（热能工程专业论文）北方地区高校教室内空气品质研究.pdf

哈尔滨t 程大学硕士学位论文 摘要 建筑室内环境是人们接触最频繁、最密切的外环境之一，室内空气品质 问题近几年来倍受人们关注，人们已经认识到研究改善室内空气品质的重要 性和迫切性。高校教室是教师传授知识的地方，也是大学生获取知识的主要 场所，学生一天中有近一半的时间在教室内度过，因此研究教室内的空气品 质、改善教室内空气环境，对提高教师和学生的身心健康具有重要的意义。 本文采用现场测试、问卷调查和数值模拟等方式对哈尔滨市某高校教室 内空气品质迸行了研究。本文的主要工作包括：采用数理统计方法对客观测 试数据进行分析统计，对不同室内状态下各种污染物浓度变化规律以及影响 因素进行了比较分析；制定教室内空气品质问卷调查表，进行问卷调查，分 析得出主观调查结果；采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法，对教室内 空气品质进行了评价；采用a i r p a l 【计算软件对夏季自然通风状态教室内流场 迸行数值模拟，了解分析室内人员密度、通风窗口数量和位置不同对室内温 度、c 0 2 浓度、空气龄、p m v 和p p d 等指标的影响规律。 结果表明：在采暖季二氧化碳是影响高校教室内空气品质最为重要的指 标之一，室内人员密度过大和通风不足是造成二氧化碳浓度偏高的主要因素， 并且教室内空气品质的主观调查结果和客观测试的分析结果相一致；评价得 出在采暖季和非采暖季，教室的空气质量自习状态优于上课状态；室内人员 密度和窗口位置对室内气流分布和c 0 2 浓度扩散具有较大程度的影响。 本文研究成果对了解和改善北方地区教室内空气品质具有参考价值。 关键词：教室内空气品质；测试；问卷调查；评价方法；自然通风；数值模 拟 堕笙蓬王壁丕堂堡堂堡堡茎 a b s t r a c t b u i l d i n gi n d o o re n v i r o n m e n th a sb e e no n eo ft h eo u t e re n v i r o n m e n t sp e o p l e c o n t a c tm o s tf r e q u e n t l y s or e s e a r c h e so ni n d o o ra i rq u a l i t yh a v ea t t r a c t e dm o r e a n dm o r ep e o p l e si n t e r e s ta n dt h ei m p o r t a n c ea n dn e c e s s i t yo ft h er e s e a r c h e s h a v eb e e nr e a l i z e d t h eu n i v e r s i t y sc l a s s r o o mi sn o to n l yt h ep l a c ew h e r e t e a c h e r sh a v el e s s o n s ，b u ta l s ot h em a i np l a c ew h e r es t u d e n t sa c c e p tk n o w l e d g e s t u d e n t ss p e n da l m o s th a l fd a yi nt h ec l a s s r o o m t os t u d yt h ei n d o o ra i rq u a l i t y a n di m p r o v ei n d o o ra i re n v i r o n m e n to fc l a s s r o o mh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ei n e n h a n c i n gp h y s i c a l l ya n dm e n t a l l yh e a l t h yo ft e a c h e r sa n ds t u d e n t s l i v et e s t s ，q u e s t i o n n a i r e sa n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n sw e r ee m p l o y e di n t h i s t h e s i st os t u d yt h ei n d o o ra i rq u a l i t yo fu n i v e r s i t y sc l a s s r o o mi nh a r b i n m a i n w o r k sa r ea sf o l l o w s c o u n tt h et e s t i n gd a t ab ym a t h e m a t i c a ls t a t i s t i cm e t h o d c o m p a r ea n da n a l y z et h ev a r i a t i o nl a wa n da f f e c t i n gf a c t o r so ft h ec o n t a m i n a t e c o n c e n t