（环境工程专业论文）室内空气品质的预测及评价.pdf

辽宁工程技术大学硕士学位论文 摘要 本论文基于灰色系统理论研究室内空气品质的预测及评价问题。 首先对国内外室内空气品质研究的历史及现状进行了综述，对室内空 气污染物和污染源进行了分析。然后对五所典型的居民住宅的甲醛、 氨、苯、t v o c 和氡等主要污染物进行了实例检测，接着分析比较了 灰色g m 模型、c f d 、多区域方法的优缺点及适用范围，并应用灰色 g m 模型对居民住宅实例a 的室内空气品质进行预测。最后采用灰色 聚类评价、灰色综合评判、灰色物元分析和灰色关联分析四种基于灰 色系统理论的评价方法对居民住宅实例b 、c 、d 、e 的室内空气品质 进行了评价，并分析比较了四种灰色评价方法的特点。通过对室内污 染物来源的分析及其室内空气品质的定量预测及评价，提出了室内空 气品质控制的方法及对策。 关键词：室内空气品质；灰色g m 预测模型：灰色聚类评价；灰色综 合评判；灰色物元分析；灰色关联分析 辽宁工程技术大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef o r e c a s ta n da s s e s s m e n to fi n d o o ra i rq u a l i t y ( i a q ) b a s e do n t h eg r e ys y s t e mt h e o r yw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r f i r s t ，t h eh i s t o r ya n d c u r r e n ts i t u a t i o ns t u d i e sw e r es u m m e du pa b o u ti a q ，a n dt h em a i n p o l l u t a n t sa n dt h ep o l l u t i o ns o u r c eo ft h ei n d o o ra i rw e r ea n a l y z e d s e c o n d ，t h em a i np o l l u t a n t so ff i v et y p i c a lr e s i d e n td w e l l i n gh o u s e s ， s u c ha sn h 3 ，t v o c ，r n ，h c h oa n dc 6 h 6w e r ed e t e c t e d t h e nt h e e x p l i c a b i l i t i e so ft h eg mm o d e l ，c f da n ds e v e r a la r e a sm e t h o d sw e r e a n a l y z e da n dc o m p a r e d a n dt h ei a qo fr e s i d e n td w e l l i n gh o u s eaw a s f o r e c a s t e db yg mm o d e l a tl a s tt h ei a qo ft h ef o u rr e s i d e n td w e l l i n g h o u s e sb ，c ，da n dew a sa s s e s s e db yg r e yc l u s t e r i n ga s s e s s m e n t ，g r e y s y n t h e t i c a l l ya s s e s s m e n t ，g r e ym a t t e re l e m e n t sa n a l y s i sa n dg r e y i n c i d e n c ea n a l y s i s t h ec h a f a c t e r i s t i co ft h ef o u ra s s e s s m e n tm e t h o d s w e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d b ya n a l y z i n gt h es o u r c eo ft h ep o l l u t a n t s ， f o r e c a s t i n ga n da s s e s s i n gt h ei a qi nq u a n t i t y ，t h ec o u n t e r m e a s u r ea n d m e t h o d so ft h ei a q c o n t r o l l i n gw e r es u g g e s t e d k e yw o r d s ：i a q ；g r e yf o r e c a s tm o d e l ；g r e yc l u s t e r i n ga s s e s s m e n t ； g r e ys y n t h e t i c a l l ya s s e s s m e n t ；g r e y m a t t e re l e m e n t s a n a l y s i s ；g r e yi n c i d e n c ea n a l y s i s 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 近年来，随着社会经济的高速发展，人们越来越崇尚办公和居室环 境的舒适化、高档化和智能化，由此带动了装饰装修热潮和室内设施现 代化的兴起。