（环境工程专业论文）室内通风效率及污染物治理的研究.pdf

四川人学丁程硕e 学位论文 y - 7 9 0 5 4 室内通风效率及污染物治理的研究 环境工程领域 研究生：杨婉指导教师：王安林挺超 室内空气污染是继煤烟型、光化学型污染之后的“第三污染”，是当今人 们所重视的主要环境问题之一。因室内空气质量( i n d o o ra i rq u a l i t y ，i a q ) 所导致的病态建筑综合症( s i c kb u i l d i n gs y n d r o m e ) 等建筑相关疾病，已影响 到人们的身心健康和工作效率。因为解决i a q 问题的重要性，对室内空气质 量控制和改善的研究正逐渐成为室内环境问题研究的热点。 本论文将通风工程技术和室内污染控制技术相结合，通过建立描述室内 污染物浓度变化规律的数学模型，模拟室内环境空气的实际变化过程，寻找对 室内污染物控制效果最好的方法。本论文在叙述室内空气污染危害及污染控制 的研究现状和参考质量守恒模型的基础上，推导了上送上排、上送下排和置扮 通风三种常用通风方式条件下，室内污染物稀释规律的数学模型。通过实验研 究，得出选用三种不同通风方式时，不同送风量对室内甲醛的稀释效果。通过 模拟室内环境条件研究了紫外光照射时，模拟的室内环境中涂有二氧化钛情况 下，对甲醛的去除作用。研究结果表明： 1 在自然通风时，室内空气污染物稀释规律的数学模型计算理论值与实 验值比较，有相似的变化规律。 2 送风量低的情况下，增加送风量有利于室内甲醛的稀释，但有时送风 量过大，反而会增加室内空气在局部地点的涡流，造成污染物分布不均，室内 污染物浓度会出现波动。 3 置换通风在送风量较低时对甲醛的稀释效果相对较好，且较为稳定。 在大送风量的情况下，置换通风和上送下排通风方式对甲醛的稀释效果相对于 r 四川人学工程项 ：学位论文 上送上排通风方式有明显优势，但置换通风相对于上送下排通风方式无明显的 优势。 4 紫外光照射下，三种通风方式时二氧化钛涂料对甲醛都有较好的光催 化去除效果。尤其对上送下排和置换通风方式而言，其去除效果优势明显因 此，二氧化钛涂料能实际应用于净化室内甲醛污染的空气。 5 在不同的送风量条件下，有紫外光照射时，二氧化钛涂料在置换通风 方式下对室内甲醛的降解效果相对较好。 本论文的数学模型、不同通风方式和不同送风量下室内环境模拟实验数 据，对工程设计中通风方式和建筑材料的选用有一定的借鉴作用。对于降低室 内污染物浓度，有效控制室内污染有重要意义。 关键词：通风甲醛污染稀释二氧化钛 n 四川大学工程硕 学位论文 s t u d yo fi n d o o rv e n t i l a t i o ne f f e c t i v e n e s sa n d a i r b o r n e p o l l u t a n t sc o n t r o l m a j o r ：e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：y a n gw a nt u t o r ：w a n ga n l i nt i n g c h a o i n d o o ra i r b o r n ep o l l u t a n ti so n eo ft h em a i ne n v i r o n m e n tq u e s t i o n s i ti sa l s o c a l l e d t h et h i r dc o n t a m i n a n t ”a f t e rt h ec o a l g a sc o n t a m i n a n ta n dl i g h t c h e m i c a l c o n t a m i n a n t p e o p l e sh e a l t h ya n dw o r k i n ge f f e c t i v e n e s sh a v eb e e ni n f l u e n c e db y b a di n d o o ra i r q u a l i t yh e a v i l y w h i c hi sc a l l e db u i l d i n gd i s e a s e ss u c ha ss i c k b u i l d i n gs y n d r o m e b e c a u s eo ft h ei m p o r t a n c eo fi n d o o ra i rq u a l i t y , i n d o o ra i r q u a l i t yc o n t r o la n di m p r o v e m e n th a sb e e ng r a d u a l l ys p e c i a l t ye n c o u n t e r e db y b u i l d i n ge n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g t h ev e n t i l a t i o na n di n d o o rc o n t a m i n a n tc o n t r o l e n g i n e e r i n gh a v e b e e n c o m b i