r a t i o na td i f f e r e n tr o o mc o n d i t i o n s m a k eq u e s t i o n n a i r e so fc l a s s r o o m i n d o o ra i rq u a l i t ya n dp e r f o r m ，s u b j e c t i v es u r v e yr e s u l t sw e r ea n a l y z e d t h e e v a l u a t i o no ft h ec l a s s r o o mi n d o o ra i rq u a l i t yw a sd o n eb yg r e ys y s t e m a t i c a l t h e o r ya n dg r e yr e l a t e da n a l y s i s f l o wf i e l di nt h ec l a s s r o o mu n d e rn a t u r a l v e n t i l a t i o ni ns u m m e rw a ss i m u l a t e du s i n g 加r p a l 【s o f t w a r e t h ec h a n g i n gr u l e so f i n d o o rt e m p e r a t u r e s ，c 0 2c o n c e n t r a t i o n ，i n d o o ra i ra g e ，p m va n dp p di nt h e c i r c u m s t a n c e so fd i f f e r e n tp e r s o nd e n s i t y ，n u m b e ra n dp o s i t i o no fw i n d o w sw e r e k n o w nf r o mt h ea n a l y s e t h er e s u l t si n d i c a t et h a tc a r b o nd i o x i d ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti n d e x e s i n f l u e n c i n gt h ec l a s s r o o mi n d o o ra i rq u a l i t yi nh e a t i n gs e a s o n a n do v e ri n d o o r p e r s o nd e n s i t ya n di n s u f f i c i e n tv e n t i l a t i o na r et h ef a c t o r sf o rh i g hc a r b o nd i o x i d e c o n c e n t r a t i o na n dt h er e s u l t sf r o mq u e s t i o n n a i r e sa g r e ew i t ht h eo n e sf r o mt e s t s b o t hi nh e a t i n ga n dn o n h e a t i n gs e a s o n ，t h ee v a l u a t i o nr e s u l t ss h o w st h a tt h e i n d o o ra i rq u a l i t yi sb e t t e rw h e nt h e r ei sn ol e s s o ni nt h ec l a s s r o o m t h ei n d o o r 哈尔滨工程大学硕士学位论文 p e r s o nd e n s i t ya n dw i n d o wp o s i t i o nh a v eal a r g e ri n f l u e n c eo nt h ef l o wf i e l da n d c a r b o nd i o x i d ec o n c e n t r a t i o ni nt h er o o m a l s o a i lt h er e s u l t sp r e s e n t e di nt h i s t h e s i sc a r lb ear e f e r e n c ef o rk n o w i n ga n di m p r o v i n gt h ei n d o o ra i rq u a i i t yi n n o r t h e r na r e ac l a s s r o o m k e yw o r d s ：t h ec l a s s r o o mi n d o o ra i rq u a l i t y ；t e s t ；q u e s t i o n n a i r e ；e v a l u a t i o n m e t h o d ；n a t u r a lv e n t i l a t i o n ；n u l l 2 e r i c a ls i m u l a t i o n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明。 