良莠不齐的建筑材料、装饰装修材料的不断涌现，以及越 来越多的现代化办公设备和家用电器进驻室内，使得室内成分更加复杂， 室内甲醛、苯系物、氨气、臭氧和氡气等污染物浓度水平远远高于室外， 由此引起“病态建筑综合症”的患者越来越多。因建筑和装饰装修质量 不合格引起的投诉，甚至房屋装饰装修后无法入住的案例也层出不穷。 由于室内空气污染的危害性及普遍性，有专家认为继“煤烟型污染”和 “光化学烟雾型污染”之后，人们已经进入以“室内空气污染”为标志 的第三污染期。也正是在这样的背景下，人们对室内空气品质的重要性 有了更加深刻的认识，并且从国家层次开始着手室内空气品质方面的工 作 1 1 国外室内空气品质研究历史及现状 国外围绕室内空气品质的系统研究最初主要着眼于室内与室外空气 质量的关系，以及室内空气污染物对人体健康的影响。1 9 6 5 年，荷兰学 者b i e r s t e k e r 等进行了世界上第一个系统的、大规模的室内与室外空气 质量的关系的研究。他们以鹿特丹6 0 个住户为对象，测定了室内外s 0 2 和烟尘的关系，获得了空气污染事件期间的室内环境相对安全性、抽烟 对于室内气溶胶生成、室内s 0 2 衰减与建筑物新旧程度的关系等重要信 息。通过这些研究，人们对各种条件下，不同污染物的室内与室外关系 有了全面的认识，并建立了一系列室内与室外空气品质关系的模型【i 】。 2 0 世纪6 0 年代国外开始关于室内空气污染健康效应的研究主要集中 在各种人类活动引起的呼吸性健康疾病。这些研究包括吸烟人群和不吸 烟人群居室内的人体健康状况比较，母亲吸烟对婴幼儿呼吸系统机能的 影响，燃烧污染物的健康效应等。同一时期，北欧、美国和其他国家先 后开始大量使用甲醛制品，工业卫生、环境保护、化学化工和建筑装潢 等专业的工作人员围绕着甲醛污染问题，相继开展了环境监测、流行病 学调查、临床观察、毒理实验、工艺改革及相应得实际工作和科学研究 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 氡是地下矿工的主要致病污染物早就广为人知，它也普遍存在于室 内空气中。但是，居室氡的污染问题直到2 0 世纪7 0 年代末才开始重视 起来。当时，在美国宾夕法尼亚州部分地区检测到的居室氡水平达到了 地下铀矿的水平。 2 0 世纪8 0 年代美国e p 的总暴露评价方法学研究提供了一个全面评 价室内和室外暴露对人体总暴露贡献的模型。这个研究得到了一个令人 吃惊的结论：对于挥发性有机化合物来说，通常情况下，室内污染源对 人体总暴露的贡献远远高于室外工业污染源。目前，国外所从事的室内环 境领域的研究工作主要集中在s b s ( s i c kb u i l d i n gs y n d r o m e ) l 构成因及 预防、氡辐射的控制、室内环境污染与人类健康等方面 2 1 。 从国际上环境评价发展的历程来看，2 0 世纪6 0 年代中、末期，对环 境污染主要采取以“治”为主的方针，相应的环境评价工作是以现状评 价为主。从2 0 世纪6 0 年代末开始，进入防治结合以“防”为主的环境 污染综合防治阶段。这一阶段的环境评价工作以预断评价为主，开展环 境影响评价【3 1 。 目前，室内环境质量研究主要集中在室内空气品质评价方面，室内空 气污染会引起“致病建筑综合征”和。建筑物相关疾病”等。目前比较 成熟的室内空气品质评价方法主要包括：主客观综合评法、模糊综合评 价法、灰色评价法、动态模式法以及应用计算流体力学进行评价的数值 求解法。在评价方法和手段上的一个主要研究重点即是室内气流组织及 状态的确定和通风换气效果的评价，目前这方面的研究热点是运用数值 模拟方法作为手段和工具来进行研究。 1 2 国内研究的历史及现状 较之国外，我国研究室内空气品质起步较晚，我国从事住宅室内空 气污染的研究始于7 0 年代，当时主要是中国预防医学科学院钮式如研究 员的研究室，出发点是研究室内通风，并针对二氧化碳等室内空气污染 物。到1 9 8 0 年，中国预防医学科学院何兴舟研究员所领导的环境流行病 研究室开始了云南宣威地区农村室内燃科燃烧与癌症并发率关系的研 究，这是我国较早的室内空气污染与健康关系的研究。到了9 0 年代，随 辽宁工程技术大学硕士学位论文 着人们生活水平的提高，引起居室室内空气污染最主要的原因是由于不 良装修，即在装修过程中使用了大量有害物质如甲醛、挥发性有机物等 一些装饰材料。1 9 9 3 年杨旭副主任医师首先开始了建筑物装饰材料的污 染研究。1 9 9 5 年秦钰慧研究员组织“室内化学品与健康关系的研究”， 室内空气质量和装饰建材研究是其重要的方面。 污染源控制是我国目前室内空气污染研究的一个热点问题，以人工 环境气( t e s t i n gc h a m b e r ) 的模拟研究为主要手段，通过考察一些环境因 子，如温度、湿度、空气更新速率等对污染物浓度分布的影响，模拟释 放过程，建立数学模型及评价系统。扩散模型是最常用的方法，目前已 将污染物在材料内部的扩散过程及在表层的解析过程结合起来。