（流体力学专业论文）室内空气品质改善措施的研究.pdf

摘要 y r 6 2 9 人们超过8 0 的时f 1 日j 在室内度过，室内空气品质( i a q ) 的好坏极大的影响着人 们的生产和生活，而国内外的调查表明众多建筑的室内空气品质存在较大问题，因此 对其研究具有重要意义。 本文阐述、分析了室内空气品质的重要性及其控制方法，提出了一种能有效改善 室内空气品质的空气处理方式，并对其进行了可行性及经济性分析，编制了相应的经 济分析软件，并用模糊评判的方法对此种方案进行综合评价：通过实验的方法取得了 活性炭对室内部分低浓度有害气体吸附的技术数据，给出了工程应用中活性炭吸附器 的设计和选型方法：提出了一种基于室内空气品质的需求控制新风量的控制策略。 关键词： 室内空气品质 活性炭吸附 空气处理方式 模糊综合评判 a b s t r a c t p e o p l es p e n dm o r et h a n8 0 o f t h e i rl i v e si n d o o r s i n d o o ra i rq u a l i t y ( i a q ) h a s g r e a t e f f e c to nh u m a nh e a l t ha n dp r o d u c t i v i t y a v a i l a b l er e s e a r c h e ss h o wt h a ti a 0p r o b l e m si n n u m e r o u sb u i l d i n g sa r es e v e r e i ti ss i g n i f i c a n tt os t u d yi a oc o n t r o li f lb u i l d i n g s t h es i g n i f i c a n ta n dc o n t r 0 1m e t h o d so fi a qa r ea n a l y z e di f lt h i sd i s s e r t a t i o n 0 f i e e f f e c t i v em e t h o dt o i m p r o v ei a qi sp r e s e n t e d t h ec o r r e s p o n d i n gp r o g r a mi sm a d et o a n a l y z e dt h ef e a s i b i l i t ya n de c o n o m yo f t h em e t h o d a n dc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to f t h e m e t h o di sm a d eb ya p p l y i n gf u z z ym a t h e m a t i c s t h ec h a r a c t e rd a t e so fa c t i v a t e dc a r b o n f o ra b s o r b i n gl o w d e n s i t yp o i s o n o u sg a sa r eo b t a i n e dt h r o u g he x p e r i m e n t d e s i g nm e t h o d a n ds e l e c t i o nc r i t e r i af o rt h ee q u i p m e n ta r ep r e s e n t e d t h ec o n t r o l s t r a t e g yo fd e m a n d c o n t r o l l e dv e n t i l a t i o nb a s i n go ni a qi sp r e s e n t e d k e y w o r d s ： i n d o o ra i rq u a l i t y ( i a q ) a c t i v a t e dc a r b o n a d s o r p t i o n aw a yo fd e a l i n gw i t ht h ea i r c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tb yf u z z ym a t h e m a t i c s 硕i 论义 室内空气品质改善挡施的研咒 1 引言 1 1 课题背景 在2 0 世纪7 0 年代术，由于能源危机及石油禁运，主要是在美国提出了减少通风 量增加房问密封性等策略来减少能耗后，从而对建筑物密闭性的要求大大提高，由此 产生了室内空气品质太差的问题【】”，长期生活和工作在现代建筑物中的人们常表现出 一些越来越严重的病态反应：头痛、困倦、恶心和流鼻涕等【l7 1 。这一问题引起了专家 们的广泛重视，从2 0 世纪8 0 年代以来，国外报刊杂志上丌始频繁出现s b s 、b r i 和m c s ，它们分别代表着三种疾病的名称，即病态建筑综合症( s i c kb u i l d i n g s y n d r o m e ) 、建筑物关联症( b u i l d i n gr e l a t e di l l n e s s ) 和化学物质过敏症( m u l t i p l e c h e m i c a ls e n s i t i v i t y ) 1 6 。