n e di nt h i sa r t i c l e t h em a t h e m a t i c a lm o d e lf o rt h ea i r b o r n e p o l l u t a n t s c o n c e n t r a t i o ni n d o o ri sa l s ob u i l t b ye x p e r i m e n t a ls t u d y , f i n d i n gt h eb e s ti n d o o r c o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o nm e t h o di st h eo b j e c t s o ，b a s e do nr e v i e w sa b o u ti n d o o r a i rc o n t a m i n a n ta n dm a s sc o n s e r v a t i o nm o d e l ，t h ea r t i c l ed e d u c e st h ea i rc h a n g e e f f i c i e n c y a n dv e n t i l a t i o n e f f i c i e n c y m a t h e m a t i c a lm o d e l so ft h r e ec o m m o n d i f f e r e n ta i rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ：t h eu p - i na n du p o u tv e n t i l a t i o n ，t h eu p i na n d l o w o u tv e n t i l a t i o na n dt h ed i s p l a c e m e n tv e n t i l a t i o n b ye x p e r i m e n t s ，t h ea r t i c l e d i s c u s s e st h ed i l u t ee f f i c i e n c yo fi n d o o rf o r m a l d e h y d eu n d e rd i f f e r e n ta i r d i s t r i b u t i o ns y s t e ma n dd i f f e r e n ta i rq u a n t i t y b ys i m u l a t i n gi n d o o re n v i r o n m e n l t h i s a r t i c l e i n v e s t i g a t e s t h er e m o v ee f f e c to ft i 0 2p h o t o c a t a l y s i so nt h e c o n c e n t r a t i o no fa i r b o r n ep o l l u t a n t si n d o o r su n d e ru v l i g h t t h er e s u l t ss h o wt h a t ： 1 w h e nn a t u r a lv e n t i l a t i o n ，t h ec a l c u l a t i o no fm a t h e m a t i c a lm o d e la n dt h e t h 四川大学1 二程硕i j 学位论文 e x p e r i m e n tr e s u l t s f o r t h ea i r b o r n e p o l l u t a n t s c o n c e n t r a t i o nh a v et h es i m i l a r c h a n g i n g o r d e r l i n e s s ， 2 w h e nt h ev e n t i l a t i o nq u a n t i t yi sl o w ，i n c r e a s i n gv e n t i l m i o nq u a n t i t yc a l l h e l pd i l u t i n gf o r m a l d e h y d ei n d o o lb u tt o oh i g hv e n t i l a t i o nq u a n t i t yc a na r o s et h e r e b o u n do fi n d o o rc o n t a m i n a n tc o n c e n u m i o n 3 t h ed i s p l a c e m e n tv e n t i l a t i o nc a ne f f e c t i v e l ye l i m i n a t ef o r m a l d e h y d eu n d e r l o wv e n t i l a t i o n q u a n t i t y w h e n t h ev e n t i l a t i o n q u a n t i t y i st o oh i g h ，t