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用己在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：岱。盔砬作者( 签字) ：伍l 盈触 日 期：砷年j 月石目 哈尔滨工程大学硕十学位论文 1 1 课题研究的背景 第1 章绪论 早在2 0 世纪初，人们已经开始采用通风的方式来改善室内空气环境。后 来，制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但2 0 世纪7 0 年代 的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严峻的考验，节能 降耗成为空调系统设计的关键环节【”。人们一方面提高建筑物的气密性和热 绝缘性，同时降低室内最小新风量标准，使室内有害污染物由于得不到新风 稀释而浓度增高；另一方面，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) 的装修材料，致使挥发性有机化合物气体大量散发， 严重恶化了室内空气品质( i n d o o r a i rq u a l i t y ，i a q ) ，进而导致了长期在室内 工作的人们出现了病态建筑综合症s b s ( s i c kb u i l d i n gs y n d r o m e ) 【2 l 。大量的 调查分析表明s b s 问题主要是由于室内空气品质不佳引起的【引。 目前，室内空气品质问题日益受到人们的关注，尤其是近几年来，人们 更加感到研究室内空气品质的重要性和迫切性。室内环境是人们接触最频繁、 最密切的外环境之，人类大约有8 0 的时间在室内度过，室内空气的质量 对人体健康的影响极为重要【4 】。 在我国，对于室内空气品质研究主要集中于高层普通住宅和办公楼类型 的公共建筑【5 j ，而对于高等学校教学建筑室内空气品质的研究比较少。以往 对教育建筑的研究主要集中在校园的总体规划与外部环境设计，侧重于大学 校园总体形态的构成机理、校园中心空日j 的形态环境规划以及艺术设计等， 在教学建筑的单体设计中比较注重艺术造型设计和教室的视环境和声环境设 计，而忽视了对室内空气品质的改善和提高。又由于高校多数建筑为早期建 筑以及教室使用人数的不确定性等原因，使得教室内不可能安装空调，造成 了炎热地区夏季教室室内温度过高，通风不良；寒冷地区冬季非采暖教室寒 冷，采暖教室闷热、室内空气品质差等状况，结果不但降低了教室内的环境 质量，最终也影响了学校的教学效果。 对于我国高校教学功能单元主要包括普通教室、阶梯教室、实验室，图 哈尔滨丁稃大学硕一 = 学何论文 书阅览室和专用教室等1 6 】。其中普通教室是学生学习的主要场所，据统计学 生大约有6 0 的时间呆在这类教室中 ”。在我国自然通风是普通教室主要通 风方式，目前仍有8 0 的教室特别早期修建的教室完全采用自然通n , t 踟。自 然通风可向室内提供新鲜、清洁的自然空气，稀释污染物浓度，提高人体舒 适感，有利于人的生理和心理健康，满足人和自然交往的心理需求，而且可 以改善室内热环境和室内空气品质1 9 j ；然而，自然通风又是难于进行有效控 制的通风方式。 到目前为止，许多建筑师在对教学楼和教室进行设计时，对建筑造型、 采光、隔音方面考虑较充分，但对自然通风教室室内空气质量和学生的热舒 适性考虑却不多。尤其对于北方地区高校，寒冷干燥的气候特点使自然通风 这种节能方式是否是以牺牲学生热舒适性为代价成了教室自然通风设计时面 临的尖锐问题。随着人们对健康节能通风方式的愈加重视，这个问题越发显 得突出。室内空气品质的好坏直接影响到学生的学习效率以及生理、心理的 健康。 因此，结合北方气候条件对北方高校教室的室内空气品质进行测试研究， 并完成主客观评价，同时对典型教室内污染物分布和热舒适性进行数值模拟， 进而分析影响室内环境的主要因素，对北方地区公共建筑室内空气品质的研 究具有较高的现实意义和实用价值。 1 2 国内外室内空气品质研究状况 1 2 1 国外室内空气品质研究现状 国外对室内空气质量方面的研究已经开展多年。采用科学的方法对待室 内空气质量问题的历史至少可追溯到2 0 世纪上半叶1 5 1 。随着呈病态建筑物综 合症( s b s ) 症状的人数急剧增加，国外众多机构投入了大量的人力和财力来 从事室内环境问题的研究和开发工作。由于室内污染物的多样性、微量性和 累积性，许多研究机构投巨资建立了专门用于室内环境研究的实验室，如美 国劳伦斯伯克利实验室、丹麦理工大学的室内环境和能源国际中心占据着此 领域的领先地位。 国外学者采用各种研究方法对室内空气品质进行了一系列的研究，目前 2 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 国外所从事的室内环境领域的研究开发工作主要集中在病态建筑物综合症的 成因及预防、室内环境污染与人类健康、人体热舒适、公共建筑室内环境数 值模拟等方面。其中丹麦技术大学和美国麻省理工大学在这方面做了较多的 研究工作。 丹麦技术大学p o f a n g e r 教授领导的微气候实验室在研究人体热舒适领 域取得了令人瞩目的成果。