根据世界卫生组织( w h o ) 在全球的初步统计，认为目前 新建的和改建的建筑物中，大约有3 0 为带有“病态建筑综合症”的建筑， c ，e d o r g a ne ta l f 2 j 分析了美国5 0 0 0 0 多个办公室之后，得出结论，认为只有2 0 的办 公室可以划归到健康建筑的范畴，4 0 的办公室为一般健康建筑，而3 0 为不健康 建筑，不能满足室内空气品质要求，另外的1 0 的办公室条件很差，是严重的病态 建筑。 产生这一现象的原因是：建筑内装修的同益普及，而一些装修材料有害气体散发 量过高【7 驯；过分追求节能，建筑物过于密闭，空调空l 日j 过小，空调系统缺乏合理维护 或新风供应不够或气流组织不合理。发达国家对建材及室内装修材判的有害气体散发 量制定了些标准，一定程度上从源头抑止了有害气体的散发，即使如此，仍有4 0 6 0 的人抱怨室内空气品质低劣吼 随着经济的发展和社会的进步以及人类生活的文明程度不断提高，生活的转型使 得人们停留在室内的时间越来越长，大多超过了全天8 0 ，。个成年人平均呼吸次数 为1 0 一1 5 m i n ，每次需要o 5 l 空气，约合1 0 m 3 天，换算成重量相当于1 2 k g 天，也 就是每天进食量的8 1 0 倍。以平均7 0 岁的寿命来计算，每个人一生要用2 5 5 5 万 m 3 空气。这些空气进入人体内，在总表面积为6 0 8 0 m 2 的肺泡罩，经物理扩散进入 体内交换。可以想象在如此长的暴露时间、如此大的接触面积下，室内空气品质状况 对人体身体健康影响何等巨大【8 1 。因此，室内空气质量的好坏将潜在、直接影响人们 的身体健康和工作效率。 解决室内空气污浊的最直接、有效的方法是通风换气，但随着空调的普遍使用和 密闭性建筑的增加，从节能角度往往无法大量使用室外新风或长时间开窗通风；况且 堕! ：笙壅皇堕! ! 曼堕墼董坐堕竺塑壅 室外空气污染状况h 渐严重，在某些情况下，甚至会给窀内带来新的污染。因此，借 助科学技术来改善室内空气成为解决上述问题的有效途径。 人们把目光投向了净化空气的方法，目前的空气净化器主要由两部分组成，一部 分为消除可吸入颗粒物的过滤段，另一部分为消除有害气体的净化段，按照作用原理 不同，净化段又分为吸附型和光催化型两种。国内外多家厂商生产出了活性炭吸附空 气净化产品。多种新型活性炭纤维过滤器、新型活性炭颗粒和浸渍了高锰酸钾的氧化 铝组合的过滤器问世( y r a n e 、y o r k 空调公司产品上已使用美国普滤公司产品) 。同本 大金公司于1 9 9 6 年率先生产了光催化空气净化器，之后同本多家著名的家电厂商( 如 松下、东芝等) 先后推出此类产品。 在我国，随着对室内空气品质问题的深入研究，已相继颁御并实施了部分国家标 准，规定了室内空气中主要污染物的允许浓度上限，如中华人民共和国国家质量监督 检验检疫总局和建设部于2 0 0 1 年1 1 月2 6 同联合颁布的民用建筑工程室内环境污 染控制规范( g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 ) ，以及卫生部和国家环保局制定的室内空气质量 标准。随着这些标准的颁布并实施，我们暖通设计者在今后的设计中就要将室内空 气品质作为一个重要的因素来考虑，如何提高室内空气品质将成为每个暖通空调工程 技术人员共同关心的问题。 1 2 研究室内空气品质的重要性 人类进入新的世纪，保护生态环境，促进持续发展成为人类面l 瞄的个重要问题。 可是，人们以往在重视保护蓝天碧水、治理大气、江河湖海等大环境污染的时候，却 忽视了一个与人们的生活息息相关、直接涉及人身健康的室内环境污染问题。人类的 绝大部分生产与生活活动是在室内进行的，从历史的角度观察人类与室内环境的关 系，可以认为，人类是室内环境的主体。人类的生产、生活习惯、生理状态、宗教信 仰和社会经济发展水平等，都不同程度的在建筑形态中反映出来，进而在对室内环境 的要求也不断发生变化，人类与室内环境的关系是相互影响的。 这个问题首先引起国际上一些国家、地区和组织的重视，成立了国际空气质量协 会并已经工作多年。美国成立了专门机构负责空气质量工作，并历时五年进行专题调 查，结果发现，许多民用和商用建筑，室内的空气污染程度是室外空气污染的2 5 倍，有的甚至超过1 0 0 倍1 6 “。为了引起民众对空气中氡污染危害的重视，从1 9 9 0 年 开始，美国国会决定，每年十月的第三个星期为国家氡活动周，采用由白富发表总统 公开信的形式，鼓励公民防止氡对健康的危害。同本政府的个调查小组经过检测后 也于近日宣布，同本大约有3 0 的住宅因为使用有害的化学物质而易引发“新居综 合症”j 。同时日本还成立了健康住宅协会。香港1 9 9 9 年开始进行室内空气品质的 堡! ：堡苎奎塑室墨璺堕垫墨丝些盟! ! ! ! 宣传和领导，并且在环境保护署内设立了专门的部门。 我国同样也面临着严重的室内环境污染问题，随着我国经济的快速发展和工业、 城市化水平的不断提高，人们的工作、生活和居住条件得到了大幅度的发展。