染物主要借助惯性力，小于0.5 μm的颗粒物主要依靠滤料及被过滤下来的颗粒表面拦截和附着作用，净化效率随颗粒层厚度增高而提高。颗粒层除尘器按其功能可分为单颗粒层除尘器和组合颗粒层除尘器两种。

2.2 静电除尘

静电除尘利用高压电场产生的静电力(库仑力)从气流中分离悬浮粒子(尘粒或液滴)的一种方法。静电除尘主要通过粒子荷电、沉降和清除三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为电除尘器，工业上应用最广泛的是单区电除尘器，即使粒子带电的电离作用与带电粒子的集尘作用在同一电场中进行。电除尘器是一种高效除尘装置，对细微尘粒及雾状液滴捕集性能优异，除尘效率达99%以上，对于0.1 μm以下的尘粒，仍有较高的去除效率。

2.3 湿式除尘

湿式除尘用液体洗涤含尘气流，使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附、凝聚变大，尘粒随液体排出，气体得到净化的方法，也称洗涤除尘。由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用，因此它能净化气体中的固体颗粒物，又能同时脱除气体中的气态有害物质。常用的湿式除尘有喷淋塔、填料塔、泡沫塔、卧式旋风水膜除尘器、中心喷雾旋风除尘器、水浴式除尘器、射流洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器等。湿式除尘器结构简单、造价低、除尘效率高，在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。不足是用水量大，易产生腐蚀性液体。

3 气承膜的PM2.5解决方案

气承膜建筑的特点是在封闭的空间内始终维持一定的正压，这是通过机械单元连续向相对封闭的空间内补风来实现的。换句话说，室外空气只有通过机械单元加压才能进入室内，而其他任何孔洞缝隙均为向外排风。由此我们知道，在这一封闭的空间内，空气中的颗粒物来源主要包括新风带入的颗粒物、人员带入的颗粒物、在该空间内使用的器材带入的颗粒物、建筑表面地面风化起尘及施工过程中残留的颗粒物。要控制气承膜建筑内空气中颗粒物的数量，就要分别对上述几个渠道进行处理。

3.1 新风带入颗粒物的处理

因为新风只能通过机械单元加压后才能到达室内，这对处理新风中颗粒物带来了便利条件。只要在机械单元内增加有效的功能段就能把新风中的颗粒物降低到可接受的程度，从而达到控制室内空气质量的目的。气承膜建筑机械单元中通常采用过滤除尘或过滤除尘+静电除尘的处理方法而达到满意的效果。

3.2 人员、器材带入颗粒物的处理

气承膜建筑内活动的人员身体、衣物及器材附着有颗粒物，当人员从室外进入室内运动时，这些附着颗粒物就会进入到空气中，最终形成空气颗粒物污染。这通过在人员、器材入口处设置风淋设施，利用室内正压排风而明显减少人体、器材带入的颗粒物。

3.3 建筑表面、地面风化起尘的处理

气承膜建筑的主体材料为膜材，其表面风化起尘可以忽略。只要在设计时尽量减少土建工程量，就可以避免建筑表面风化起尘。对于地面可采取塑胶自流平等工艺，尽量减少用类似混凝土等易起尘的材质处理地面。

3.4 施工残留物的处理

风道等土建施工过程中会产生大量的粉尘，竣工后仍会有大量残存在风道、设备基础、转角等容易积灰的部位。如果不能彻底的清除，这些灰尘在气膜使用过程中，会二次飞扬，成为污染源，所以工程竣工正式运营以前，对气承膜建筑内要进行彻底的清扫，否则会使室内空气质量明显下降，造成事倍功半的尴尬局面。

3.5 全面换气处理

采取了上述措施后，可以大幅度减少进入气承膜建筑内颗粒物数量。一般来说，气承膜建筑内的空气质量已能够达到优良品质。如果需要进一步降低室内空气PM2.5的数值，可以进行全面换气处理。处理的设备可以是专设的风柜，也可以在空调设备内增加处理功能段。处理方式通常采用过滤除尘、过滤除尘+静电除尘、过滤除尘+湿法除尘三种方式中的一种，其中通风量遵照空调计算结果。

4 某气承膜室内空气质量实测数据

本气承膜结构平时的运行内压为正压，约为250 Pa～300 Pa(根据风速和积雪情况设定其内压)，加上其优异的密闭性能，室外的空气无法通过渗透、自然流通等形式进入室内。建筑内部的空气只能通过特制的机械设备经过过滤、冷热处理、加压后送入室内，所以室内空气质量可以得到有效保证。为了检验实际的空

气处理效果和气膜内的空气质量，这里给出我公司的某实际工程的实测结果。图3，图4和表1均为气承膜结构室内外实测记录。

通过连续跟踪已在运营使用的气承膜结构项目，室外空气AQI爆表的情况下，室内空气质量仍可维持在“优”的水平，即室内空气AQI≤50。天津滨海新区某气承膜结构室外空气质量指数AQI=287的情况下，室内的AQI=41；北京顺义区某国际学校，由于加装了特殊的空气过滤设备，室外空气质量指数AQI爆表的情况下，室内的空气质量指数AQI仍小于30。

表1 某气承膜结构室内外空气质量指数

测试点ABCD室外AQI值13151223287

综上所述，气承膜建筑的特点可以有效地营造空气质量优异的局部小环境，为体育爱好者或学生提供良好的运动环境。

5 结语

在雾霾天频现的目前，大气颗粒物尤其是PM2.5对人体的伤害与全国全民健身高涨的热情形成了一对尖锐的矛盾，本文从分析PM2.5的治理方法和其在充气膜建筑中应用技术进行研究，最后结合实际工程证实气承膜这一经济实用的新型建筑已成为破解这一难题的有效方法。气承膜体育建筑可以有效应对PM2.5问题，为我国的群众运动提供经济合理的运动场所。

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2008：1566-1571，2073-2082.

[2] 范存养.大空间建筑空调设计及工程实录[M].北京:中国建筑工业出版社,2001:34-36.

[3] CECS 158：2015,膜结构技术规程[S].

On air-supported sport game dome dealing with PM2.5

Wei Xiudong Gu Xiangnong Wang Qin

(Broadwell(Shenzhen)TechnologyCo.,Ltd,Shenzhen518057,China)

This paper focus on the feasibility and methods of heavy smog control technology in air supported structures. Some real data measured in a air dome were shown and verified air dome can achieve an excellent indoor air quantity and provide a good place for people sports games by economic means.

air-supported structure, PM2.5, sports game, air treatment

1009-6825(2017)02-0194-02

2016-11-04

魏秀栋(1978- )，男，助理工程师； 古向农(1968- )，男，高级工程师； 王 秦(1969- )，男，高级工程师

TU245

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