国内利 用人工环境气候箱对板材中的甲醛，油漆、涂料中的可挥发性有机物的 释放特征已经进行了比较广泛的研究，但这些还选远不够，室内空气品 质的研究任重而道远【l 】。 1 3 本论文研究的内容 本论文对造成室内空气品质不良的污染物和污染源进行系统地综 述，并作以下方面的研究： ( 1 ) 依据国家关于室内空气品质检测的标准及要求，对阜新市五所 典型居民住宅进行了实例检测。 ( 2 ) 对于居民住宅实例a 的室内空气各指标的浓度值应用灰色系统 理论的灰色g m 模型，拟合出灰色预测模型，对环境状况进行定量预测， 对预测模型进行分析，估算预测模型的精度，并用后验差法判断模型等 级，预测居民住宅实例a 在未来一段时间内室内空气各指标的浓度值， 并将灰色g m 预测方法与近十年室内空气品质方面研究的热点c f d 方法 及多区域方法进行比较分析，以便得到灰色g m 预测模型、c f d 、多区域 方法的优缺点及适用范围。 ( 3 ) 采用基于灰色系统理论的室内空气品质评价方法，灰色聚类评 价、灰色综合评判、灰色物元分析、灰色关联分析四种评价方法对居民 住宅实例b 、c 、d 、e 的室内空气品质进行评价，并比较分析四种灰色 评价方法的特点。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 ( 4 ) 通过四所住宅的室内空气品质的评价，简要分析造成该住宅室 内空气不良的污染物的来源，并对其提出了控制室内空气品质的方法及 对策 本论文的研究可以为控制室内空气污染、改善室内空气品质提供科 学依据和方法灰色系统理论数学模型可用于分析和预测室内空气中污 染物浓度的变化规律，评价模式可用于室内空气质量的影响评价和现状 评价；尤其是在建筑设计、室内装修过程中，可以为选择建筑材料、确 定通风量提供可靠的参数。本论文的研究的内容具有一定的学术价值和 实用价值，研究结果将会产生良好的环境效益、社会效益和经济效益。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 室内空气污染物及其检测 2 1 室内空气污染物的分类 室内空气中污染物质的种类很多，包括化学的、物理的和生物的等。 广义上的污染物包括固体颗粒、微生物和有害气体。其中微生物多依附 于固体颗粒或液滴传播，也可将污染物分为颗粒污染物和有害气体污染 物，其中的颗粒污染物包括固体颗粒和微生物。 ( 1 ) 按照污染物质的性质可以划分为以下四类【4 ，5 】：- 化学污染物质：包括从建筑材料、日用化学品、厨房等地方释放 或排放出来的污染物质。 a 挥发性有机化合物：主要包括甲醛( h c h o ) 、苯( c 6 h 6 ) 、甲苯( c t h s ) 、 二甲苯( c s h l 0 ) 、苯并比等在内的有机化合物，室内已检测出数百种挥发 性有机化合物( v o c ) b 无机化合物：包括氨( n h 3 ) 、碳氧化物( c o 、c 0 2 ) 、氮氧化物( n o x ) 、 硫氧化物( s o x ) 、臭氧( 0 3 ) 等。 放射性污染物质：主要是从房屋地基、砖瓦、水泥、混凝土、石 材中释放出来的氡( r 。) 及其衰变子体。 物理污染物质：包括可吸入颗粒物( p m l o ) ，家用电器、照明设 备产生的电磁辐射，以及室内温度、湿度、新风量、风速等物理性能指 标。 生物污染物质：主要是细菌、真菌、病毒等微生物，在室内的地 毯、家具、窗帘、卧具以及阴暗潮湿的角落处快速繁殖生长此外，室 内花粉过敏也可属于生物污染。 ( 2 ) 按照污染物质的存在状态可分为二类： 悬浮颗粒污染物：即悬浮粒子和微生物，主要指空气动力当量直 径 1 0 l am 的粒子，包括人为活动产生尘埃、细菌、花粉和烟雾等。 有害气体污染物：指室内气态污染物质，主要有c 0 2 、s 0 2 、n o x 、 0 3 、n h 3 、v o c 、r 。等。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 2 2 室内空气污染物的来源 2 2 1 室内人员的活动 人体呼吸过程中随呼气向空气中排放c 0 2 、水蒸气，使空气中的氧气 含量降低。人们说话、咳嗽、打喷嚏时，随着唾液飞沫可以排出呼吸道 黏膜表面的病源微生物；人的皮肤、衣物及卫生用品可散发出各种不良 气体和碎屑；人活动时可以使地面、墙壁上的灰尘、微生物等散播到空 气中据调查，曾在人体的呼出气体中检测到三氯甲烷、乙醇、苯、四 氯乙烯、乙苯等有毒气体，说明许多毒物可以经过呼气排泄到空气中， 从而污染室内空气。 在室内吸烟也会产生大量有害物质，会造成严重的室内空气污染， 香烟烟雾成分及其复杂，目前已经检测出的就有3 8 0 0 多种物质。它们在 空气以气态、气溶胶态存在，其中气态物质占9 0 ，气溶胶态物质主要 成分是焦油及尼古丁，每只香烟可产生o 6 3 6 m g 尼克丁，焦油中含有大 量的致癌物质i l l 。 此外，烹调也是室内空气污染物的主要来源之一。烹调产生的污染 物主要有油烟和燃烧烟气两类，在烹调过程中，由于热分解作用产生大 量有害物质，已经测定出的物质包括醛、酮、烃、脂肪酸、醇、芳香族 化合物、酯、内酯、杂环化合物等共计2 2 0 多种。