直排式燃气热水器对室内空气污染试验_工程实践

摘要

摘要：在燃气热水器烟气直排和不通风条件下对居室不同房间空气中的C0、C02、02体积分数进行了测试，分析了居室内的污染情况。关键词：燃气热水器；污染物体积分数；直排式Test on Ind

摘要：在燃气热水器烟气直排和不通风条件下对居室不同房间空气中的C0、C0₂、0₂体积分数进行了测试，分析了居室内的污染情况。

关键词：燃气热水器；污染物体积分数；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

目前虽然直排式燃气热水器已退出市场，但是原先在用的直排式燃气热水器仍在使用。也有一部分烟道式燃气热水器和强排式燃气热水器不按规范安装烟道，而将烟气直接排入室内。由此而引起的人身伤亡事故仍时有发生^[1～5]。本试验模拟居室内燃气热水器使用的情况，在水平和竖直方向分别进行布点，对各点污染物体积分数进行测试，以了解燃气热水器烟气直排对居室内空气造成的污染情况。

1 试验内容

① 试验系统与条件

在试验室内模拟两居室建立试验系统。厨房面积为9.30m²，中厅面积为12.76m²，卧室面积为15.40m²，房间高度为3m。进入厨房的外门及中厅和卧室的外窗关闭，厨房到中厅和中厅到卧室的门开启。

在3个房间内共布置了13个测点，测点2、5、11分别位于厨房、卧室和中厅的中心，7、8、9分别位于卧室和中厅门、中厅和厨房门以及卧室靠外窗处，其中测点1、2、3位于同一垂线，4、5、6和10、11、12分别位于同一垂线。测点分布平面图见图1，图中建筑尺寸的单位为mm。同一垂线上的3个点的标高分别为0.60m、1.50m、2.25m。热水器为6L/min直排式燃气热水器，热负荷为11.4kW，连续燃烧。

② 测试内容

燃气燃烧产生的理论烟气的组分是C0，、S0₂、N₂和H₂O^[6]。实际烟气中除上述组分外尚含有过剩空气。在燃烧过程中，N₂和0₂在高温下会牛成N0_x。此外，不完全燃烧时，烟气中还将出现C0、CH₄等可燃组分。由于北京市天然气中硫含量很低，因此燃烧烟气中的S0₂含量较低。根据烟气中所含主要气体对人体健康的危害，本次试验的检测内容为C0、C0₂及0₂的体积分数。在实际测试过程中，由于N0_x的体积分数很低，仪器无法正常测试。

2 试验结果及分析

根据测试数据绘制图表，对同一垂线、不同高度上和同一水平面、不同位置上的污染物体积分数分布进行分析。

2.1 同一垂线不同高度上污染物体积分数分布

① 厨房中心垂线上污染物体积分数

厨房中心垂线上C0、C0₂及0₂的体积分数分布情况分别见图2～4。

厨房中心垂线上不同高度处的3个测点中，CO最高体积分数为0.4%，0₂最低体积分数为14.7%，C0₂最高体积分数为3.7%，均出现在距地2.25m处的测点上。C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。这说明随着燃烧的进行，烟气不断排放，污染物体积分数逐渐增加，0₂被不断消耗。在同一垂线，距地面2.25m处的C0、C0₂体积分数明显高于1.5m和0.6m处，这与热烟气具有向上浮力和排烟口的位置有关。

② 中厅中心垂线上污染物体积分数

中厅中心垂线上C0、C0₂及0₂的体积分数分布情况分别见图5～7。

中厅中心垂线上的3个测点中，C0最高体积分数为0.176%，0₂最低体积分数为17.6%，C0₂最高体积分数为2.1%，均出现在距地2.25m处的测点上。中厅C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。在同一垂线，距地面2.25m处的C0、C0₂体积分数略高于1.5m和0.6m处，这说明随烟气温度的降低，向上浮力减弱。

③ 卧室中心垂线上污染物体积分数

卧室中心垂线上C0、C0₂及0₂的体积分数分布情况分别见图8～10。

卧室中心垂线上3个测点中，C0最高体积分数为0.138%，0₂最低体积分数为17.9%，C0₂最高体积分数为1.8%，均出现在距地2.25m处的测点上。C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。在同一垂线，距地面2.25m处的C0、C0₂体积分数与距地面1.5m和0.6m处较接近，这说明烟气在垂线位置的体积分数分布已趋于一致。

2.2 同一水平面上污染物体积分数分布

① 距地面0.6m水平面上

各室中心处距地0.6m水平面上C0、C0₂及02的体积分数分布情况分别见图11～13。

在距地面0.6m水平面上，C0最高体积分数为0.132%，0₂最低体积分数为17.9%，C0₂最高体积分数为1.8%，均出现在厨房中心处的测点上。C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。在同一水平面上，厨房内的C0、C0₂体积分数略高于中厅和卧室，中厅和卧室的C0、C0₂体积分数较接近。这与测试时间稍有差异有关。