仅就城 镇人均建筑住宅面积统计，预计“十五”要比“九五”期削翻一番。另外，目前中国 室内装饰工程的市场需求量每年超过两千亿元，按平均每年递增2 5 计算，到2 0 0 5 年需求量将超过6 0 0 0 亿元，它所带动的装饰材料和用品也将超过4 0 0 0 亿元。与此同 时，由于建筑、装饰装修、家具和现代家电与办公器材造成室内环境污染，已成为影 响人们健康的一大杀手。表1 1 是北京市卫生防疫站对北京市6 家新建办公场所室内 空气中化学污染物进行采样分析的数掘结果。从表中可见，瓤建办公场所室内空气污 染比较严重。另据北京市有关部门在今年31 5 前夕统计，装饰装修造成的室内环境 污染成为消费者投诉的前五大问题之一。 表1 1 北京六家新建办公场所室内空气检测结果 检测项目检测件数超标件数超标率( ) 甲醛3 81 64 2 1 1 氨3 62 98 05 6 苯系物2 200 一氧化碳4 800 二氧化碳4 881 6 6 7 臭氧1 265 0 o o 可吸入颗粒物5 81 62 7 ，5 9 目前室内环境污染已经成为国家、政府、企业和消费者关注的一大热点问题。在 2 0 0 1 年初召开的九届全国人大四次会议期问，一些代表就发出n 乎吁：“治理室内空气 质量莫等闲! ”室内环境，从来没有像今天这样牵动着干家万户的心，也牵动着国家 领导人的心，2 0 0 1 年6 月至9 月，国务院两位副总理连续3 次批示，指出此问题关 系居民身体健康，已经成为广大群众关注和议论的热点，由于装饰材料和家具涂料有 害物质的释放而引起中毒的现象越来越多，必须引起重视，并责成有关部门立即研究 技术质量标准和检查监督、惩处方法。随后，国家质量监督检验检疫总局、国家环保 总局、卫生部、建设部、中国室内装饰协会等有关部门，也根据国家领导人的指示抓 紧进行工作。国家环保局、国家质量监督检验检疫局、卫生部和中国室内装饰协会等 部门都在研究制定和完善室内环境的有关标准。在北京，室内环境检测也逐步被大家 接受，成为都市中的新时尚，消费者不但装修以后进行室内环境检测，而且在买房子、 买家具甚至连租房时都要有室内环境检测。 由此可见，室内环境污染是一个世界性的问题，是我国目前经济和社会发展中的 硕l 论文 室内空气；记质改善措施的研究 一个亟待解决的重要问题。 1 3 我国室内空气研究现状及进展 我国最初大规模出现室内空气污染是在2 0 世纪8 0 年代，为改善城镇居民居住条 件，各地大规模建造单元式居民楼，在居住条件大幅度改善的同时，室内空气品质却 不断恶化。引起居室室内空气污染最主要原因是由于不良装修，即在装修过程中使用 了含有大量有害物质如甲醛、挥发性有机物等一些装饰材料。 目前我国室内空气污染研究包括以下几个方面： ( 1 ) 制定全面科学的室内空气质量标准由于我国室内空气污染问题只是近十 几年才出现，人们强烈意识到室内空气污染的问题并引起全社会广泛的关注也就是近 几年的事，国家还没有制定全面的法律、法规。我国对室内空气品质的问题已有较深 入的认识，而国际上的标准在实施过程中已经积累了许多经验和教训，我们完全可以 参照这些标准及实施的成熟经验，结合我国的国情，尽早建立起我国自己的、易于在 工程设计中操作执行的室内空气品质标准。 ( 2 ) 污染源控制这是我国目前室内空气污染研究的一个热点问题。大量文献 表明，在国内引起室内空气污染的最主要原因是出于装修过程中引起的各种各样的不 良建材，这些建材成为污染室内空气的污染物，例如，装修过程中使用的人造木质板 材中的甲醛；油漆、涂料中释放的有机物；某些石材中的放射性污染等。消除污染根 本的方法就是消灭污染源，但必须有相应的法规来保证。我国关于控制室内空气污染 源的法律法规还不完善，且距离全面实施尚需做长期和大量的工作。 ( 3 ) 室内各种污染物的监测方法检测室内空气污染物的方法有很多，国内目 前的检测技术条件可以基本上满足一些常见的污染物如：n o ；、c 0 2 、s 0 2 、甲醛、细 菌总数等的检测要求，大部分已有成熟的方法，但对于某些污染物，如可挥发性有机 物，还存在着些问题。目前国内对挥发性有机物的定性、定量主要是采用仪器法， 如色谱仪或更高级如色谱一质谱联用仪，还有以传感器技术为基础c c 勺各种测定仪，但 这些仪器要么操作复杂，检测过程繁琐，要么检测数据误差较大。因此，如何更方便、 快捷又准确的检测室内空气污染物，建立适合室内环境监测的方法还在进一步的研究 过程中。 ( 4 ) 建筑物综合症建筑物综合症在我国是近几年才引起广泛注意的，目前关 于这方面的研究还较少，大多数只是对综合症产生的原因及症状进行介绍。根据国外 文献，建筑物综合症主要出现在高层办公写字楼这样使用中央空调系统、人口密集、 长期封闭的环境中，其产生的重要原因就是建筑物新风量供给严重不足，造成室内空 气不新鲜，进而引起人体不适感，对于有空调的居室，当伴有充足的室夕卜空气迸入后， 硕：l 论文 室内窄气品质改善措施的研究 7 0 的循环使用空气刺人群不会造成不良的健康影响。具体来况就是对新风首先有量 的要求，同时还要有质的要求，即使用低污染的新风，而如何才能保证低污染的新风 正是目前暖通专业致力解决的问题。 ( 5 ) 空气净化技术这里的“空气净化”是广义的，是对包括尘埃粒子在内的 各种有害物的净化。