1 9 6 7 年f a n g e r 教授在k a n s a s 州立大学的实验数 据基础上，建立了著名的热舒适方程式1 1 0 i 1 9 7 0 年f a n g e r 以人体热平衡方 程及a s h r a e 七点标度为基础，提出了预测平均投票数指标和预测不满意百 分数指标【1 l 】；而且他还提出了个性化送风【1 2 l ，该方式可以同时满足良好的室 内空气品质要求及减少建筑能耗的要求。 美国麻省理工大学在室内环境数值模拟方面比较突出。在基础研究方面， s r c b f i cj 和c h e nq i n g y a n 采用c f d 技术进行了对室内空气流动的简化模拟 【1 3 】、室内外空气流动的大涡模拟【1 4 1 、建筑能耗的耦合模拟【1 5 】等，同时对置换 通风【1 6 l 、室内污染物散发1 1 7 】等进行了应用方面的研究。 另外，国外在空气品质研究方面还有一些其他研究成果，如： 荷兰学者k b i e r s t e k e r l l 8 j 等人进行了世界上第一个大规模的、系统的室内 与室外空气质量关系的研究。此研究表明室内与室外空气质量存在显著差异， 揭示出室内空气质量对人体健康的影响超过室外。 k r s m i t h l l 9 】等人对发展中国家的民居环境进行了调查分析，分析得出木 柴、薪柴和煤在灶坑和火炉中不完全燃烧发出的烟气，对健康影响巨大。 芬兰k y o s t ik h t o m a l 【i 1 2 0 j 等人对地下人防工程进行了调查研究，分析了 地下空间的热环境特点和影响空气品质的主要因素，并提出了改善措施。 m a t ss a n d b e r g i z l j 等人对六种布局不同、楼层不同的办公建筑为对象，调 查了夏季室内热环境，提出了采用通风降温方式的条件及建筑设计中应改进 之处。 m i g u e lv r 2 2 l 采用c f d 模拟了室内空气流动并指出它与室内空气品质的 关系。研究表明，有效的通风方式即可节约能源，又可满足热舒适性要求， 而且还能够驱除室内的污染物。 r e wt h o w a r t h 2 3 j 对通风的两个帽邻房间的气溶胶微粒分布进行了实验 和模拟研究。提出了在装有通风系统的两个房间内气溶胶微粒的沉积和分布 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 以及空气流动的c f d 分析方法。 在教室室内空气品质研究方面，欧美发达国家所做的工作较多，比较突 出的研究工作主要有：学者m u r r a y h o d g s o n 2 4 l 研究了教室内空气品质对老师 和学生的工作、学习效率的影响；c y s h a w 矧等人对高校冬、夏季教室的热 环境进行了测试，指出了影响教室内空气质量的主要因素；r a h m a n 等人f 2 6 】 对自然通风教室内学生的热舒适性进行了数值模拟，并分析了温度、风速和 相对湿度对热舒适性的影响，得出该地区自然通风状态下热舒适的温、湿度 及风速范围。 1 2 2 国内室内空气品质研究现状 我国对室内空气质量的研究起步较晚，而且在室内空气质量研究的深度 和广度上还很有限，大多数研究集中在对燃料燃烧、吸烟以及室内装修的防 治、对室内环境污染的治理、对人体的健康效应的评价以及对氡的检测等几 个方面的实验研究上，而对室内空气气流的运动状态和污染物在空气中的分 布的研究正处于刚刚起步的阶段。 目前，国内已有一些科研单位和大专院校开展了有关室内环境方面的研 究工作，如清华大学、湖南大学和同济大学在这方面做了较多研究工作。 清华大学的李先庭、赵彬等人对室内环境质量从不同方面进行了研究， 如建筑环境气溶胶颗粒的运动传播规律以及危害的评价 z t , 2 s l ，采用c f d 技术 对室内气流组织特性f 2 9 1 、污染物传播规律【3 0 1 以及置换通风【3 1 】等方面进行了数 值模拟研究。 湖南大学的李念平、张国强等人对城市人居环境进行了分析和研究 3 2 3 3 1 ， 主要开展了建筑装饰材料污染物散发规律研究【州，室内空气质量评价分析 3 5 州，自然通风与多元通风数值模拟1 3 7 1 等方面的工作。 同济大学的沈晋明，龙惟定教授等人对建筑病综合症 3 8 3 9 1 进行了探讨， 提出了改善室内空气品质的措施和方法【加】。而且阐述了通风空调系统对室内 空气品质的正面作用，提出了消除通风空调系统对室内空气品质负面影响的 一些措施【4 l 】。同时对某办公大楼进行测试，并对其内空气品质做出客观评价 【4 2 ，4 3 1 。 4 哈尔滨t 稃大学硕士学位论文 另外，国内在空气品质研究方面还有一些其他研究成果如： 白玮1 4 4 j 采用了实测数据对上海市六幢办公楼的室内空气品质环境作了 客观和主观两方面的评价，得出办公楼内仍然存在建筑病综合症。 王昭俊1 4 5 】等人对哈尔滨市2 个住宅小区的冬季的室内热环境与居民热 舒适进行了现场研究。得出了影响室内热环境及人体热反应的主要因素。 赵福云1 4 6 1 对住宅小区的三种不同入流角度下的风环境进行了数值模拟。 通过数值计算发现了不同入流角度下的街区涡流及气流流动状态。 林波荣【4 7 】对不同合院形式的中国传统四合院民居进行了研究，分析了院 落进深、面宽、楼层高度等建筑细节对四合院民居周围及院内风环境的影响。 