摘要：在燃氣熱水器煙氣直排和不通風條件下對居室不同房間空氣中的C0、C02、02體積分數(shù)進行了測試，分析了居室內的污染情況。
關鍵詞：燃氣熱水器；污染物體積分數(shù)；直排式
Test on Indoor Air Polluted by Flueless Water Heater
LIU Li-zhen，SHAO Zhen-yu，WU Yuan-yuan，CAI De-qiang
Abstract：The volume fractions of C0，C02 and 02 in air in different rooms of an apartment are determined under direct emission of flue gas from gas water heater and without ventilation.The pollution situation in the different rooms is analyzed.
Key words：gas water heater；volume fraction of pollutant；direct emission
目前雖然直排式燃氣熱水器已退出市場，但是原先在用的直排式燃氣熱水器仍在使用。也有一部分煙道式燃氣熱水器和強排式燃氣熱水器不按規(guī)范安裝煙道，而將煙氣直接排入室內。由此而引起的人身傷亡事故仍時有發(fā)生[1～5]。本試驗模擬居室內燃氣熱水器使用的情況，在水平和豎直方向分別進行布點，對各點污染物體積分數(shù)進行測試，以了解燃氣熱水器煙氣直排對居室內空氣造成的污染情況。
1 試驗內容
① 試驗系統(tǒng)與條件
在試驗室內模擬兩居室建立試驗系統(tǒng)。廚房面積為9.30m2，中廳面積為12.76m2，臥室面積為15.40m2，房間高度為3m。進入廚房的外門及中廳和臥室的外窗關閉，廚房到中廳和中廳到臥室的門開啟。
在3個房間內共布置了13個測點，測點2、5、11分別位于廚房、臥室和中廳的中心，7、8、9分別位于臥室和中廳門、中廳和廚房門以及臥室靠外窗處，其中測點1、2、3位于同一垂線，4、5、6和10、11、12分別位于同一垂線。測點分布平面圖見圖1，圖中建筑尺寸的單位為mm。同一垂線上的3個點的標高分別為0.60m、1.50m、2.25m。熱水器為6L/min直排式燃氣熱水器，熱負荷為11.4kW，連續(xù)燃燒。
② 測試內容
燃氣燃燒產(chǎn)生的理論煙氣的組分是C0，、S02、N2和H2O[6]。實際煙氣中除上述組分外尚含有過?？諝狻Ｔ谌紵^程中，N2和02在高溫下會牛成N0x。此外，不完全燃燒時，煙氣中還將出現(xiàn)C0、CH4等可燃組分。由于北京市天然氣中硫含量很低，因此燃燒煙氣中的S02含量較低。根據(jù)煙氣中所含主要氣體對人體健康的危害，本次試驗的檢測內容為C0、C02及02的體積分數(shù)。在實際測試過程中，由于N0x的體積分數(shù)很低，儀器無法正常測試。
2 試驗結果及分析
根據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制圖表，對同一垂線、不同高度上和同一水平面、不同位置上的污染物體積分數(shù)分布進行分析。
2.1 同一垂線不同高度上污染物體積分數(shù)分布
① 廚房中心垂線上污染物體積分數(shù)
廚房中心垂線上C0、C02及02的體積分數(shù)分布情況分別見圖2～4。
廚房中心垂線上不同高度處的3個測點中，CO最高體積分數(shù)為0.4%，02最低體積分數(shù)為14.7%，C02最高體積分數(shù)為3.7%，均出現(xiàn)在距地2.25m處的測點上。C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。這說明隨著燃燒的進行，煙氣不斷排放，污染物體積分數(shù)逐漸增加，02被不斷消耗。在同一垂線，距地面2.25m處的C0、C02體積分數(shù)明顯高于1.5m和0.6m處，這與熱煙氣具有向上浮力和排煙口的位置有關。
② 中廳中心垂線上污染物體積分數(shù)
中廳中心垂線上C0、C02及02的體積分數(shù)分布情況分別見圖5～7。
中廳中心垂線上的3個測點中，C0最高體積分數(shù)為0.176%，02最低體積分數(shù)為17.6%，C02最高體積分數(shù)為2.1%，均出現(xiàn)在距地2.25m處的測點上。中廳C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。在同一垂線，距地面2.25m處的C0、C02體積分數(shù)略高于1.5m和0.6m處，這說明隨煙氣溫度的降低，向上浮力減弱。
③ 臥室中心垂線上污染物體積分數(shù)
臥室中心垂線上C0、C02及02的體積分數(shù)分布情況分別見圖8～10。
臥室中心垂線上3個測點中，C0最高體積分數(shù)為0.138%，02最低體積分數(shù)為17.9%，C02最高體積分數(shù)為1.8%，均出現(xiàn)在距地2.25m處的測點上。C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。在同一垂線，距地面2.25m處的C0、C02體積分數(shù)與距地面1.5m和0.6m處較接近，這說明煙氣在垂線位置的體積分數(shù)分布已趨于一致。
2.2 同一水平面上污染物體積分數(shù)分布
① 距地面0.6m水平面上
各室中心處距地0.6m水平面上C0、C02及02的體積分數(shù)分布情況分別見圖11～13。
在距地面0.6m水平面上，C0最高體積分數(shù)為0.132%，02最低體積分數(shù)為17.9%，C02最高體積分數(shù)為1.8%，均出現(xiàn)在廚房中心處的測點上。C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。在同一水平面上，廚房內的C0、C02體積分數(shù)略高于中廳和臥室，中廳和臥室的C0、C02體積分數(shù)較接近。這與測試時間稍有差異有關。
② 距地面1.5m水平面上
各室距地1.5m水平面上C0、C02及02的體積分數(shù)分布情況分別見圖14～16。
在距地面1.5m水平面上共有7個測點，C0最高體積分數(shù)為0.157%，位于中廳距窗0.5m處測點；02最低體積分數(shù)為17.7%，位于中廳距窗0.5m處測點；C02最高體積分數(shù)為2.0%，位于廚房中心處測點。C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。在同一水平面上，室內各點的C0、C02體積分數(shù)較接近。說明在這一水平面上，煙氣的擴散速度較快，各點的污染物體積分數(shù)較均勻。
③ 距地面2.25m水平面上