由于目前许多室内环境已经处于严重污染状态，而且许多城市室 外空气污染也很严重，这时直接向室内送新风显然已经不能改善室内空气品质，相反， 可能还会进一步恶化室内空气，因此研究空气净化技术是非常必要的。 ( 6 ) 污染物对健康的影响 生物标示物的研究人们对室内空气质量的感知与许多因素有关，个人身体 状况、心理因素、经历等使得结果差异很大。在美国，山室内空气质量问题引起的纠 纷已上升为主要案件之一。生物标示物将更准确有效地反映出有关人员的暴露水平， 可以更科学地评价污染物的危害。 常规的方法包括选取一些典型环境，如复印室、计算机房等，对已有明显症状的 工作人员进行问卷调查，采集他们的血液等进行分析，确定合适的生物标示物，建立 科学的预警系统。 协同效应研究随着分析手段的进步，目前在有些环境可检测出的物质已有 数百种，它们浓度不同，对人体的毒性各异。研究工作包括两个方面：其一是对于引 起明显病症的空间，确定主要的污染物；其二是在检测出污染物浓度和种类后，建立 起对人体危害的预测模式。将各类污染物的毒性简单相加是最常用的处理方式，但各 类污染物之间的协同效应也时有发生，因此，还必须对这一现象做深入探讨。 1 4 本课题研究内容 随着对室内空气品质问题的深入研究，国内对该问题的重视程度已经达到了一个 相当高的程度，已相继颁布并实施的与室内空气中主要污染物控制有关的国家标准至 少有i o 部以上，主要有居室空气中甲醛的卫生标准、住房内氡浓度控制标准、 室内空气中二氧化硫卫生标准、室内空气中二氧化碳卫生标准、室内空气中可 吸入颗粒物卫生标准、室内空气中氮氧化物卫生标准以及室内空气中细菌总数 卫生标准等等，2 0 0 3 年3 月1 同，我国正式颁布和实施了室内空气质量标准， 标志着我国室内环境标准日趋完善，表1 3 是我国近年来颁布执行的室内污染物检测 内容和标准。可以认为我国的暖通空调工程实践已经到了必须同时确保室内空气品质 达标的时候了。 硕l 论文 室内卒气品质改善拈施的研究 表13 f 5 1 我国已颁布执行的室内污染物检测内存和标准 物质名称晟高允许浓度检测标准 甲醛 o 0 8 m g m g b t 1 6 1 2 7 氡 1 0 0b q m 3 ( 新建房)g b t 16 1 4 6 2 0 0 b q m 3 ( 己建房) 蓉 o 0 9m g m 。 卫法监 2 0 0 1 1 2 5 5 号 氮氧化物0 1 0m g m 3g b t 17 0 9 6 二氧化碳o1 0 ( 2 0 0 0 m g m 3 ) g b t 1 7 0 9 4 二氧化硫0 1 5m g m g b t 17 0 9 7 细菌总数4 0 0 0 c f u m 2g b t l7 0 9 3 可吸入颗粒物0 1 5m g m 3g b t 17 0 9 5 提高室内空气质量最直接的方法就是加大新风量，但这将大大地增加空调的能 耗，况且，新风清洁程度近来也受到人们的关注，根据国家环保部门最新统计，1 9 9 9 年我国3 3 5 个实行大气监测的城市中，只有1 11 个达到国家二级标准，占监测总数的 1 3 ，这说明我国城市室外大气污染仍处于较重的状态。据世界资源研究所等机构于 1 9 9 5 、1 9 9 8 两次对世界十大污染城市排名，我国分别占了8 个和9 个。工厂排出污 染未得到有效治理，汽车等所排出的有害气体_ i _ f 逐渐增多。这导致在有的地区，室外 空气中的某些有害物的浓度已超过了室内的允许浓度，九月份南京市内部分市区连续 几天的恶臭气味就是例证。在这种情况下，如果直接把新风引入室内，那结果可能是 进一步恶化了室内空气。在上述情况下，如何保证室内的空气品质是值得深入研究探 讨的。本文围绕这些问题开展了研究，所做的主要工作有以下四个方面： 1 阐述了目前改善室内空气品质的措施并提出了一种带有活性炭吸附段的全空 气空调系统： 2 用活性炭吸附化学有害物技术在工业应用方面已相对成熟，但将活性炭制成 较薄的吸附层，并用来吸附民用建筑通风空调中遇到的低浓度的有害物尚缺乏技术数 据，本论文将通过实验完成部分工作； 3 对所改进的全空气中央空调系统进行可行性分析，包括理论分析以及经济性 比较，并通过一个工程实例来论证它的可行性，用模糊数学的方法对其进行综合评判； 4 建立系统i a q 方程模型，提出一种基于室内空气品质的需求控制新风量的控 制策略。 埘f j 论文 室内窄气品质改善措施的研究 2 室内污染物的分类、来源及对人体健康的影 响 众所周知，民用建筑的数量、质量不断提高，住宅的保温、气密性增强，加之空 调的使用及室内装修村料的污染，致使室内空气质量恶化。摒文献报道，世界范围的 流行病发现，随着居住条件的改善，各类呼吸系统等疾病大量增加。特别是老人、婴 幼儿这些在室内居住时间相对较长的人群，北京、南京等城市都相继发生多起因有毒 建材急性中毒事件。室内污染已引起人们高度重视，因而认识室内主要污染物及其对 人体健康的影响，并积极采取措施预防，保障人体健康是当日口不可怠慢的问题。 2 。1 室内污染物的分类 空气污染可以有多种分类方式，文献【7 9 1 把室内空气的污染物分为四类，即微生物 粒子，可呼吸颗粒，气态物质污染及汽态物质污染。 广义上的污染物包括了固体颗粒、微生物和有害气体【1 引。 