h e d i s p l a c e m e n tv e n t i l a t i o na n dt h eu p - i na n dl o w o u tv e n t i l a t i o n h a v et h em o r e e v i d e n ta d v a n t a g e st h a nt h eu p i na n du p o u tv e n t i l a t i o n ，b u tt h ea d v a n t a g eo ft h e d i s p l a c e m e n tv e n t i l a t i o nt ot h eu p i na n dl o w o u tv e n t i l a t i o ni su n o b v i o u s 4 w h i l et h eg l a s s p l a t e sw i t ht i 0 2c o a t i n g a r e e x p o s e d t ou vl i g h t ， f o r m a l d e h y d es h o u l db ec o n v e r t e dq u i c k l yu n d e rt h r e ed i f f e r e n ta i rd i s t r i b u t i o n s y s t e m s ，e s p e c i a l l yt h ed i s p l a c e m e n tv e n t i l a t i o n a n dt h e u p - i n a n dl o w - o u t v e n t i l a t i o n t h i sr e c o m m e n d st h a tt h et i 0 2c o a t i n gc a nh eu s e di nc l e a n i n gi n d o o r a i r 5 u n d e rt h ed i f f e r e n tv e n t i l a t i o nq u a n t i t y t i 0 2c o a t i n ge x p o s e dt ou v l i g h t w i t ht h ed i s p l a c e m e n tv e n t i l a t i o nc a ne f f e c t i v e l ye l i m i n a t ef o r m a l d e h y d e t h em a t h e m a t i c a lm o d e l ，e x p e r i m e n tr e s u l t so ft h ed i f f e r e n ta i rd i s t r i b u t i o n s y s t e ma n dd i f f e r e n t a i r q u a n t i t y c a np r o v i d eh e l pf o rs e l e c t i n ga n da d o p t i n g d i f f e r e n ta i rd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n db u i l d i n gm a t e r i a l s ，a n dh a v es o m ei m p o r t a n t v a l u e sf o ri n c r e a s i n gi n d o o ra i rq u a l i t y k e y w o r d s ：v e n t i l a t i o nf o r m a l d e h y d e c o n t a m i n a t i o nd i l u t e t i 0 2 四川人学工程硕上学位论文 第一章前言 1 1 室内空气污染问题及其危害 现代生活中，人们有8 0 以上的时间是在室内度过的，室内空气质量i a q ( i n d o o ra i rq u a l i t y ，i a q ) 问题所导致的病态建筑综合症( s i c kb u i l d i n g s y n d r o m e ，s b s ) 等极大地影响着人们的身心健康，由此而引起的社会工作效 率降低和医疗费用增高等社会问题也已受到了广泛关注。社会各界已认识到解 决i a q 问题的重要性和紧迫性，i a q 问题也成为建筑环境污染控制研究领域 的研究热点。 1 1 1 对i a q 的认识 近十年来，发达国家的有关大学和研究机构投入了大量研究经费，进行了 几百项i a q 方面的试验，发表了数千篇论文，召开了许多国际会议，创办了 多种相关国际学术刊物【1 ，究其原因，主要有以下三个： ( 1 ) 现代建筑采用的墙漆、地毯等装饰性材料，散发大量的有毒有害物质， 对室内空气的污染相当严重。 ( 2 ) 因为室内是人们主要的生活和工作环境，现代社会人群在室内停留的 时间越来越长，i a q 质量的好坏，对人们的影响甚大。 ( 3 ) 现代建筑大部分装有空调系统，从节能角度考虑，通过空调系统进入 室内的新风量减少，同时，空调系统也有可能由于运行管理不善而成为某些病 菌病毒滋生的温床和交叉感染的媒介。 