对于教室室内空气质量的研究，国内主要采用实验测试和数值模拟方法。 其中比较突出的工作主要有：王洪光【4 8 j 等人对西安高校冬、夏季教室的热环 境进行了测试，并利用数值模拟从稳态和动态两个方面量化分析了教室热环 境状况；龚波【4 9 】对成都某高校新校区教学楼周围的风环境进行了数值模拟， 分析了风向及教学楼间距对教学楼周围自然通风引入的影响。 1 3 本课题研究的主要内容 本文所研究的内容基于中国a p e c 科技产业合作基金项目北方地区公共 建筑室内空气品质研究。哈尔滨市位于北方，其气候和建筑具有典型的北方 特点，因此，本文选择了哈尔滨市某高校教室进行了室内空气品质研究，通 过本文的研究成果使我们了解北方地区公共建筑室内空气品质状况，以便为 今后进一步改进北方地区公共建筑室内空气品质提供依据，本文的主要研究 工作如下： 1 本文采用现场测试方式对哈尔滨市某高校教室内空气品质进行了分析 研究。首先采用数理统计方法对客观测试数据进行了分析统计；其次在不同 室内状态、不同时间的条件下，对各种污染物浓度变化规律进行了比较分析， 包括教室自习与上课状态各项指标的对比，教室上课状态各项指标的分析， 教室内各单项指标的日、月、季节变化情况等，同时也研究了室内人员密度、 通风状况与c o z 浓度之问的关系；并结合北方教室的特点，提出了改善教室 内空气质量的措施。 5 哈尔滨j ：稗大学硕+ 学位论文 2 本文制定了高校教室室内空气品质的主观问卷调查表，在客观测试的 同时进行了问卷调查，之后统计并分析结果； 3 采用了灰色系统理论的灰色关联分析方法，根据灰色关联矩阵提供的 丰富信息对采暖季和非采暖季教室内空气品质进行了评价； 4 在测试的基础上，采用a i r p a k 计算软件对夏季自然通风状态下教室内 流场分布以及c 0 2 浓度的分布及扩散情况进行了模拟计算，并对教室内典型 情况、室内人员密度不同、窗口位置不同条件下的室内温度、c 0 2 浓度、室 内空气龄、p m v 和p p d 等指标进行了对比分析。 1 4 本课题的研究方法 本文对教室内空气品质研究采用了现场测试、问卷调查和数值模拟相结 合的方法。 现场测试：现场测试是指对实际的室内环境进行测试，测试得到的是室 内环境的客观状态，并能够给出建筑室内环境最直接、最明了的状况，也是 室内环境控制手段优劣的最终评判。 问卷调查：问卷调查主要是使用者对室内环境的主观感受，在室内空气 品质主观评价中的观察值是由调查对象根据主观感觉评定的，不同调查对象 对同一空间的多重叠加物理环境评定比较一致时，该空间的空气品质的评价 结论比较可靠，反之则较差，所以在制定表格时，应该考虑多种因素对人员 主观的影响。 数值模拟研究：数值模拟方法与其他研究方法相比，具有节约人力、物 力、财力等的特点，不但可以大大缩短研究周期，而且可以多方面、全方位 地研究各种因素对室内环境的影响。 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章室内空气品质与人体健康 2 1 室内空气品质的定义 室内空气品质( i n d o o r a i rq u a l i t y ，i n o ) 是指在某个具体的环境内，空气 中某些要素对人群工作、生活的适宜程度，是为反映人们具体要求而形成的 一种概念印l 。良好的室内空气环境应是一个为大多数室内成员认可的舒适的 热湿环境，同时也能够为室内人员提供新鲜宜人、激发活力并且对健康无负 面影响的高品质空气，以满足人体舒适和健康的需要。 近2 0 年来，室内空气品质的定义经历了许多变化【5 l j 。最初，人们把室 内空气品质几乎完全等价为一系列污染物浓度的指标。近年来，人们认识到 这种纯客观的定义已经不能完全涵盖i a q 的内容。于是，对室内空气品质的 定义进行了不断的发展。 在1 9 8 9 年室内空气品质讨论会上，丹麦哥本哈根大学教授e o f a n g e r 提出：品质反映了满足人们要求的程度，如果人们对空气满意，就是高品质； 反之，就是低品质。英国的c i b s e ( c h a r t e r e di n s t i t u t eo fb u i l d i n gs e r v i c e s e n g i n e e r s ) 认为：如果室内少于5 0 的人能觉察到任何气味，少于2 0 的人感 觉不舒服，少于1 0 的人感到粘膜刺激，并且少于5 的人在不足2 的时间 内感到烦躁，则可认为此时的室内空气品质是可接受的【5 2 1 。这两种定义的共 同点是都将室内空气品质完全变成了人们的主观感受。 近年来，在a s h r a e 标准6 2 ，1 9 8 9 中首次提出了可接受的室内空气品质 ( a c c e p t a b l ei n d o o ra i rq u a l i t y ) 和感受到的可接受的室内空气品质( a c c e p t a b l e p e r c e i v e d i n d o o r a i rq u a l i t y ) 等概念1 5 3 j 。其中，可接受的室内空气品质的定义如 下：空调房间中绝大多数人没有对室内空气表示不满意，并且空气中没有己 知污染物达到了可能对人体健康产生严重威胁的浓度。感受到的可接受的室 内空气品质定义如下：空调房间中绝大多数人没有因为气味或刺激性而表示 不满。