颗粒污染物根据其粒径的大小，分别会感染人体的呼吸道和肺部，在室内空气品 质方面应特别注意直径小于2 sum 的粒子。 微生物包括真菌、细菌和病毒。土壤、水体、大气、人体、动物、植物是微生物 的六大来源，当然它们互相之阳j 可以进行交换，再释放到空气中。微生物粒子对人体 的生命健康有着极其重要的作用，微生物及它们的副产品可引起过敏、头疼、乏力、 肺炎、哮喘等健康疾病，病毒和致病菌会传染疾病。 气( 汽) 态污染物的污染主要是来自室外的空气及居室内厨房油烟、装饰装修材 料，常见的气态污染物是臭氧、一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳及各种挥发性有机化 合物等。一般认为它们会对人体的呼吸系统、心血管系统及神经系统有较大影响，甚 至有些还会致癌。 2 2 室内污染物来源及对人体健康的影响 环境中污染气体、有毒物对人体健康的影响见表21 。 堡j ：丝兰窒宣至竺些堕塾董苎堕堕型塑 污染物名称来源与产量 分布对人体的主要影响 甲醛建材、粘合剂空气 刺激眼睛、呼吸道可疑致癌物 氨建筑用防冻剂、水泥 空气头痛、疲劳、厌食 草强剂 苯油性涂料、粘结剂空气致癌 氡石材空气肺癌 t v o c建材、装饰装修材料空气大多有毒性部分列为致癌物 硫氧化合物含硫燃料大气和水心肺疾病、呼吸系统疾病 全球总量1 5 1 0 8 t a 氮氧化合物燃烧过程局部大气急性呼吸道病症 全球总量5 3x 1 0 7 t a 臭氧汽车尾气局部大气刺激眼睛、哮喘病 光化学反应 一氧化碳燃烧不完全局部大气血红蛋白降低、缺氧、煤气中 全球总量约7 5 毒 1 0 s t a 粉尘( 飘尘)燃料、工业过程空气影响肺问经组织、支气管炎等 灰化、运输等 硫化氢工业过程局部大气影响呼吸中枢、烦恼、疲劳 燃料燃烧 多环芬香烃有机物、汽油、煤油、空气、水、引起皮肤癌、肺癌、胃癌 ( r a h )香烟、冶炼、化工等 食物 2 3 室内空气主要污染物及其部分性质 2 3 1 室内主要污染物 按照污染源散发污染物及典型室内空气调查结果归纳出室内主要污染物有： ( 1 ) 挥发性有机化合物( v o c ) ； ( 2 ) 甲醛： ( 3 ) 氨气； ( 4 ) 颗粒污染物( 悬浮粒子和微生物，主要指空气动力当量直径j 0 “1 2 1 的粒 硕l 一论义 室内窄气品质改善措施的1 i j f _ 究 子，包括香烟、人为活动产生尘埃、细菌和花粉等) ( 5 ) 氡及其衰变子体： ( 6 ) c o 和c 0 2 ； ( 7 ) n o 。、s o 。及0 3 。 2 3 2 二氧化碳 c o ：是人们最熟悉的气体，是评价室内和公共场所环境空气卫生质量的一项重要 指标。 ( 1 ) 室内c 0 2 来源及c 0 2 平衡 人体呼出居室中的污染之一是人自身排出的c 0 2 。一个人每天夜里按l 卟计 算，要排出2 0 0 3 0 0 l 二氧化碳，一夜之后室内的二氧化碳是室外的3 7 倍，若是 多人房间则更为严重，加之室内通风不良，有助于细菌的滋生及空气中负离子的减少， 人往往会感到疲倦与烦躁。 燃料燃烧，烹饪重污染可能性最大的地方是烧火做饭的厨房。煤、柴、油、 气体燃料燃烧时在通风不良的情况下，释放出的一氧化碳和二氧化碳有时会超过空气 污染严重的工业地区。 吸烟每吸一支烟就有1 3 0 r a g 的c 0 2 产生。 生物发酵及植物呼吸在潮湿的环境中，生物秸秆等废弃物在微生物的作用下 均能释放c 0 2 。植物呼吸放出c 0 2 ，但植物的光合作用会吸收c 0 2 ，故大自然中的 c 0 2 浓度基本保持平衡。近来由于生态环境的恶化，c 0 2 浓度有缓慢上升趋势，大气 中过多的c 0 2 会阻止地面热量向空中散发，致使地球表面温度上升，称为温室效应。 其结果引起气候异常，灾害连生、海平面升高，使地球沙漠化面积继续扩大。 ( 2 ) c 0 2 对人体健康的影响c 0 2 属呼吸中枢兴奋剂，为生理所需，室内c 0 2 受人群、容积、通风状况、人群活动的影响，c 0 2 浓度超出一定范围后会对人体产生 危害，且存在协同作用，c 0 2 浓度增加与室内细菌总数、c o 、甲醛浓度呈平相关， 使室内空气污染更加严重。 据调查和检测，冬季放暖气的教室，四五十人上课，不丌窗，两个小时后，c 0 2 浓度上升，并缺氧，导致学生精神不振，困倦、严重的胸闷、气短、头昏、头痛、机 体免疫力下降，严重影响了学生的学习效果。 室内二氧化碳浓度在0 , 0 7 ( 1 4 0 0 m g m 3 ) 以下时属于清洁空气，此时人体感觉 良好；当二氧化碳浓度在o 0 7 0 1 ( 2 0 0 0 m g m 3 ) 时属于普通空气，个别敏感者 会感觉有不良气味；当二氧化碳浓度在0 1 一o 1 5 ( 3 0 0 0 m g m 3 ) 时属于临界空气， 室内空气的其它性状开始恶化，人们开始有不舒适感；当二氧化碳浓度达到0 2 9 堡：! 堕兰 至宣室兰曼堕墼量丝塑些型塑一 ( 4 0 0 0 m g m 3 ) 时，室内卫生状况明显恶化：二氧化碳浓度在o 3 ( 6 0 0 0 m g m 3 ) o 4 ( 8 0 0 0 m g m 3 ) 时人呼吸加深，出现头痛、耳鸣、脉搏滞缓等其它症状。 ( 3 ) c 0 2 污染控制 节能：减少矿物燃料的消耗，以减少c 0 2 排放。 