除了油烟外，我国城 镇居民以煤、液化石油气或天然气作燃料，这些燃料燃烧过程中会产生 一氧化碳、氮氧化物、氰化氢、二氧化碳、丙烯醛、氯化氢、二氧化硫 和未完全氧化的烃类，以及悬浮颗粒物。一般说来，烧煤的污染比烧液 化气和煤气更重，尤其是煤中硫分、氟分、灰分含量高，氧气供给不足 时更为严重。 2 2 2 建筑材料及室内设施 除室内人的活动外，室内空气污染的来源还包括建筑材料、日化产 品、家用电器等室内设施1 6 】 ( 1 ) 建筑材料 随着化学工业，特别是高分子化学工业的发展，建筑材料以及家具 材料已发生了很大的变化。大量新化学物质引入建筑材料以及家具制作 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 工艺，尤其是各种树脂、合成橡胶、塑料、矿物纤维及石棉等。建筑材 料如矿渣砖、瓦、水泥等可以释放出有害的放射核素、氡及其子体和其 他衰变产物。氡是镭、钍等放射性元素的衰变产物。一般地下室氡的浓 度高于地面上居室的浓度。有些建筑材料由于含镭量高，可使居室氡的 浓度超过卫生标准。一些新型建筑材料如胶合板、刨花板、各种塑料贴 面等胶黏制品、绝缘、保温材料中，均可释放甲醛。在一些预制标准件 制造的活动房屋中，空气中的甲醛浓度可达3 5 5 m g m 3 。建筑中广泛作为 保温隔热、防火材料使用的石棉业是室内空气污染的来源之一。 ( 2 ) 日化产品 室内各种日化产品主要包括化妆品、空气消毒剂、杀虫剂等。由于 各种化工产品的原材料中含有某些有害物质( 如氡) 或在生产过程中加 入了某些挥发性有机化合物( 如苯、 有这类物质。随着产品进入室内后， 放出来，污染室内空气。 ( 3 ) 家用电器和办公设备 甲醛) ，使得生产出来的成品中也含 这些有害物质即可从化工产品中释 一些家用电器和办公设备如电视机、微波炉、电磁炉，激光打印机 等所带来的电磁波、静电干扰、紫外线辐射、噪声等会干扰室内环境。 ( 4 ) 暖通空调系统 暖通空调系统设计不合理会造成空气污染，如空调系统得温度、湿 度参数设计不当、新风量不足、气流组织不合理而导致污染物在局部死 角滞留、积累。暖通空调系统运行管理不善也会造成室内空气污染，如 新风入口被污染，空气过滤器失效、空调系统冷却水中可能因军团菌存 在而导致空气微生物污染等 ( 5 ) 室内生物性污染 随着建筑物密闭程度的提高，室内通风变差，如果室内温度、湿度 适宜，则极易滋生尘螨、真菌等微生物，并使生物性有机物( 如生活污 水、有机垃圾等) 在微生物作用下产生多种有害气体，常见的有c 0 2 、 n h 3 、h 2 s 等。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 2 3 室外大气污染 室外各种污染源排放的废气，如锅炉燃烧后产物中有大量的s 0 2 、 n o x 、c 0 2 、c o 、h 2 s 等有害气体，汽车排出的尾气中有c o 、甲醛等污 染物，生活用燃料燃烧后产生的废气生活有机垃圾以及其他有机物腐败 产生的恶臭气体等，对室内空气也有很大影响。尤其在夏季开窗季节， 飘尘、有害气体以及其他有毒污染物均可通过门窗、孔隙或管道缝隙等 途径进入室内使室内的污染物浓度有时高于室外。有的建筑地基的地 层中含有某些可逸出有害物质或挥发性有害物质，这些有害物可通过地 基的缝隙逸入室内。如氡及其子体、某些农药、化工染料、汞等。质量 不合格的生活用水中可能存在致病菌或化学污染物，如军团菌、苯、机 油等，可随着水雾喷入室内空气中此外，认为带进室内或从邻居家传 来的污染物，也是外来污染之一。 2 3 室内空气品质的检测 室内空气品质检测是以室内空气质量卫生标准为依据，检测的对象 不是污染源，而是某一特定的房间或场所内环境空气，目的是了解和掌 握室内环境空气污染状况( 种类、水平、变化规律) ，对室内空气质量是 否超过卫生标准和是否有损人体健康进行评价。通过长期检测，逐步积 累资料也为制定和修改国家卫生标准及相关法规提供了依据。 2 3 1 我国室内空气品质的主要标准 从2 0 0 1 年6 月至9 月，国务院两位副总理连续三次批示，指出居室 环境问题关系居民身体健康，必须引起高度重视，并责成有关部门进行 研究。近几年，国家分别制定了一些室内环境特别是室内空气质量的标 准如g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 5 民用建筑工程室内环境污染控制规范，1 0 种 室内装饰装修材料有害物质限量是控制；2 0 0 3 年3 月1 日颁布实施的 室内空气质量标准等，现将主要标准列入表2 1 t l ： 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 表2 - i 我国i a q 标准总汇 相关标准 主要内容 七种室内空气污染物的推荐卫从1 9 9 5 到1 9 9 9 年卫生部颁布了室内甲醛、细菌 生标准 总数、c o z ，可吸入颗粒( p m 。