1 1 2i a q 的评价 室内空气质量评价是认识室内环境的一种科学方法，是随着人们对室内环 境重要性认识的不断加深所提出的新概念。室内空气质量评价主要分为主观评 价和客观评价两种 2 1 。 最早对室内空气质量进行较为系统研究的是丹麦技术大学的p o f a n g e r 教授【3 】，他在1 9 8 9 年i a q 品质会议上提出：品质反映了满足人们要求的程度， 如果人们对空气质量满意，就是高品质，反之，就是低品质。英国的c i b s e 朋川大学t 程硕上学位论文 ( c h a r t e r e di n s t i t u t eo f b u i l d i n gs e r r i l c e se n g i n e e r s ) 认为【4 】：少于5 0 的人能 察觉到任何气味，少于2 0 的人感觉不舒服，少于1 0 的人感觉到粘膜刺激， 并且少于5 的人在不足2 的时间内感到烦燥，则可认为此时的i a q 是可接 受的，这两种定义的共同点是将队q 完全变成了人们的主观感受。但是，房 间内的有一些有害气体，如氡等，对人体是没有刺激作用的，但它们对人体的 危害却很大，所以，仅凭主观感受是不能完全反映室内空气质量的。1 9 9 6 年， 美国供暖、制冷和空调工程师协会( a s h r a e ) 在6 2 - - 1 9 8 9 r 通用标准中， 提出了“可接受的i a q ”和“感受到的可接受i a q ”的概念。“可接受的i a q ” 定义为：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 已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 i a q ”定义为：空调空间中绝大多数人没有因为气味或刺激性表不满，它是达 到可接受的i a q 的必要而非充分条件。在这一标准中，室内空气质量评价包 括了客观指标和人的主观感受两个方面的内容，比较科学和全面。 客观评价是直接用室内污染物指标来评价室内空气质量，由于涉及到室内 空气质量低浓度污染物太多，不可能每样都监测，因此需要选择具有代表性的 污染物作为评价指标来全面地反映室内空气质量的状况。大量的测试数据表 明，即使在i a q 状况恶化，室内人员感觉极差时，室内低浓度的污染也很少 超标。由于人们对污染的反应有一定的个体差异，在相同的室内，人们会由于 所处的精神状态、工作压力、性别、年龄等因素不同而产生不同的反应。因此， 客观评价有一定的局限性，在对室内空气质量进行评价时还必须将主观因素考 虑在内。 主观评价的常用方法主要是采用对大量人群进行调查的方法。调查表采用 选择法对各种感觉程度进行量化，有时还对被调查人员背景资料进行调查以排 除影响因素，最后进行统计归纳得出规律性。 将主观评价与客观评价相结合可得出更为准确的室内空气质量评价结论。 1 1 3 研究室内空气污染问题的意义 随着社会的进步，物质生活水平的提高，人们对环境的要求也在不断提高， 越来越多的人们开始关注室内空气质量。室内空气污染对社会产生的危害主要 体现在以下两个方面： 2 四川大学工程硕j 二学位论文 ( 1 ) 危害人体健康 国内外大量的研究结果表明，室内空气污染会引起“病态建筑综合症” ( s b s ) ，症状包括头痛、眼、鼻和喉部不适、皮肤干燥发瘁，注意力难以集 中等，大多数人在离开建筑物后症状会减轻。 目前由装饰材料所造成的污染是室内空气污染的主要来源。市场上8 0 的装饰材料都含有大量的有害物。这些建材进入室内后，在通风环境不好的房 间浓度很高，极大地危害人体的健康。 ( 2 ) 影响工作效率 室内空气质量与劳动效率和出勤率有着密切关系，有资料显示，在美国， 每年因呼吸道感染而就医的人数达7 5 0 0 万次，每年花费的医疗费用达1 5 0 亿 美元，而缺勤损失高达5 9 0 亿美元引。国外经验显示，加强室内空气质量的控 制，通常增加的费用并不多，却可以达到提高劳动生产率的目的。 室内空气质量问题早己存在，如2 0 世纪7 0 年代石油危机袭击西方各国， 迫使能耗大的空调建筑仓促采用许多偏激的节能措旋，如降低新风量，提出次 优温度控制以及采用大量新型建筑材料加强围护结构的绝热性和密闭性等，加 剧了室内空环境的恶化。因此，研究室内空气质量，不仅可以保护人体的健康。 提高劳动生产率。同时，还可以研究人们不科学的生活习惯如吸烟、烹饪等造 成的室内空气污染，指导人们科学合理地生活；并通过考察现代工业对人居环 境带来的影响，为开发环境友好产品提供依据。 1 1 4 室内空气污染的特征 室内空气污染与室外大气污染不同，有着以下显著的特征3 1 。 ( 1 ) 累积性 室内环境是相对封闭的空间，从污染物进入室内导致浓度升高，到 排出室外至室内污染浓度降低，需要较长的时间。室内的建筑装饰材料、 家具、地毯、复印机、打印机等都可能释放出一定的化学物质。如不采 取措施，它们将在室内逐渐累积，构成对人体的危害。 ( 2 ) 多样性 室内空气污染既有生物性污染物，如细菌、病毒；又有化学性污染物，如 甲醛、苯、氨、甲苯、一氧化碳、二氧化硫等；另外还有放射性污染物，如氡 3 四j i l 大学1 程硕l 学位论文 等。 室内空气污染物的来源既有室内污染源，如家庭装修用的人造板材、油漆 等释放的大量有机污染物：也有来室外污染源的污染物，如室外污染空气向室 内的扩散。 