加强室内通风量。 增加绿化面积，充分利用植物的光合作用。 ( 4 ) 卫生标准我国室内空气中c 0 2 卫生标准规定r 平均最高容许浓度为0 1 0 ( 2 0 0 0 m g m 3 ) ( g b t 1 7 0 9 4 1 9 9 7 ) 。公共场所卫生标准规定c 0 2 浓度不超过o 0 7 t 0 1 5 ( 依场所而定) 。 2 3 3 挥发性有机物( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ，简称v o c ) 挥发性有机化合物的污染在联合国1 9 9 1 年通过有关v o c 跨国大气污染议定书 后受到格外关注【3 ”。建筑材料所散发出的v o c 是产生“病态建筑综合症”( s b s ) 的 主要因素。v o c 是指环境监测中以氢焰离子检测器测出的非甲烷烃类检出物总称， 其中包括含氧烃类、含卤烃类、广义场合包括甲烷、丙烷、氯烃、氟烃及醇、醚、酯、 酮、醛等含氧烃，胺等含氮烃，二氧化硫等含硫烃。 ( 1 ) 来源 室内v o c s 来源不仅受室外空气污染的影响，还主要与复杂的室内装修材料、室 内污染源排放、人为活动等密切相关。洋见表2 2 ： 表2 2 室内v o c s 污染物来源 来源排放说明 室外室外、汽车污室外污染空气扩散到室内 染汽车尾气排放占室内芳香烃、烷烃的5 0 以上 取暖、烹饪燃烧煤、天然气、液化石油气产物以及烹饪油烟 吸烟吸烟烟雾与室内萜烯类有良好相关性 室内室内接触苯的1 5 来自烟雾，而且尼古丁污染严重 装修材料、家涂料、人造板、壁纸、木材防腐剂、地毯 且 生活用品家用电器、r 用化学剂( 清洁、消毒、杀虫) 、打印 机等、干燥剂、胶水、织物、化妆品 ( 2 ) 室内有机污染物对人体健康的影响 室内空气中的有机物对健康的影响的各种反应包括厌恶感，如气味和感官刺激 0 堡：! ：堡塞 皇堕至皇曼堕垦董堂堕堕堕! ! 一一 ( 它们通过毒性反应可改变或二f 扰器官的正常功能或损伤组织) 以至基因毒性作用。 这些影响具有不同的时m 特征，从急性气味感觉到随后的适应t 接触时间越长，刺激 反应越重，随着接触的累积，基因毒性的反应表达推迟。同样感觉效应有一个闽值， 低于闽值则不起反应，这也同样适于组织和器官系统的大多数毒性作用，但是普遍认 为基因毒性的作用不存在这样的闽值。 总体上说，室内有机化合物的影响可分为三种类型：气味和其它感觉效应如刺 激作用；粘膜刺激和系统其它毒性导致的病态；基因毒性和致癌性p “。 ( 3 ) 控制方法 室内v o c 的控制可采用烘烤法，因高温可加速v o c 的挥发，加强通风和使用 空气净化器可有效地去除v o c ，使用活性炭来吸附v o c 能取得较好的效果，活性炭 对浓度在1 0 0 m g m 3 左右的v o c 有较好的净化效果，使用周期在1 0 0 0 h 以上，另外 光催化技术控制室内的v o c 已取得较大进展。 ( 4 ) 浓度限值：德国学者b e r n ds e i f e r t j 于1 9 9 0 年推荐了一套v o c 的室内空气 浓度指导限值，t v o c 为3 0 0 ug m 3 ( 见表2 4 ) 表2 4s e i f e r t 推荐的室内空气v o c 浓度指导限值( 1 9 9 0 年) 。 v o c 的化学分类推荐限值v o c 的化学分类推荐限值 ( 质耸浓度) ( g m 3 )( 质话浓度) ( u n 1 ) 烷烃1 0 0酯类2 0 芳烃5 0醛和酮。2 0 萜烯3 0其它化合物5 0 卤代烃3 0t v o c3 0 0 单个化合物的质鼙浓度不超过所属分类的5 0 ，也不超过t v o c 的1 0 ：不适用丁 致癌性化台物的评价。 不包括甲醛。 我国室内空气质量卫生规范中，规定室内空气中v o c 浓度限值为6 0 0 ug m 3 。 ( 5 ) 目前室内污染水平 目前国内对室内总挥发性有机化合物( t v o c ) 的监测极少。白郁华等人于1 9 9 7 年3 6 月对北京大学园区室内空气污染进行了综合调查，发现室内总挥发性有机化 合物的平均含量为0 8 6 p p m ( 4 0 次测量平均值) ，含量范围在0 3 1 3 9 1 p p m 之间。 婴土堡= ! ! ! ；窒塑! 釜曼堕垦墨堂塑塑婴塑 3 提高室内空气品质的手段 提高室内空气品质要做到标本兼治，控制污染源，防止室内污染物产生和室外污 染物侵入是改善1 a q 的根本，丽改进暖通空调系统的设计和运行则是提高 a q 的保 证。 3 1 污染源控制 众所周知，消除或减少室内污染源是改善室内空气品质，提高舒适性的最经济最 有效的途径。污染源的控制包括三个方面：室内、室外和空调系统。 室内空气异味是“可感受的室内空气品质”的主要因素。控制异味的来源，减少 室内低浓度污染源，应减少吸烟和室内燃烧过程，减少各种气雾剂、化妆品的使用等， 更重要的是控制能够给环境带柬污染的利料、家具进入室内，而源头控制的策略，主 要是选择和开发绿色建筑装饰材料，绿色建材( g r e e nb u i l d i n gm a t e r i a l s ) 又称为生 态建材等，是指采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固态 废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。 