o ) ，n o z 、s o ：、苯 并( a ) 比的推荐卫生标准 民用建筑工程室内环境污染控 根据使用功能和个人暴露时间，民用建筑划分为 制规范两组，分别确定其控制要求，建立包括辐射性氡、 g b 5 0 3 2 5 2 0 0l 甲醛、氨、苯、t v o c 在内的五种化合物的限值 室内空气质量标准 应用于民用建筑和办公建筑，规定了有关化学， g b t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 物理、生物、放射性的1 9 种控制指标 产品环境标签中的有害化合物对于水基油漆，规定了v o c 的限值和包含重金属、 的限值标准 甲醛的其他化合物的总限值；对丁了粘合剂中苯 的限值；规定了甲醛的挥发率 上海市地方标准健康型建筑内 规定t v o c 3 0 m g l ，生物毒性指标为1 0 ，重金 墙材料 d b 3 i t 1 5 - 1 9 9 8属指标为9 0 9 k g ，渗透性大于2 0 0 9 a 2 ，且不能 引起皮肤刺激 北京有关内墙涂料的安全、健康 规定了甲苯基二异氰酸乙- 0 1 a g a 3 ，游离甲醛 和智力的评估规则0 5 m g m 3 ，镉0 0 0 5 ，铅0 0 1 4 ，v o c3 0 9 l ， 甲苯或二甲苯2 m g m 3 ；规定了指标的测试方法 人造板中甲醛的卫生标准规定了家具中人造板的卫生要求和测试方法。根 据人造板中甲醛的挥发量规定了三个等级 室内涂料的卫生标准 应用于各种室内水基和油基涂料；禁止高毒性涂 料的使用，任何导致人体畸形和突变的材料不能 用于制作室内涂料；t v o c 、苯、甲苯、二甲苯、 游离甲醛、重金属、游离t d i 在标准中都作了规 定 室内空气品质卫生标准 规定了物理、化学、生物方面的控制指标以及通 风、净化的卫生要求 1 0 种室内装饰材料中的有害化 制定了室内装饰材料中的有害化合物限值的国 合物限值的国家强制性标准 家强制性标准，包括人造板及其制品、溶剂型木 g b 6 5 6 6 2 0 0 1 ，g b l 8 5 8 0 2 0 0 1 ，g b器涂料，粘合剂、墙纸、聚氯乙烯卷材地板、地 1 8 5 8 8 - 2 0 0 1 毯、地毯树垫及粘合剂，内墙涂料、木制家具、 混凝土外加剂，建筑材料等 辽宁工程技术大学硕士学位论文 l o 2 3 2 室内空气检测 在进行室内空气品质检测时，首先要对室内外环境状况和污染源进 行实地调查，根据目的确定检测方案，然后根据有关标准方法进行布点、 采样和测定，填写各种调查和检测表格，并按卫生标准和相关法规，应 用所得到的检测结果对室内空气质量进行评价，出具检测和评价报告。 在进行室内空气质量检测时，有一个非常重要的问题，就是如何取得能 反应实际情况并有代表性的测定结果。这就需要对采样点、检测方法、 检测仪器等进行设计，制定出比较完善的检测方案，而且在方案实施时， 要有从采样到报出结果全过程的质量保证体系【引 本论文为研究基于灰色系统理论的室内空气品质的预测及评价，依 据民用建筑工程室内环境污染控制规范中有关规定及我国目前建筑 室内空气污染的现状，在阜新市四方室内空气检测公司的协助下，于2 0 0 6 年3 月至2 0 0 6 年9 月期间对阜新市利民小区、花园小区、北方花园等小 区的多所住宅的游离甲醛、氨、苯、t v o c 、氡进行了检测，图2 1 、 图2 2 分别为现场实地采集及实验室检测的照片。 图2 1 现场采集气体照片 辽宁工程技术大学硕士学位论文 圈2 2 实验室检测照片 2 。3 2 1 居民住宅a 房间位于3 楼，总面积为1 2 0 m 2 ，装修已四个月，未住入，装修程度 较复杂。 ( 1 ) 地板：采用复合地板，下面以细木工板为底板，地板表面喷涂 一层聚氨酯漆，表面有异味，地板面积约8 0 m 2 。 ( 2 ) 墙壁：乳胶漆界面，所有墙壁均为仿瓷面，内墙涂料微溶剂性 涂料，客厅采用石膏顶棚。 ( 3 ) 家具：新购置两张木质床，大小分均为1 8 m x 2 m ，采用细木工 板和胶合板；书柜一个，细木工板框架，玻璃门，高1 8 m ，宽1 3 m ，厚 o 4 m ，打开玻璃门，微弱异味；无沙发；两个衣柜，均为细木工板，尺 寸相同，高约1 8 m ，宽约1 5 m ，打开衣柜门。有刺激性气味；电视柜一 个，长1 5 m ，表面喷涂木质漆；自制壁橱4 个，细木工板，表面喷醇酸 树脂漆。自然通风。 住宅格局及采样点状况如图2 3 所示。为满足室内空气品质预测的要 求，对住宅a 的室内空气品质进行了连续五个月的检测，时间为2 0 0 6 年 3 月至8 月，检测结果如表2 2 所示 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 2 2 图2 3 住宅a 房问格局图 l 一书房；2 - 门；3 - 卧室；4 - 卫生问# 5 客厅；6 - 卧室；7 厨房8 阳台 - 一号采样点； - 二号采样点； 三号采样点； 表2 - 2 住宅a 室内空气主要污染物浓度值 根据国家标准g b t 1 8 8 8 3 2 0 0 2 室内空气质量标准中，关于室内各污 染物的浓度限值的规定，该住宅的游离甲醛浓度在装修完成后的前六个 月均超标，其他各项指标均合格。造成甲醛超标的原因可能是因为在装 修过程中大量使用溶剂型涂料或者是该住宅的木质家具过多所致。 2 3 2 2 居民住宅b 房间位于4 楼，总面积为1 4 0 m 2 ，装修已完成六个月，装修程度简单 ( 1 ) 地板：采用复合地板，底板为细木工板，地板表面喷涂一层天 然树脂耐磨漆，表面有微弱异昧，地板面积约9 0 m 2 。， ( 2 ) 墙壁：墙壁均为仿瓷面，溶剂型涂料，客厅采用石膏顶棚。 