因此，室内空气污染无论从污染物的种类还是来源上看，都具有多 样性。 ( 3 ) 长期性 由于人们大部分的时间在室内环境中，即使浓度很低的污染物，在长期作 用于人体后，也影响人体健康。 1 1 5 室内空气污染物的种类及危害 按照污染源散发污染物及典型室内空气状态调查结果，归纳出室内 主要污染物有【5 】： ( 1 ) 挥发性有机化合物( v o c ) 挥发性有机化合物( v o c ) 是指环境监测中以氢焰离子检测器测出的非 甲烷烃类物质的总称，其中包括含氧烃类、含卤烃类。研究证明，建筑材料所 散发的v o c 是产生“病态建筑综合症”( s b s ) 的主要原因。v o c 对人体健 康影响主要是刺激眼睛和呼吸道、皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛和乏力。 v o c 中的苯、多环芳烃等为致癌物质。 ( 2 ) 甲醛 室内甲醛主要来源于建筑材料、家具、各种粘合剂涂料、合成织品 等，香烟及一些有机材料燃烧也会散发出甲醛。低浓度甲醛对人体影响 主要表现在皮肤过敏、咳嗽、多痰、失眠、恶心、头痛等，甲醛对中枢 神经系统有明显的影响，另外，甲醛与空气中离子形成氯化物反应生成 致癌物质一二氯甲基醚，也已引起人们的关注。 ( 3 ) 氨气 室内氨来源于室内装饰材料、木制板材、以及土建施工中为加速混凝土凝 固所添加的含有氨水的添加剂，如冬季施工中使用尿素和氨水为主要原料的防 冻剂。氨是一种碱性物质，它对接触的皮肤组织有腐蚀和刺激作用，损害上呼 吸道粘膜上皮组织，使病原微生物易于入侵，减弱人对疾病的抵抗力。 4 四川大学 【程硕j 学位论文 ( 4 ) 颗粒污染物 颗粒污染物也即通常所说的悬浮颗粒。室内颗粒污染物主要来自室外、生 活炉灶以及吸烟。这些颗粒污染物成分很复杂，除一般尘埃外，还有炭黑、石 棉、二氧化硅、铁、铝、镉、砷、多环芳烃类等1 3 0 多种有害物质，这些颗粒 污染物通过呼吸道进入人体后，可危害人的呼吸系统和引起心血管系统的病 变，降低人体免疫功能。 ( 5 ) 氡及其衍生物 氡污染主要有三方面来源：一是存在于地表，特别是地下花岗岩和 火山结构的地区：二是从房基土壤、建筑材料中析出的氡：三是从室外 空气中、从供水及用于取暖和厨房设备的天然气中释放的氡。 氡气是世界卫生组织确认的主要环境致癌物之一。氡是无色无味、不可挥 发的放射性惰性气体，当氡及其衍生物通过呼吸道进入人体后，往往长期滞留 在人体的整个呼吸道内，是导致人体呼吸系统疾病的重要原因之一。 ( 6 ) c o 和c 0 2 室内c o 是家庭用燃气灶或小型煤油加热器的不完全燃烧产物，c o 对人 体的心血管系统、神经系统均有影响，严重时可危及生命，c o 还可引起胎儿 体质低和智力发育迟缓。 居室中c 0 2 的来源主要是人体自身排出的呼吸产物、燃料燃烧产物、吸 烟产物和植物呼吸产物，c 0 2 属呼吸中枢兴奋剂，为生理所需，但当其浓度超 过一定范围后，会导致空气中氧气含量降低，对人体产生危害。 ( 7 ) n o x 、s o x 及0 3 室内n o x 、s o x 来源于燃料燃烧产物，0 3 则来源于室外大污染和室内电 视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器、紫外灯、电子消毒柜等在使用过 程中的产物，这三类物质均有很强的刺激性，严重时可导致人体呼吸系统病变， 危害人体的中枢神经。 1 2 室内空气污染的主要来源 室内环境和热舒适的影响因素有四个，即室内温度、湿度、风速和室内空 气污染。其中，室内空气污染是影响人体健康和工作效率的重要因素。导致室 内空气污染的主要来源是室内空气中的有害物质，其来源主要有暖通空调设 5 网川大学r ：程硕士1 学位论文 备、非h v a c 设备、人体活动、建筑材料及家俱等【6 。 ( 1 ) 暖通空调设备内的污染源主要有： 管道和部件积灰；凝结水盘、加湿器、管道和盘管上的微生物繁殖：杀虫 剂、密封剂、清洁剂不恰当使用；燃烧产物通风不当：制冷剂泄漏等。暖通空 调设备在维护保养不当或设计本身存在问题的情况下，会成为室内一个主要污 染源。 ( 2 ) 非h v a c 设备污染源包括： 办公设备释放的挥发性有机化合物和臭氧：化学储备品( 溶剂、调色剂、 氨水) 、电梯电机和气体机械设备、商店、实验室、清洁过程释放的污染物等。 ( 3 ) 人体活动产生的污染源主要有： 个体活动如吸烟、烹调、体味、化妆品气味；整理清洁活动如清洁材料、 储备品、垃圾，使用去臭剂、芳香剂、打扫及吸尘等维护活动。 ( 4 ) 建筑部件和家俱的污染源包括： 建筑部件和家俱本身材料所散发的有机化合物等；不卫生的条件；产生和 聚焦灰尘和纤维的建筑部位如地毯、窗帘、织物表面、敞开的书架、旧家俱、 含有石棉的材料。 此外，还有一系列的条件影响着室内空气质量，如污染源之问的相互影响， 污染源沉降及室内外空气之间的流动等，沉降下来的污染物受到气流扰动后又 将成为新的污染源。 长期以来，人们对低浓度污染物以及这些污染物的综合作用掉以轻心，室 内污染物多因子、低浓度、多途径、长时间地作用于人体，对人造成了极大的 危害。人体每天所呼吸的空气量很大，每次呼吸约有5 0 0 毫升空气，一天之内 要呼吸8 6 4 0 1 毫升空气5 1 。因此，即使一种有害物质在空气中的浓度很低，它 对人体呼吸系统的损害也是不容忽视的。