它是达到可接受的室内空气品质的必要而非充分条件。由于有些气体， 如氡、一氧化碳等没有气味，对人也没有刺激作用，不会被人感觉到，但却 对人危害很大，因而仅用感受到的室内空气品质是不够的，必须同时引入可 7 堕堡堡三堡奎堂堡主兰笪堡茎 接受的室内空气品质。 2 2 室内空气污染的特生 半个世纪以来，人们终于认识到高品质的空气是室内人员健康的保障。 室内热环境人们可以靠人机体调节作用去抵御，而对于室内长期低浓度污染， 人类是没有抵御手段的，甚至对大部分污染物不具有感受能力。人们每天吸 入1 0 0 0 0 l 空气，同时不知不觉地、被动地、无奈地吸入这些污染物。随着 人们对环境要求的提高、自我保护意识的加强，对室内空气品质的要求也日 益强烈i 卅。 室内空气污染物对人体健康的影响是很复杂的，一般具有以下几个特性： 1 影响因素多：室内空气污染是在人工环境中产生的，不是自然现象， 受气候和社会条件的影响； 2 影响范围大：室内空气污染不同于特定的工况的环境污染，涉及的人 群数量很大，几乎包括了整个年龄组； 3 接触时间长：人们在室内的时间超过全天的8 0 ，长期持续地暴露在 室内空气污染的环境中，对人体作用时问很长； 4 污染物种类多：成千上万种空气污染物同时作用于人体，从固体的浮 游粒子到分子状污染物，从放射性元素到微生物污染，它们都可发生复杂的 抗拒作用或协同作用； 5 污染物浓度低：室内空气污染物虽然种类繁多，但就某种污染物来 说，其浓度一般不会超标，远低于工业卫生标准，但它对人们的危害却是不 可忽视的，因为它是多种低浓度污染物综合的、长时问的对人起作用； 6 污染物危害大：室内的稀释能力是有限的，尤其是从节能考虑，采取 减少换气次数等措施，就使这有限的稀释能力更为减少，致使室内空气污染 物对人的危害大为增强。 2 3 室内空气质量标准 我国在2 0 0 3 年3 月1 目实施了室内空气质量标准( g b f r1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 ) ，该 标准规定了室内空气质量参数的标准值，适用于住宅和办公建筑物，其他室 哈尔滨t 稃大学硕士学位论文 内环境可参照执行【5 5 】。 表2 1 室内空气质量标准( g b t1 8 8 8 3 2 0 0 2 ) 参数类别参数 单位标准值备注 2 2 - 2 8夏季空调 温度o r ) 1 6 一一2 4 冬季采暖 物理性 4 0 _ 一8 0 夏季空调 相对湿度( r 哪 3 d 6 0 冬季采暖 一氧化碳( c 0 )m g m 3 1 01 小时均值 二氧化碳( c 0 0 o ，1 0日平均值 化学性甲醛( h c h o ) m g m 3 0 1 01 小时均值 可吸人颗粒( p m i 0 1 m g m 3 0 1 5日平均值 总挥发性有机物f r v o c )m g m 3 o 6 08 小时均值 放射性 氡2 2 2 ( r n )b q m 3 4 0 0 年平均值 2 4 室内主要空气污染物的来源及对人体健康的影响 室内空气品质受到多方面的影响和污染，从其性质来讲，可分三大类1 5 6 1 。 第一类是化学性污染，主要来自房屋装修、家具、玩具、煤气热水器、杀虫 喷雾剂、化妆品、吸烟、厨房的油烟等等，其成分主要是挥发性有机物，如 甲苯、二甲苯、醋酸乙酯等和无机化合物如氨、c o 、c o z 等；第二类是物理 性污染，包括不适当的温度、湿度环境、悬浮颗粒( 灰尘) 、烟雾、核辐射、 电磁辐射等等；第三类是生物性污染，主要来自使用地毯不当，毛绒玩具、 被褥等，主要有螨虫及其它细菌等。本课题主要针对第一类和第二类室内空 气污染物进行检测，下面讨论几种常见的影响室内空气品质污染的来源、性 质和危害。 2 4 1 一氧化碳( c o ) 氧化碳是一种无色气体，有极微弱的臭味，有剧毒，相对于空气的密 度为o 9 6 7 ，微溶于水，不易液化和固化，其燃烧时呈蓝色火焰，一氧化碳比 较稳定，能在空气中长期蓄积，不易引起人们注意，故其危害性很大1 5 7 1 。 哈尔滨下程大学硕士学位论文 1 来源 室内一氧化碳的来源包括室内和室外两种。一氧化碳是燃烧不完全产生 的污染物。室内空气中一氧化碳来源于家庭烹饪中燃料的燃烧、吸烟等人为 活动。同时也来源于室外空气中的污染物进入室内而产生的污染，尤其是位 于繁忙交通道路两侧的建筑室内。 教室空气中的一氧化碳主要来源于室外大气环境的污染。教室内一氧化 碳的浓度主要取决于街道的密集程度、离道路的距离、车辆的发动机状况以 及天气条件。在繁忙交通道路两侧的学校教室中，一氧化碳浓度相对较高。 2 对人体健康的影响 一氧化碳是有害气体，对人体有强烈的毒害作用。由于一氧化碳不能透 过皮肤，因此它对人体健康的影响主要通过呼吸系统实现。主要表现在：对 心血管系统产生影响，引起心血管疾病；对神经系统产生影响，出现头痛、 头晕、记忆力降低等神经衰弱症状，并有心前区紧迫感和针刺样疼痛；一氧 化碳中毒时，红血球的血红蛋白不能与氧结合，妨碍了机体各组织的输氧功 能造成缺氧症。当一氧化碳浓度为1 2 5 m g m 3 时无自觉症状，5 0 o m g m 3 时就 会出现头痛、疲倦、恶心、头晕等感觉，7 0 0 m g m 3 时发生心悸亢进并佯有虚 脱危险，1 2 5 0 m g m 3 时出现昏睡痉挛而死亡。 