北a 辽宁工程技术大学硕士学位论文 ( 3 ) 家具：书柜一个，细木工板框架，玻璃门，无异味；皮质组合 沙发；两张木质床，大小分均为1 8 m 2 m ，采用胶合板及原木；四个衣 柜，均为细木工板，尺寸相同，高约1 8 m ，宽约1 2 m ，打开衣柜门，无 刺激性气味；电视柜一个，长1 5 m ，表面喷涂木质漆；自制壁橱4 个， 细木工板，表面喷酚醛清漆。采用自然通风。 房问格局及采样点情况如图2 - 4 所示，检测时间为2 0 0 6 年4 月，检 测结果列于下表2 3 所示该住宅的各项污染物的浓度值均达到国家标 准。 戈 a ， 图2 - 4 住宅b 房间格局图 l 卫生问；2 - 门；3 书房；4 - 客厅；5 饭厅l 6 厨房；7 - 阳台；8 卧室；9 卫生问；1 0 卧室； 一号采样点； 二号采样点； 三号采样点 表2 - 3 住宅b 室内空气主要污染物浓度值 2 2 3 2 3 居民住宅c 房问位于6 楼，分上下两层，总面积为1 5 2 1 6 m 2 房问装修已满五 个月，装修程度简单。 辽宁f 程技术大学硕士学位论文 1 4 ( 1 ) 地板：采用实木地板，下面以细木工板为底板，地板表面喷涂 硝基纤维漆，表面有微弱异味，地板面积约l o o m 2 ( 2 ) 墙壁：乳胶漆界面，仿瓷墙壁，所用涂料均为水溶性墙壁面 积较大。 ( 3 ) 家具：两张木质床，大小分均为1 8 m 2 m ，采用原木板和胶合 板；书柜一个，细工木板及中密度纤维板框架，玻璃门，异味较重；一 套布艺沙发，一大两小，无气味：两个衣柜，均为细木工板，尺寸相同， 高约1 8 m ，宽约1 5 m ，衣柜有刺激性气味：自制壁橱四个，细木工板， 表面喷醇酸树脂漆。采用自然通风。 住宅格局及采样点状况如图2 - 5 所示，检测时问为2 0 0 6 年4 月，单次检 测，检测结果如表2 - 4 所示。该住宅室内空气各项指标均达到国家标准。 图2 - 5 ( 1 1 剖面图 图2 - 5 ( 2 ) 二层俯视图 辽宁工程技术大学硕士学位论文 图2 - 5 ( 3 ) 一层俯视图 圈2 5 住宅c 房间格局图 i 一一层阳台；2 楼梯；3 一门；4 洗衣问；5 一二层阳台； 6 二层楼梯口；7 - 二层卧室；s 书房；9 卫生间； 1 0 一层卧室；1 1 厨房；1 2 - 客厅；1 3 一层楼梯口； 一号采样点， - 二号采样点； 三号采样点t 表2 - 4 住宅c 室内空气主要污染物浓度值 2 3 2 4 居民住宅d ， 房间位于4 楼，总面积为1 4 0 m 2 ，装修完成三个半月，装修程度较简 单： ( 1 ) 地板：采用实木地板，下面以细木工板为底板，地板表面喷涂 一层硝基纤维漆，表面无明显异味，地板面积约9 0 m 2 。 ( 2 ) 墙壁：乳胶漆界面，仿瓷墙壁，两卧室均贴壁纸，所用涂料均 为水溶性。墙壁面积较大。 ( 3 ) 家具：新购置两张木质床，大小分均为1 8 m x 2 m ，采用细木工 板和胶合板；书柜一个，中密度纤维板框架，玻璃门，高1 9 m ，宽1 7 5 m ， 厚o 6 m ，打开玻璃门，有异味；一套木质沙发，一大两小，高约1 3 m ， 总长约1 8 m ，表面喷涂聚氨脂漆，有微弱刺激性气味；两个衣柜，均为 细木工板，尺寸相同，高约1 8 m ，宽约1 5 m ，衣柜有刺激性气味；自制 壁橱6 个，细木工板，表面喷醇酸树脂漆。采用自然通风。 房间格局见图2 - 6 ，检测时间为2 0 0 6 年7 月，检测结果如表2 - 5 。该住宅 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 6 室内空气各项指标均达到国家标准 t a， 图2 - 6住宅d 房间格局图 l - 卫生问；2 门；3 - 书房；4 - 客厅l5 一饭厅； 6 厨房；7 阳台；8 卧室；9 卫生间；1 0 卧室； 一号采样点； - 二号采样点： - 三号采样点 表2 - 5 住宅c 室内空气主要污染物浓度值 2 3 2 5 居民住宅e 房间位于l 楼，总面积为1 4 7 m 2 ，装修完成三个月，装修程度较简单： ( 1 ) 地板：采用复合地板，芯板为细木工板，两面饰杨木贴面，贴 面外测喷涂木纹漆及耐磨漆，地板为原木色，表面有异味，地板面积约 l o o m 2 。 ( 2 ) 墙壁：石膏底层，仿瓷墙面，所用涂料为水溶性。墙壁面积较 大。 ( 3 ) 家具：新购置两张木质床，采用细木工板和胶合板；书柜一个， 细木工板框架，玻璃门，打开玻璃门，有较强烈刺激性气味；一套布料 沙发，一大两小，高约1 2 m ，总长约1 7 m ：两个衣柜，均为细木工板， 尺寸相同，高约1 8 m ，宽约1 3 m ，衣柜内无明显刺激性气味；自制壁橱 4 个，细木工板，表面喷木质漆。采用自然通风。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 房间格局如图2 7 ，检测时间为2 0 0 6 年9 月，检测结果如表2 - 6 ，该住宅 室内空气各项指标均达到国家标准。 北 麓 1 6 6 9 旧j 7 5 4 3 2 98 图2 - 7住宅e 房间格局图 l - 卧室；2 - 卧室i ，书房；4 客厅；5 阳台； 6 餐厅；7 - 卫生问；8 - 门；9 - 厨房；1 0 - 阳台； 一一号采样点； - 二号采样点； - 三号采样点； 表2 - 6 住宅d 室内空气主要污染物浓度值 2 4 小结 室内空气中污染物质的种类包括化学的、物理的和生物的等。