许多气态的有害物质被吸入人体后会 直接通过肺泡薄膜进入血液而有些颗粒物，如石棉纤维，是否能被吸入人体 取决于其大小。粒径小于1 0 微米而大于5 微米的颗粒物会停留在呼吸道的上 部，较小的粒子则会进入肺泡，粒径小于1 微米的粒子会再次被呼出。有害物 质与肺泡的接触会引发肺癌 ”。 下图为污染物在室内的存在过程，由图中大致可看出污染物在室内存在、 作用与排出的过程。 6 网j 1 i 火学r 程坝l 学位论文 有害物进入或在室内产生 反作用、相互作用 衰减 贴跗于建筑物内各表面 保持不变 建筑材料 家俱、设备 h v a c 系统 生括用具 人员 室外空气、土壤 人员吸入 人员呼出 随排风离开 图1 - 1污染物在室内存在、作用与排出的过程 1 3 室内空气污染的健康效应 关于室内空气污染对人体健康影响的表现和原因，人们众说纷纭，世界卫 生组织将健康定义为“一种完全的生理、心理、社会意义上的良好状态，并不 只是没有疾病或身体虚弱”。同时，关于各种室内污染物在高浓度下对人体健 康的影响已有许多研究成果。 由于非工业建筑中的空气污染物浓度较低，人们研究的主要内容是在低浓 度下空气污染对人体健康的影响：一方面是污染物对人体功能的干扰，另一方 面是人对环境的不良感受。 在低污染物浓度下最常见的影响可分为三大类【8 】： ( 1 ) 暴露在空气中的人体组织的一种急性或亚急性的炎性反应。 ( 2 ) 人体感官受到强烈刺激时对环境的不良感受。 ( 3 ) 由于以上感受引起的一系列反应，一般可认为是一些亚急性的环境 紧张反应。 般认为，人们通过鼻腔前部的嗅觉器官、舌头的味觉以及化学感知器官 中的种，或者它们的综合作用，有时包括从其它器官接受的额外信号，如视 7 四川大学r 程硕士学位论文 觉、对热环境的感知等，来感觉室内污染物的存在。这种刺激称为“感知室内 空气质量”。化学感知器官既包括皮肤表面的三叉神经也包括眼、鼻、嘴或其 它部位的黏膜。这些神经有多种形式的感应器，通过感应蛋白质的化学反应或 物理吸附感知环境中的化学物质。感知器官的活动将导致诸如流泪、呼吸频率 改变、咳嗽或打喷嚏等保护性反应。 人们目前已经用多种方法来研究各种室内空气污染物对人体健康的影响。 许多案例分析表明室内污染物对人体的健康有害，已经观察到的对人体的危害 包括黏膜发炎、中枢神经系统的改变，头痛、异味、疲倦及怕冷怕热、吹风感， 儿童的哮喘病和支气管炎等。 对空气温度和室内空气污染对人体的综合影响的研究表明，鼻腔容积和鼻 腔断面积随着室内污染物浓度的增加和温度的降低而减小。当温度变化和污染 物同时出现时，会影响室内空气质量，影响人体前额皮肤温度及引起流汗、流 泪等。 1 4 室内空气质量的评价指标 室内空气质量评价是认识室内环境的一种科学方法。它是人们对室内环境 重要性认识不断深入而提出的新概念，它采用数量化的手段对室内环境诸要素 进行分析，综合主、客观评价对空气质量进行定量的描述。要确定室内空质量 状况对人类生存和发展的适宜性，就必须对室内空气质量进行评价。 1 4 1主观评价与客观评价相结台的综合评价方法例 评价程序主要有三条路径，即客观评价、主观评价和个人背景资料。 客观评价是直接采用室内污染物指标来评价室内空气质量，通过选择具有 代表性的污染物作为评价指标，全面、公正地反映室内空气质量的状况，其分 指数定义为污染物浓度与标准上限值之比，由分指数有机组合成的评价指数用 于综合反映室内空气质量的优劣。 主观评价是指利用人体的感觉器官进行描述和评判的工作，一种是表达对 环境因素的感觉，另一种是表达环境对健康的影响。这些评价用国际通用的调 查方法来规范和量化，以提取最大的信息量，强化评价数据的可靠性。 个人背景调查中一部人是排他性调查，另一部分是个人资料调查，主要用 r 叫川天学t 程硕i 学位论文 以排除非室内空气质量因素所引起的干扰以及潜意识对评价的影响，以有助于 做出正确判断。 最后综合以上三条路径的资料，通过统计分析，评价室内空气质量。根据 要求，可评定室内空气质量的等级、做出仲裁、提出咨询意见或提供治理对策 与措施。 1 4 2 当量评价指标e e l ( e q u i v a l e n te v a l u a t i o ni n d i c a t i o n ) t 0 1 e e l 为当量评价指标，是室内环境综合指标。最佳的室内环境并非是由一 个环境参数和某个确定的设计或控制点决定的，而是决定于室内空气质量的推 荐值或允许范围内的客观标准加上居住者的主观看法或期望。e e l 的下限称为 节能允许值或推荐值，上限是室内空气质量所能达到的极限。同时利用有效温 度e t ( e f f i c i e n tt e m p e r a t u r e ) 作为室内环境的控制指标来设置相对湿度的上 下限。这种方法还为评价考虑到相对湿度因素影响的室内新风的热回收循环系 统提供了合理的根据。 1 4 3 i a q ( i n d o o r a i rq u a l i t y ) 等级模糊性综合评价 t a q 等级模糊性综合评价是指利用模糊数学的处理方法，综合考虑影响对 象总体性能的各个指标，通过引入隶属函数同时考虑各指标在影响对象中的重 要程度，经过模糊变换得到每一个被评价对象的隶属度。 1 4 4 换气效率和通风效率评价 换气效率与通风效率综合表示通风系统的送风效应，进行有效通风，利用 室外新风稀释与排除室内有害气体或气味，以保证室内空气质量。