2 4 2 二氧化碳( c 0 2 ) 二氧化碳是无色无嗅的气体，高浓度时略带酸味。二氧化碳是空气的组 成成分之一，正常空气中含量为0 0 3 0 0 5 ，是含碳物质充分燃烧的产物。 1 来源 室内二氧化碳主要来源于人体呼出气、吸烟、燃料燃烧、生物发酵及植 物呼吸。人体在新陈代谢过程中吸入氧气，呼出二氧化碳。人体呼出的二氧 化碳量与吸入的氧气量的比值在0 7 1 之间变化，除二氧化碳外，人体呼出 的气体中还含有很多其他的代谢废气和有害气体【卿。 教室空气中的二氧化碳除空气中正常含量( o 0 3 0 0 5 ) 9 1 - ，主要是由于人 体呼吸产生的。 2 对人体健康的影响 1 0 哈尔滨1 2 程大学硕士学位论文 二氧化碳属于呼吸中枢兴奋剂，为生理所需。室内空气中二氧化碳浓度 受人群、容积、通风状况、人群活动的影响。二氧化碳浓度超过一定范围后， 会对人体产生危害。室内二氧化碳浓度在0 0 7 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0 0 r 7 0 1 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 0 1 5 时属于临界空气，室内空气的 其他性状开始恶化，人们开始有不舒适感；当二氧化碳浓度在o 3 0 4 时人 呼吸加深，出现头痛、耳鸣、脉搏滞缓、血压增加。二氧化碳是判断室内空 气的综合性间接指标，如浓度增高可使儿童产生恶心、头疼等不适症状。 2 4 3 甲醛( h c h 0 ) 甲醛是无色、具有强烈刺激性的气体，是一种挥发性有机化合物。 1 来源 室内空气中的甲醛主要来自建筑装饰材料、家具以及吸烟、燃烧和烹饪 等人为活动【5 9 l 。室内装修所用的胶合板、细木工板、中密度纤维板、刨花板 的原材料含有甲醛，甲醛会逐渐向周围环境释放，是形成室内空气中甲醛的 主体；燃料燃烧也可产生大量甲醛，化妆品、清洁剂、杀虫剂、防腐剂的使 用中也释放出甲醛。 教室空气中的甲醛主要来源于教室建筑装饰材料、桌椅以及少量清洁剂 释放的甲醛。 2 对人体健康的影响 甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能及免 疫功能异常等方面，对健康的危害主要有以下几个方面： 刺激作用：甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用。甲醛是原桨 毒物质，能与蛋白质结合，高浓度吸入时出现严重的呼吸道刺激和水肿、眼 刺激、头痛；致敏作用：皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死。 吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘；致突变作用：高浓度甲醛还是一种基 因毒性物质。 2 4 4 可吸入颗粒物( p m l o ) 哈尔滨工程大学硕士学位论文 颗粒物是空气污染物中的主体。因其多形、多孔和可吸附性，可成为各 种污染物载体，故颗粒物是一种成分复杂、可以较长期悬浮于空气中的一种 以气溶胶状态存在的污染物。通常把粒径在1 0 微米以下的颗粒物称为可吸入 颗粒物即p m l o i 删。 1 来源 颗粒物来源于燃煤、工业排放、机动车、水泥生产及建筑工地和地面扬 尘。室内污染主要来自于室外。当室外浓度高于室内时，通风换气时颗粒物 进入室内，使室内空气受到污染。吸烟、点燃蚊香、室内的炊事活动也是室 内颗粒物的主要来源。 教室中的可吸入颗粒物主要来源于室外大气污染以及室内灰尘、人员走 动对地面积尘的扰动等。 2 对人体健康的影响 可吸入颗粒物对人的呼吸道有毒害作用，损害下呼吸道和和肺泡的功能， 影响机体的免疫功能。颗粒物能吸附有害气体产生协同毒害作用。有害气体 在一定浓度范围内对人体的危害并不明显，但与粒子协同作用或因水合作用 气体与粒子结合在一起时，危害是显著的。具有毒性的粒子长时间滞留在肺 间质不能被排出体外，以致肺功能丧失。有毒气体还会使肺泡巨噬细胞丧失 吞噬功能，致使粒子在肺部沉积、积累，引发感染和其他疾病。 2 4 5 总挥发性有机化合物( t v o c ) 总挥发性有机化合物是室温下饱和蒸汽压力超1 3 3 3 2 p a 的一类有机物， 其沸点在5 0 2 5 0 ，在常温下可以蒸汽的形式存在于空气中，是室内空 气3 种有机污染物( 多环芳烃、总挥发性有机物和醛类化合物) 中影响较为严 重的一种1 6 1 】，它的主要成分有：烷类、芳烃类、烯类、菌烃类、酯类、酮类 和其它。 1 来源 室内挥发性有机化合物的来源包括室内和室外两种。室外来源包括汽车 尾气、石油精炼、溶剂挥发、运输损耗和废弃物燃烧等；室内来源包括建筑 材料、家具、燃料、生活用品和杀虫剂等，大量的挥发性有机化合物来源于 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 烹饪和取暖材料的燃烧、吸烟和人体的新陈代谢【6 2 l 。 教室空气中的苯及苯系物污染主要来源于建筑装饰材料、涂改液、人体 代谢废物和清洁剂等。 2 对人体健康的影响 苯及甲苯、二甲苯对人的中枢神经系统及血液系统具有毒害作用。室内 空气中低浓度的苯系物会刺激皮肤黏膜，使人感到全身不适、头昏、恶心。 长期吸入较高浓度的苯类有毒有害气体，则会出现头痛、头晕、失眠及记忆 力减退现象并导致血液系统疾病。