广义 上的污染物包括固体颗粒、微生物和有害气体。其中微生物多依附于固 体颗粒或液滴传播，也可将污染物分为颗粒污染物和有害气体污染物， 其中的颗粒污染物包括固体颗粒和微生物。 室内空气品质的标准是实施评价与控制的基本依据，我国在室内空 t 气品质标准的建设方面着手虽然落后于欧美等西方发达国家，但近几年， 在室内空气品质问题起因、评价、控制技术等方面的研究己取得了不少 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 8 的研究成果，并且国家分别制定了一些室内环境特别是室内空气质量的 标准。 室内空气品质检测目的是准确、及时、全面地反映室内环境质量的 现状及发展趋势，为后续室内空气品质的预测及评价、室内空气品质标 准的制定、污染控制等提供准确的科学依据。我国目前是室内空气品质 检测方面已经制定了成熟的标准及检测方法。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 9 3 室内空气品质的预测 预测在环境保护与评价方面己有广泛的应用，并取得了满意的效果， 但在室内环境方面的应用可以说是凤毛麟角利用预测技术，可以预先 分析判断行为过程( 即室内空气品质的形成过程) 所产生的后果( g p 室内空 气品质) ，并利用评价方法判断即将形成的室内空气品质对健康、舒适性 的影响。室内空气品质预测是近十年来室内空气品质研究最为热门的领 域室内空气品质预测是建立在了解室内空气品质影响因子，变化规律、 主客观评价方法的基础上，运用过去和现在掌握的有关知识，对拟建建筑 物中的室内空气品质状况及其影响进行推测。室内空气品质预测属于主 观判断，预测结果的准确性取决于评价方法的可靠性、预测模型的合理 性、预测条件与实际条件的吻合程度等因素9 1 。 3 1 室内空气品质预测的意义 室内空气品质预测是影响评价的重要环节，是建立在了解室内空气 品质影响因子、变化规律、主客观评价方法的基础上，运用过去和现在 掌握的有关知识，对拟建建筑物中的室内空气品质状况及其影响进行推 测。 室内空气品质的预测对有效改善和控制室内空气品质具有重要的意 义，表现在以下几个方面： ( 1 ) 室内空气品质预测是认识观念上的重要改变。预测将室内空气 品质视为过程的产物，一切与室内空气品质有关的因素都随时随地地影响 着室内空气品质，空气品质也不再是特定建筑物内的“静态”的空气品质， 而是“实时”的空气品质，是一动态变量。 ( 2 ) 室内空气品质预测是控制策略的重要转变。要想有效地改善或 解决室内空气品质问题，必须重视其形成过程，在过程中予以控制，以获得 理想的结果 ( 3 ) 室内空气品质预测从根本上改变了h v a c ( 暖风通风空调) 在 室内空气品质控制中的角色，变被动的通风控制( 终点控制”1 ) 为主动的室 内空气品质预测。从总体上指导室内空气品质的控制过程。 ( 4 ) 室内空气品质预测是改善室内空气品质的动力。通过预测，可 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 0 以预知即将建成的建筑物内室内空气品质状况，提醒建筑物的设计、施工、 运行和管理等有关人员注意自己的行为过程所产生的后果，从而自觉地采 取技术措施，规范自己的行为过程，以获得满意的结果 3 2 室内空气品质预测方法分类 目前常用的室内空气品质预测方法可以分为五大类【。l ： 第一类是统计推断法，是在掌握大量历史和现时数据资料的基础上， 运用统计数学方法进行处理，从而揭示出这些数据资料所反映的环境质 量变异的内在客观规律，并据此对未来的环境质量状况进行预测。主要 方法有指数平滑法，趋势外推法，生长曲线法，灰色预测法等。 第二类是模式预测法，是从机理上对环境质量和它的影响因子之间 的因果关系进行定量分析，通过演绎推理获得其内在规律，然后对未来 环境质量的改变进行预测。主要方法有计算流体力学方法，多区域方法 等 第三类是类比分析法，它的要点是把正在发展中的事物与历史上曾 发生过的相似时间做类比分析，寻找出环境质量变异的规律性信息，从 而对未来环境质量的改变进行预测。 第四类是专家系统法，它的是用环境评价专家的知识经验判断结合 系统分析、层次分析技术的应用，将众多专家对环境质量未来变化所作 的估计综合分析，从而对环境质量改变作出预测。主要方法有专家个人 意见法，组织专家会议法，头脑风暴法，特尔斐法。 第五类是物理模拟预测法，采用与原型相似的实物模型来进行模拟 预测室内空气品质的变化。主要方法有人工环境舱法等。 3 3 室内空气品质的灰色g m 预测 3 3 1 灰色预测的基本思想 预测就是借助于对过去的探讨去推测、了解未来灰色预测通过原 始数据的处理和灰色模型的建立，发现、掌握系统发展规律，对系统的 未来状态做出科学的定量预测。所有灰色模型都可以用来做预测模型 对于一个具体问题，究竟应选择什么样的预测模型，应以充分的定性分 析结论为依据。模型的选择不是一成不变的。一个模型一定要经过多种 辽宁工程技术大学硕士学位论文2 i 检验才能判定其是否合理，是否合格。只有通过检验的模型才能用来做 预测i l l 】。 原则上讲，g m 模型只需要4 个以上数据即可进行建模。