其中换气效 率是衡量室内某点或全室空气更换效果优劣之指标，通风效率是表示送风排除 热和污染物的能力的指标。 1 4 5 动态模式d m ( d y n a m i c sm o d e l ) i 撇1 1 1 动态模式法就是将室内污染物的质量浓度作为时间的函数，通过该函数确 定一天中各不同时刻污染物的质量浓度，并确定哪些时刻质量浓度最大，从而 确定最有效的设计方案将这些污染物的质量浓度降低到卫生标准以下。通过此 9 四川人学工程顶七学位论文 法确定的通肛【方式既有助于保证室内空气质量，而且比稀释通风能更加经济有 效地控制室内污染物。 1 4 6 室内空气耗氧量c o d ( c h e m i c a l o x y g e n d e m a n d ) 1 2 1 室内空气耗氧量是指利用有机物的被氧化特性，通过一定的方法测定室内 挥发性有机化合物v o c ( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d ) 被氧化的空气耗氧量( 此 时忽略空气中可被氧化的无机物的影响) ，以表征室内v o c 的总浓度。空气 耗氧量由前苏联学者于2 0 世纪8 0 年代提出。其原理是基于空气污染物中的有 机物可被重铬酸钾一硫酸液完全氧化；根据有机物被氧化时消耗的氧气量即可 推算出室内空气耗氧量的含量。 1 4 7 室内空气质量的c f d ( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ) 评价i l 到 利用计算流体动力学c f d ( c o m p u t a t i o n a lf i u i dd y n a m i c s ) 方法来研究室 内的空气动力学特性时，是通过求解连续方程、动量方程、能量方程、气体组 分质量守恒方程，得到室内各个位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度、 空气年龄等参数的整场参数分布。进而结合人体舒适的评价标准，来考察舒适 性在整个空间的分布情况，为空调系统的布置和改进提供依据。 1 5国外室内空气质量研究现状及进展 从上世纪八十年代开始，国外许多研究人员和相关机构就注意到i a q 问 题。f a n g e r 和v a l b j o r n 研究了室内气候对人体舒适的影响。美国国家研究院的 各委员会出版了有关室内空气污染对呼吸道和肺部健康负面影响的论文【1 4 】 坫】。美国国家环保局主持了有关室内氡污染和建筑材料中v o c 散发的研究项 目 16 】 1 7 】。欧洲共同体进行了关于室内空气质量及对人体健康影响的合作项 目。加拿大出版了健康建筑手册，其中报道了通风空调系统、室内空气流 动、室外空气品质、建筑材料、室内污染及居住者对室内空气环境的影响方式 1 s l 。瑞典国家建筑科学院举办了题为“如何得到健康建筑”的研讨会【i 铆。联 邦德国环境保护局决定给低污染的油漆产品授以“环保标志”，这一措施使低 污染的产品所占市场份额从1 9 8 0 年的1 增长到1 9 8 9 年的2 0 1 2 0 l 。国际室 内气候学会( i n t e r n a t i o n a ls o c i e t yo fi n d o o ra i rq u a l i t ya n dc l i m a t e ) 及相关科 1 0 旧川大学丁程硕f 学位论文 研机构从1 9 8 0 年起出版了关于i a q 方面的期刊，召开了系列的学术会议，如 室内空气质量国际会议，通风国际会议，室内空气质量、通风与建筑节能国际 会议，健康建筑国际会议等。 德国在建筑装饰和室内产品的管理方面最为成功，自1 9 7 8 年德国发布了 第一个环境标志一“蓝色天使”以来，世界上已有2 0 多个国家和地区对建筑、 装饰材料实行了环境标志，有些国家制定了“健康建材标准”，规定涂料产品 在使用说明书上除标明性能指标外还必须标明健康指标。德国制定的胶合板 材料释放甲醛评价标准，目前己成为欧盟成员国的共同标准。 正是由于制定了大量较为完备的法律法规，使得国外目前可以较好地从源 头控制室内空气污染，室内单纯由于装饰材料如油漆、涂料、人造板材等引起 的室内空气严重污染现象，在近些年，已经得到慢慢改善。 1 6 我国室内空气质量研究现状 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，为改善居住条件， 全国各地大规模建造居民楼、不少家庭开始进行室内装修并安装了家用空调 器，在居住条件大幅度改善的同时，室内空气质量却不断恶化。目前，室内空 气污染的主要原因是由室内装修引起的，尤其是在某些高层建筑如高层写字 楼、高层宾馆，由于此类建筑多安装有空调系统，空调房间长期处于封闭状态， 室内空气经反复过滤后，负氧离子减少，自装饰材料散发的甲醛、挥发性有机 物等有毒有害物质难以排至室外，同时，空调系统内部的环境又适宜细菌微生 物的滋生，由此引起了一系列建筑综合症。国内的研究热点主要有以下几个方 面1 2 1 1 。 1 6 1 污染源的控制 改善室内空气质量。最根本的办法是禁止采用散发污染物的建筑材料、装 饰材料，减少家具及设备器具的污染物发散，国家技术监督局于2 0 0 1 年1 2 月颁布了l o 项室内装饰材料的有毒物限量标准【4 】。