自德国使用环境标志“蓝天天使”以来，世界上已有2 0 多个圉家和地区对建筑装饰 材料实行环境标志制度，我国1 9 9 3 年开始实行环境标志制度，这些制度和标准的制 定，有效地控制了建材散发出的污染物。在污染源比较集中的地域或房问，采用局部 排风或过滤吸附的方法，防止污染源的扩散。 对于室外污染源，以国家治理为主。包括制定法规对汽车尾气排放的限制，减少 燃煤锅炉的使用，增加天然气的使用等。另外还可以利用一些先进技术对室外污染物 进行消除，如日本有一种光催化涂料，可以涂在建筑物表面，利用太阳光分解室外空 气中的氮氧化物和s 0 2 。 对于空调系统自身产生的污染源，只能通过加强系统维护和管理来实现，如定期 清洗或更换空调箱中过滤器，清沈表冷器和凝水盘等，克服空调系统只用不管或轻视 管理的倾向。诸多的研究报告指出：将近8 0 的建筑物成为病态是与不良的维护管理 有关【7 1 。 塑：! 堡奎 皇堕室! 璺垦垫董堂塑堕塑! j 一 3 2 暖通空调系统的设计和运行 3 2 1 要在设计规范中明确有关室内空气品质标准的条款 将有关室内空气品质的条款写入标准、规范，尤其是暖通空调方面设计规范是实 施改善室内空气品质的重要依据”引，尽管美国a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 成为人们达到 可接受的室内空气品质的最为熟悉的指南，它几乎被所有的建筑法规采用，也被绝大 多数工程师作为通风空调系统的设计基础，但是各国的国情不同，室内污染物的特点 也不同，而且认识程度和技术措施也不断进步。基于这种形势，世界主要工业国家都 尽快引用最新的科研成果来制定或修订室内空气品质标准。标准毕竟是强制性法规， 具有指令性作用，至少能为设计方、施工方、供货方提供依据，也可以为业主和大楼 租赁者提供更多的综合信息，- 对改善室内空气品质起到了重要作用。我国相继颁布实 施的g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 “民用建筑工程室内环境污染控制规范”以及g b 5 0 3 2 7 2 0 0 1 “住 宅装饰装修工程施工规范”等国家标准均规定了部分室内污染物的允许浓度。 确定最小通风量是标准的核心。它是根据人的生理需要、公众主观评价和专家审 定而确定的。主要用于除去或稀释可影响到室内空气品质的化学、物理和生物的污染 物，不涉及到热舒适。最小通风量是达到可接受的室内空气品质的重要手段。 充足的新风量可以始终保持室内具有良好的空气品质，是改善住宅室内空气品质 的关键。s u n d e l l 教授对瑞典1 6 0 幢建筑进行了研究，发现新触量越大，发生建筑病 态综合症的风险越小( 两者关系如图3 1 f 6 】所示) 。 新风量i l l ( s 人) 图3 1 新风量与建筑病态综合症徊】的关系 我国国家标准g b j l 9 8 7 “采暖通风与空气调节设计规范”中规定的最小通风量 要比美国a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 的小得多，以办公室为例，a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 中为3 6 m 3 ( h 人) ，而我国的国家标准g b j l 9 8 7 中仅为1 7 m 3 ( h 人) 。随着科技的 发展，现代建筑中装潢材料、家具、用品、通风空调系统本身均为污染源，并且其气 硕一l 论文 室内卒气品质己 【善措施的研究 味强度远远超过人所产生的。因此标准应该承认建筑物污染，并将与建筑相关的污染 源和与人员相关的污染源区分看来，建立起相应的消除污染的两部分通风量，所需的 通风量是这两部分相应的通风量之和。在a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 r 中，认为房间最 小新风量由每人最小新风量指标r p ，与每m 2 地板所需最小新风量指标r b 之和确定。 以办公室为例，a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 r 中为r p = 1 0 ，8 m ( h 人) ，r b = 1 2 6 m 3 ( h 。 人) ，最小新风量= 人数+ r p + 地板面积+ r b 【l ”。而我国国家标准采暖通风与空气调节 设计规范征求意见稿在新风量及室内有害物浓度的限定方面采用“参照相关国标” 的方法加以规定，令设计人员无从掌握、执行，有待进一步明确条款，便于工程实施。 3 2 2 合理发挥新风效应 但是要有效的发挥新风效应，既要注重新风的量，更要注重新风的质，应引入低 污染的新风，同时减少或者消除新风处理、传递和扩散过程中的污染。为此要做到以 下几点：合理选择新风口的位置；加强新风过滤，改变通常只作粗效过滤的做法， 至少要做到对新风进行初、中效两级过滤；必要的其它污染物去除；提倡新风直 接入室，缩短新风年龄，减少途径污染。入室新风年龄越小，途径污染越少，新风品 质越好，对人的健康就越有益。 