在距地面2.25m水平面上，C0最高體積分數(shù)為0.4%，02最低體積分數(shù)為14.7%，C02最高體積分數(shù)為3.7%，均出現(xiàn)在廚房中心處的測點上。C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。在同一水平面上，廚房內的C0、C02體積分數(shù)略高于中廳和臥室，中廳和臥室的C0、C02體積分數(shù)較接近。這與測試時間稍有差異有關。
2.3 各室污染物致人中毒情況分析
本次試驗經(jīng)過了約3h的連續(xù)測試。C0、C02的體積分數(shù)升高到一定值、02降低到一定值時都將對人體造成危害。在182min時，廚房中心處距地2.25m處C02的體積分數(shù)最高，為3.7%，不足以對人體造成較大影響。在182min時，各室中心距地2.25m處02體積分數(shù)最低，廚房內測點為14.7%，中廳測點為17.6%，臥室測點為17.9%，除廚房的氧氣體積分數(shù)對人體有一定影響外，中廳和臥室的氧氣體積分數(shù)都在人體可承受的范圍內。而C0的體積分數(shù)較高，因此重點對C0體積分數(shù)對人體的影響進行分析。C0體積分數(shù)與人體中毒癥狀見表1[7]。
表1 C0體積分數(shù)與人體中毒癥狀
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空氣中C0體積分數(shù)/10-6
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人停留時間/h
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癥狀
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180～270
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5～6
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頭疼，運動時有心悸。
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370～550
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4～5
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劇烈頭疼，無力，眩暈，視力模糊，思想遲鈍，嘔吐，虛脫。
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640～920
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3～4
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呼吸加快，脈搏加快，常有虛脫和暈厥。
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1000～1400
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1.5～3.0
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中毒性呼吸困難，驚厥，昏迷。
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1470～1840
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1.0～1.5
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上述癥狀加劇，間歇驚厥，昏迷。
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1840～2720
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0.50～0.75
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呼吸與脈搏變弱，心臟受壓抑，可能死亡。
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2720～4560
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0.33～0.50
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脈搏進一步減弱，呼吸變慢，可能死亡。
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4560～9200
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0.03～0.08
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脈搏微弱，呼吸衰竭，很快死亡。
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根據(jù)本次試驗，通過數(shù)據(jù)擬合，推算得知：在房間密閉，熱水器無煙道，煙氣直接排到廚房內時，廚房中心距地0.6、1.5、2.25m處的C0體積分數(shù)約在117、104、28min后就可達到0.064%，如人員在此體積分數(shù)下停留3～4h，就會出現(xiàn)虛脫與暈厥；廚房中心距地0.6、1.5、2.25m處的C0體積分數(shù)約在218、209、82min后就可達到0.184%，在該體積分數(shù)下0.50～0.75h內就可致人死亡。中廳中心距地0.6m處，C0體積分數(shù)在133min內可達到0.064%；在中廳中心距地1.5m處，C0體積分數(shù)在108min內就可達到0.064%。在臥室中心距地0.6m處，C0體積分數(shù)在134min內就可達到0.064%；在臥室中心距地1.5m處，C0體積分數(shù)在121min內就可達到0.064%。
3 結論
① 當房間密閉，熱水器無煙道，煙氣直接排到室內時，C0是造成人中毒死亡的主要原因。
② C0、C02體積分數(shù)隨時間的增加呈上升趨勢，02體積分數(shù)隨時間的增加而下降。因此直排式燃氣熱水器長時間連續(xù)使用時危害更大。
③ 煙道式及強排式燃氣熱水器必須按規(guī)范要求安裝煙氣排氣管。
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(本文作者：劉麗珍1 邵震宇1 吳媛媛1 蔡德強2 1.北京市公用事業(yè)科學研究所 北京 100011；2.北京市液化石油氣公司 北京 100044)
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