新型建筑材料的化学污染 与放射污染没有彻底解决之前。最好不要采用。同时，据大量的调查报告显示， 室内的过敏物质与不良气味大多来源于微生物的代谢，再加上2 0 0 3 年春季 s a r s 病毒肆虐，国内些研究机构，例如清华大学，将研究重点转向了室 1 1 删川人学工程硕上学位论文 内微生物污染，着重研究建筑结构和通风空调系统的二次污染，以避免由于空 调系统自身问题引起的交叉感染。 1 6 2 室内气流组织的研究 通风是借助稀释的原理消除室内污染的物理手段，清华大学、东华大学与 西安建筑科技大学2 3 h 2 5 1 致力于通风的有效性与室内空气质量关系研究，进行 了室内不同气流组织下不同污染物的分布比较研究，研究证明，良好的气流组 织形式是提高室内空气质量的有效途径之一。 1 6 3 室内空气净化设备的研究 国内很多高校和研究机构的研究证明，过滤、吸附设备虽然并不能完全取 代室外新鲜空气，但对室内空气质量的提高有一定作用，普遍采用的方法是提 高粗效、中效、亚高效、0 3 微米高效和0 5 微米高效过滤器性能，采用活性 炭吸附剂吸附空气中有毒或有臭味的气体、蒸气或其它有机物质，用光催化剂 使挥发性有机物( v o c ) 分解成c 0 2 和水蒸气等，目前上述几种方法已被用 于房间空气净化器【2 ”。 1 6 4 室内空气质量指标数学模型分析 由于计算机技术和数值模拟技术的发展，利用数学模型进行室内空气质量 的研究已成为一种常用的方法。目前常用的数学分析方法有：m u l t i z o n e 模型、 c f d ( 计算流体动力学) 模型、z o n a l 模型等【2 ”，其中尤其是c f d 模型已能 够在计算机上较为准确地计算室内空气的温度、湿度、气流速度以及有害物浓 度分布等物理量，对解决工程实际问题意义重大。 1 6 5 室内空气质量评价标准 室内空气质量评价是认识室内环境的一种科学方法，它反映在某个具体的 环境内，环境要素对人的工作、生活适宜程度的影响，而不是简单的合格或不 合格的判断，也不能认为室内空气质量对人的影响仅仅是污染物浓度的大小。 同济大学沈晋明教授m 1 长期从事室内空气质量评价的研究，认为由于各国室 内污染物种类和污染水平不同，人种不同，民族特性、文化背景与生活习惯不 1 2 四门i 大学t 程硕l 学位论丈 同，性别与年龄不同，造成对污染反映的差异，对于室内空气质量评价应该建 立个适合国情的评价程序。 1 7 本课题的主要研究对象及内容 1 7 1 光催化剂 1 7 1 i 光催化剂研究综述 随着建筑材料中各种添加物以及室内装饰材料和各种家用化学物质的使 用，室内空气污染的程度日趋严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外， 甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达 3 0 0 多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有2 0 多种，极大地威胁 着人类的健康生活f 7 】。科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的途 径，可以合理利用自然光资源，通过t i 0 2 半导体的光催化效应，在材料内部 由吸收光激发电子，产生电子一空穴对，即光生载流子，其迅速迁移到材料表 面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基( o h ) 和超氧阴离 子自由基( 0 2 o h ) ，最终转化为对人体无害的c 0 2 和h 2 0 ，起到降解环境污 染物和抑菌杀菌的作用。1 9 8 5 年，日本京都大学的k a g i t a n i 等首先进行了气 固相光催化消除污染物的研究1 2 9 1 【3 2 1 ，并与丰田公司合作于1 9 8 8 年推出实用 化工产品一脱臭杀菌装置，这是国际上将光催化法成功地用于消除空气中微量 有害气体的首例。只要室内或车内喷涂光催化剂后，在阳光的作用下，便能对 区域内的空气或物体表面起到杀菌、脱臭、防霉、净化空气的作用。日本科学 家经过不懈的努力，实现了光催化技术的普遍应用。 在我国，许多高校和研究所相继在国内开展了气固相光催化研究，成功 地开发出了新型高效的光催化剂( 以t i 0 2 为主体) 及相应的空气净化装置， 在消除空气中h 2 s 、n h 3 、s 0 2 、c o 、n o x 、h c h o 、c h 3 s h 等有害气体方面 取得了很好的效果。 随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、 抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，n 0 2 光催化剂的出现为环 境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了 有效的途径。 四j l i 大学t 程硕i 学位沦文 1 7 1 2 光催化剂的净化原理 光催化剂的主要成分是二氧化钛( m i 0 2 ) 。二氧化钛吸收阳光中的紫外线 后，内部电子被激发，形成活性氧类的超氧化物和羟基原子团，它超