苯、甲苯、二甲苯可影响人体的免疫机能。 医学专家的研究证明室内空气中的苯系物污染对人的造血机能危害极大，是 诱发再生障碍性贫血和白血病的主要原因。 2 4 6 氡( r n ) 氡是世界卫生组织确认的主要环境致癌物之一。氡是天然存在的无色无 味、不可挥发的放射性惰性气体，不易被察觉地存在于人们的生活和工作的 环境空气中。氡极易溶于脂肪。在体温条件下，氡在脂肪和水中的分配系数 是1 2 5 ：1 ，极易进入人体组织f 6 3 】。 1 来源 氡污染的来源很多，主要有如下几方面：地基、地层间隙及地质断裂带 和氡的高本底地区中析出；铀矿、非铀矿开采过程的释放；核能的开发、利 用过程中释放；从土壤、岩石表面析出；燃煤、燃气过程中释放；地下水中 析出；地下建筑、设施、高本底地区勃土、砖、水泥、矿石石料中析出：使 用矿渣水泥和灰渣砖的建筑：使用不合格的板材、石材、水泥等建筑、装饰 材料等等1 6 卅。 教室空气中的氡主要来源于房屋的地基土壤和建筑石材。 2 对人体健康的影响 氡进入人体呼吸道后，在未衰变前，一部分仍可随呼吸活动被呼出体外， 另一部分即粘附在呼吸道上被人体吸收。除主要从呼吸道吸入以外，少数也 可在咽喉部随吞咽动作进入消化道。氡及其短寿命子体对人体健康的危害主 要是引起肺癌，其潜伏期约为1 5 至4 0 年。有人认为除吸烟以外，氡比其他 哈尔滨工程大学硕士学位论文 任何物质都能引起肺癌。 2 5 人体热舒适与室内空气品质 2 5 1 人体热舒适 人体热舒适在a s h r a e ( a m e f i c a ns o c i e t yo fh e a t i n g ，r e f r i g e r a t i n ga n d a i r - c o n d i t i o n i n ge n g i n e e r s ) 标准中，定义为人对热环境表示满意的意识状态。 即人体通过自身的热平衡条件和感觉到的环境状况并综合起来获得是否舒适 的感觉。舒适的感觉是人在生理和心理上对热环境都感到满意的意识状态 陋l 。影响人体热舒适的环境参数主要有四个：空气温度、气流速度、空气的 相对湿度和平均辐射温度；人的自身参数两个：衣服热阻和劳动强度。研究 方法有：实验、实际调查和数值模拟。 对于热舒适评价标准，目前应用最广泛的是p m v - p p d 指标。该标准基 于人体热平衡模型及实验室研究，提供一种客观的热舒适标准及其大部分人 可接受的室内热环境。p m v - p p d 指标是1 9 7 0 年丹麦f a n g e r 教授以人体热平 衡方程及a s h r a e 七点标度为基础建立起来的一种环境评价指标，a s h r a e 热感觉七点标度指标值从冷到热依次为1 7 ，p m v - p p d 指标值在此基础上减 去4 ，变成了3 叶3 的指标值，以0 代表热中性，小于0 的指标值表示冷感觉， 大予0 的指标值对应于热感觉，- 3 + 3 指标值分别对应于冷、凉、稍凉、中 性、稍暖、暖和、热。 1 预测的平均热感觉指标p m v ( p r e d i c t e dm e a nv o t e ) p m v 指标代表了同环境下大多数人的热感觉，即用p m v 指标可以预 测一定变量组合环境下的人体热感觉： 、 p m v 一( o 3 0 3 e 棚- 0 3 6 m + o 0 2 7 5 ) m ( 1 一叩) 3 0 5 4 ( 5 7 6 5 - 0 0 0 7 h - p , , ) o 4 2 ( h - 5 8 a s ) 一0 0 1 7 3 m ( 5 8 6 7 一只) - 0 0 0 1 4 m ( 3 4 - t ) 一 ，3 9 6 x 1 0 8 厶( 巧一焉) 一厶( 岛一0 ) 式中：m 一人体新陈代谢率，w m 2 ； 行一人的机械效率，； p 一空气中水蒸气分压力，k p a ： 一人体净得热，h ；m ( 1 一町) ，w m 2 ； 1 4 哈尔滨t 稃大学硕七学位论文 t 一空气温度，； 厂d 一服装的面积系数，： f c f 一着装人体表面平均温度，= 乃- 2 7 3 1 5 ，； 瞳一对流换热系数，w ( m 2 ) ； 7 一环境的平均辐射温度，。 2 预测平均不满意百分数p p d ( p r e d i e t e dp e r c e n td i s s a t i s f i e d ) p p d 指标表示人群对热环境不满意的情况，p p d 是通过概率分析确定某 环境条件下人群不满意的百分数。 p m v 与p p d 的关系： p p d ：1 0 0 - 9 5 e x p - ( 0 0 3 3 5 3 p m v 4 + 0 2 1 7 9 p m v 钥 2 5 2 人体热舒适与室内空品质之间的关系 人体热舒适与室内空气品质的研究实际上它们有着本质的、密切的联系。 如：影响热舒适的主要因素空气温度、湿度也影响人对室内空气品质的感觉； 气流组织形式不仅对热舒适有作用，而且可以提供高品质的室内空气，合理 的空气流动可以排热除湿，有助于创造舒适的室内环境，同时还能够稀释室 内空气中的污染物浓度，或及时排除室内的污染物。 人体热舒适与室内空气品质的研究往往是同时展开的，满足人体热舒适 及高空气品质的环境，有助于人的身心健康，提高学习工作效率：而当人处 于