但对于信息 丰富、样本空间较大的原始数列，可以从中选择一部分数据进行建模， 这样我们便可对同一相同建立不拘一格的g m 模型。对这些模型预测结 果的分析，可以丰富对研究对象的认识，从而有利于更好地描述研究对 象的发展动态及其内在性质从理论上讲应该说原始数据的样本空间越 大越好，但实际情况则不然，有时利用了相同的不稳定信息，也可能使 得模型的精度弱化。因此，随着相同的发展变化，必须对所建模型进行 调整。 灰色预测把预测数据序列看作随时间( 序列数据的序号) 变化的灰色 量或灰色过程，在建模前，先对原始数据进行整理和处理，通过累加生 成和相关生成逐步使灰色量白化，使之呈现一定的规律性，从而建立相 应于微分方程解的动态模型并做出预报【挖】。 3 3 2 灰色g m 模型建模机理 一般模型是用数据列建立差分方程，灰色模型则是用原始数据列作生 成后建立微分方程。 灰色系统理论其所以能够建立微分方程的模型，是基于下述概念、观 点、方式和方法【1 ”。 ( 1 ) 灰色系统理论将随机量当作是在一定范围内变化的灰色量，将 随机过程当作是在一定范围、一定时区内变化的灰色过程。 ( 2 ) 灰色理论将无规律的原始数据经生成后，使其变为较有规律的 生成数列再建模，所以灰色模型实际上是生成数列模型。 ( 3 ) 灰色理论按开集拓扑定义了数列的时间测度，进而定义了信息 浓度，定义了灰导数与灰微分方程。 ( 4 ) 灰色理论通过灰数的不同生成方式，数据的不同取舍，不同级 别的残差灰色模型，来调整、修正、提高精度。残差是模型计算值与实 际值之差。 ( 5 ) 灰色理论模型在考虑残差模型的补充和修正后，变成了差分微 辽宁工程技术大学硕士学位论文 分模型。 ( 6 ) 灰色理论的模型选择基于关联度的概念，基于关联度收敛理论， 关联度收敛是一种有限范围的近似收敛。 ( 7 ) 灰色模型可按照后验差检验。后验差检验，是按照残差的概率 分布进行检验，属统计检验。 ( 8 ) 对高阶系统建模，灰色理论是通过n 维模型群解决的。灰色模 型群即一阶微分方程组，也可以通过多级多次残差模型的补充修正来解 决。 ( 9 ) 灰色理论建立的不是原始数据模型，而是生成数据模型。所以 灰色理论的预测数据，不是直接从生成模型得到的数据，而是还原后的 数据。或者说通过生成数据的g m ( i ，1 ) 模型所得到的预测值，必须作 逆生成处理才能得到真正的预测值。 3 3 3 灰色g m 模型的建立 g m ( 1 ，1 ) 模型是常用的数列预测模型，建模方法是：首先将原始数 据序列进行累加生成处理，以弱化其随机性，随后采用一阶单变量微分 方程对生成数列进行拟合，得到灰色预测模型，然后对方程求出离散解， 在检验模型的精度满足要求之后，最终预测出系统未来发展趋势。 建立g m ( 1 ，1 ) 模型的具体过程如下】： ( 1 ) 选取等时距连续的一组原始数据列： 嘏= 鲫，x 器，搿，础如= l ，2 ，3 ，拧) ( 3 - 1 ) ( 2 ) 对原始数据做一次累加，得到生成数据列： 嘏= 船，础，嘏，x 酣( 3 - 2 ) 嘏= ：；) ； = l ，2 ，哪一( 3 3 ) ( 3 ) 采用一阶单变量微分方程进行拟合，得到白化形式的灰色动态 模型： 警划”( 3 4 ) 式中口一发展系数；材一灰色作用量 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 3 ( 4 ) 记参数列a = 【口，“r 微分方程的解为： 础盯。( 础一+ 詈 方程( 5 ) 是连续对闻响应函数，对其进行离散化，得到微分方程的数值 解： 镏- ，2e “( 埘一兰) + ( 3 - 6 ) 用最小二乘法得到参数列 a = ( b 7 研一1 b 7x l ( 3 - 7 ) 其中： = 融，嘏，础r ( 3 8 ) 口= 一l 2 嘲+ 塌】 一l ，2 【瑙+ 球j 】 - 1 2 x ：, 1 ) + 砖) 】 3 3 4 灰色g m 预测的步骤 g m ( 1 ，1 ) 模型预测步骤如下： ( 1 ) 检验序列是否满足准光滑性和准指数规律，如果满足，则转步 骤( 2 ) ，如果不满足，则要考虑对原始序列数据进行一定的处理，再建 模。 ( 2 ) 设原始数据列为 榴= 鼢，增，榴，嘏虹= l ，2 加，功 计算一次累加序列 t 端= 却； i - i ( 3 ) 建立 辽宁工程技术大学硕士学位论文2 4 b = 一l 2 蚴+ z 跚 一1 2 x 吕；+ 碟) 】 - 1 2 x ：一i ) + 气i 。) 】 ( 4 ) 根据 a = 【以】7 = ( 口7 口) 一1 x b 7 求估计值a 和疗 其中，k = i 础，x 搿，工器】 ( 5 ) 用时间响应方程 锶i ) - e “( 础一+ ：u 计算拟合值锹。 ( 6 ) 用后减运算还原，即 。锹= 镏x “( i ”- ! ) ；f = 2 加，聆 ( 7 ) 求残差g ( o = 榴- 搿；f = 2 ，3 ，疗 计算相对误差“f ) = 鬻1 0 0 n , 4 ( ，) 若所有的i e ( 叫 8 0 ( 岛为事先给定的精度) ，则模型通过检验，否则利 用其他方法对预测值进行修正，比如利用残差g m ( i ，1 ) 模型对预测值进行 修正，对修正结果重新进行残差检验，如不满足要求可再重复步骤( 7 ) ，