② 距地面1.5m水平面上

各室距地1.5m水平面上C0、C0₂及0₂的体积分数分布情况分别见图14～16。

在距地面1.5m水平面上共有7个测点，C0最高体积分数为0.157%，位于中厅距窗0.5m处测点；0₂最低体积分数为17.7%，位于中厅距窗0.5m处测点；C0₂最高体积分数为2.0%，位于厨房中心处测点。C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。在同一水平面上，室内各点的C0、C0₂体积分数较接近。说明在这一水平面上，烟气的扩散速度较快，各点的污染物体积分数较均匀。

③ 距地面2.25m水平面上

在距地面2.25m水平面上，C0最高体积分数为0.4%，0₂最低体积分数为14.7%，C0₂最高体积分数为3.7%，均出现在厨房中心处的测点上。C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。在同一水平面上，厨房内的C0、C0₂体积分数略高于中厅和卧室，中厅和卧室的C0、C0₂体积分数较接近。这与测试时间稍有差异有关。

2.3 各室污染物致人中毒情况分析

本次试验经过了约3h的连续测试。C0、C0₂的体积分数升高到一定值、0₂降低到一定值时都将对人体造成危害。在182min时，厨房中心处距地2.25m处C0₂的体积分数最高，为3.7%，不足以对人体造成较大影响。在182min时，各室中心距地2.25m处0₂体积分数最低，厨房内测点为14.7%，中厅测点为17.6%，卧室测点为17.9%，除厨房的氧气体积分数对人体有一定影响外，中厅和卧室的氧气体积分数都在人体可承受的范围内。而C0的体积分数较高，因此重点对C0体积分数对人体的影响进行分析。C0体积分数与人体中毒症状见表1^[7]。

表1 C0体积分数与人体中毒症状

空气中C0体积分数/10^-6	人停留时间/h	症状
180～270	5～6	头疼，运动时有心悸。
370～550	4～5	剧烈头疼，无力，眩晕，视力模糊，思想迟钝，呕吐，虚脱。
640～920	3～4	呼吸加快，脉搏加快，常有虚脱和晕厥。
1000～1400	1.5～3.0	中毒性呼吸困难，惊厥，昏迷。
1470～1840	1.0～1.5	上述症状加剧，间歇惊厥，昏迷。
1840～2720	0.50～0.75	呼吸与脉搏变弱，心脏受压抑，可能死亡。
2720～4560	0.33～0.50	脉搏进一步减弱，呼吸变慢，可能死亡。
4560～9200	0.03～0.08	脉搏微弱，呼吸衰竭，很快死亡。

根据本次试验，通过数据拟合，推算得知：在房间密闭，热水器无烟道，烟气直接排到厨房内时，厨房中心距地0.6、1.5、2.25m处的C0体积分数约在117、104、28min后就可达到0.064%，如人员在此体积分数下停留3～4h，就会出现虚脱与晕厥；厨房中心距地0.6、1.5、2.25m处的C0体积分数约在218、209、82min后就可达到0.184%，在该体积分数下0.50～0.75h内就可致人死亡。中厅中心距地0.6m处，C0体积分数在133min内可达到0.064%；在中厅中心距地1.5m处，C0体积分数在108min内就可达到0.064%。在卧室中心距地0.6m处，C0体积分数在134min内就可达到0.064%；在卧室中心距地1.5m处，C0体积分数在121min内就可达到0.064%。

3 结论

① 当房间密闭，热水器无烟道，烟气直接排到室内时，C0是造成人中毒死亡的主要原因。

② C0、C0₂体积分数随时间的增加呈上升趋势，0₂体积分数随时间的增加而下降。因此直排式燃气热水器长时间连续使用时危害更大。

③ 烟道式及强排式燃气热水器必须按规范要求安装烟气排气管。

参考文献：

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[2] 王启，刘彤.烟道式热水器潜在危险的分析[J].煤气与热力，1996，16(4)：33-35.

[3] 王启.自然排气烟道式燃气热水器的安全使用[J].煤气与热力，2005，25(2)：63-65.

[4] 王启.燃气热水器的事故分析[J].煤气与热力，1992，12(5)：33-36.

[5] 王启.关于燃气器具使用安全问题的探讨[J].煤气与热力，1998，18(1)：45-47.

[6] 同济大学，重庆建筑大学，哈尔滨建筑大学，等.燃气燃烧与应用(第3版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[7] 罗从杰.家用燃气快速热水器事故分析[J].江西能源，2004，(1)：13-16.

(本文作者：刘丽珍¹ 邵震宇¹ 吴媛媛¹ 蔡德强² 1.北京市公用事业科学研究所北京 100011；2.北京市液化石油气公司北京 100044)