3 2 3 合理的气流组织形式是解决室内空气品质的有效措施 合理的气流组织即是合理布置送排j x l 口，充分将新鲜空气送入工作区，减少送风 死角，以提高室内的换气效果，充分稀释室内污染物浓度，从而提高空气品质。 3 2 3 1 普通送风方式中经常存在的问题 在传统的空调设t 中，设计者往往仔细计算房间的通风量，但容易忽视室内气流 组织问题，从而导致室内空气的分布不合理。仅仅通过提高新风的比例，还不能完全 解决问题，根据统计，有很多的通风房间，室外送入的新风仅有1 左右被人体所利 用，而其余的则用来稀释室内非工作区的污染物，然后排出室外，在这种情况下，即 便是提高新风比也没有意义【l 。例如：1 9 8 4 年，在成都和青城山的两个大型计算机 房内，有相当的工作人员反映有头昏、胸闷、恶心和神经衰弱等症状，开始以为是新 风量不足，但经过认真测量，每人约合7 0 1 0 0 m 3 h 新风，显然新风量是足够的 2 8 1 。 还有一例：r m e n z i e s 等人曾对两座办公楼( 属健康建筑) 做过问卷调查，结果表明， 在新风量为3 4 m 3 h 人时，有症状显示者占7 1 2 1 4 9 ，而当新风量为8 5m - 堡! ：堡兰奎堕! 墨曼堕堕董堕堕塑型垒 人时，仍有1 i 1 45 的人有症状显示。这说明有时候单纯的增加新风量可能解 决不了问题，关键还是要看新风的利用率。 在通风量有限的情况下，根据不同房问的不同情况，采取相应的气流组织形式， 把室外的新鲜空气送到人员的呼吸区，将室内人员呼吸区已被污染的空气快速、有效 的稀释或转移，使之达到人的生理卫生需要，是目前亟待解决的问题。 3 2 3 2 置换通风 置换通风的气流分布方式如图3 2 所示f 6 9 】。置换通风的送肛l 装置布置在近地面处， 新鲜空气以低速送入工作区( o 0 3 0 2 m s ) ，送风温度与室温温差为2 4 。新鲜 空气沿地面扩散，由于低风速低紊流度的特性，室内空气极少掺与其中。新鲜的冷空 气随着室内热源( 人体或热设备) 向上部提升而被热源所污染的空气由新鲜空气推向 顶部。室内空气由于密度差而形成分层现象，下部为清洁的新鲜空气，上部为浑浊的 热空气，这就使处于工作区的室内人员能及时呼吸到新鲜空气。 图3 2 置换通风的气流分布 置换通风系统造成了室内空气环境的如下特点【3 4 1 1 3 5 1 1 6 7 】1 7 0 1 ： ( 1 ) 室内温度和污染物浓度分布成层状( s t r a t i f i c a t i o n ，底层为低温空气区，也 是人的停留区，污染物浓度最低，空气的品质最好；顶部为高温空气区，余热和污染 物主要集中于这里，温度最高，污染物的浓度也最高，然而，无沦在低温区还是在高 温区内，温度梯度和污染物的浓度梯度均很小，整个区内均匀平和。在低温区和高温 区之间有一过渡区，此区的高度虽然很小，然而温度梯度和污染物的浓度梯度却很大， 空气的主要温升过程在此区内实现，此区被称为温跃区( t h e r m o c l i n e ) 。 ( 2 ) 室内空气的流动速度低，速度场平稳，呈层流或低紊流状态，首先因为以 微风速送风，送风区内无大的空气流动，在微弱的压差作用下，新风慢慢弥漫房间的 底部区域，吸收余热，再以自然对流的形式向上慢慢升起。 ( 3 ) 污染物在人停留区不扩散，由于室内无大的空气流动，污染源不会横向扩 硕1 j 论文 室内空气品质改善措施的研究 散，而被上升的气流直接携带到上部的非人活动区。 实验和实践证明在相同的送风量情况下，置换通风方式改善室内空气品质的效果 最好，尤其是在高大空间建筑中，无论是在空调效果和节能方面都有显著的优势。但 是在普通的房间，这种通风方式在有些方面还有待探讨。首先，送风风速极低，在风 量定的情况下，出风口的尺寸就必须扩大，这种大风口与普通房问是否匹配，会不 会影响房阳j 的使用就成了问题。其次，房阳j 的热、湿负荷是一定的，由于送风温差的 减小，送风量必然要加大。最后，由于置换通风中有的直接利用架空的地板空间做静 压箱，扬尘的问题不可避免。这些问题都阻碍了置换通风技术的推广。 3 2 4 将净化技术引入h v a c 系统的设计中 从直觉上看，通风可明显降低室内污染物浓度，这对阳j 断性污染，如吸烟、使用 煤气等确实很有用，但是，对于连续不断产生的污染问题就不一样了。对甲醛污染源 而言，其释放率是挥发压力梯度或空气空间中的甲醛值的函数，通风使该值降低，而 释放量却增加了。增加的释放速度部分抵消了稀释和清除的降低值，因此，其效率大 大低于污染为间歇性的、释放量恒定的情况。 加大新风量虽然可以改善室内空气，不过随之而来的是巨大的能耗，况且在许多 城市旱室外空气的品质超过了室内允许的标准，这时如果向建筑本身送室外空气，则 会增加室内某些污染物的污染水平，此刻就必须除去污染物了。目前市场上就出现了 不少能去除有害气体的室内空气净化器 5 6 5 7 1 ，其主要由两部分组成，一部分为消除 可吸入颗粒物的过滤段，用中效以上的过滤器制作；另一部分为消除有害气体的净化 段，按照作用原理不同，净化段又分为吸附型和光催化型两种。 3 2 4 1 吸附式净化方法 使用吸附原理净化空气是一项历史悠久的技术，吸附是由于吸附剂和吸附质分子 间的作用力引起的，这些作用力分为两大类物理作用力和化学作用力，它们分