室内空气品质与新风量控制.doc

室内空气品质与新风量控制第6卷第3期2006年6月制冷与空调REFRIGERAT10NANDA1RCOND1T1ON1NG4246室内空气品质与新风量控制陈益武徐红梅(徐州建筑职业技术学院)摘要鉴于室内污染物的主要来源及其交叉感染,介绍室内空气品质的评价指标与改善措施,分析新风系统的分配问题,探讨新风量控制的方法与改进.关键词通风空调室内空气品质新风量室内污染物交叉感染评价指标IndoorairqualityandthevolumecontroloffreshairChenYiwuXuHongmei(XuzhouInstituteofArchitecturalTechnology)ABSTRACTInviewOthemainsourcesandthecrossinfectionOindoorcontamination.presentstheevaluationindexandtheimprovementmeasuresforindoorairquality,analyzesthedistributionproblemsoffreshairsystem,discussesthemethodsandtheimprovementforfreshairvolumecontro1.KEYWORDSventilationandairconditioning;indoorairquality;freshairvolume;indoorcontamination;crossinfection;evaluationindex根据调查统计,世界上30%的新建和重建的建筑物中所发现的有害于健康的污染,已被列入对公众健康危害最大的五种环境因素之一J.长期生活和工作在现代建筑物内的人们表现出越来越严重的病态反应,这一问题引起了专家学者们的广泛重视,并提出了病态建筑SB(sickbuilding)和病态建筑综合征SBS(sickbuildingsyndrome)的概念l2J.因此,人们对IAQ(indoorairquality)的要求越来越高,通风空调房间的IAQ问题也日益得到重视和研究.20世纪80年代以来,通风空调步入一个新的发展阶段,其标志之一就是由舒适性向健康性的变革.解决IAQ问题,要有完善的通风空调工程,有效控制污染源,合理选择气流组织形式,充分利用新风.1室内污染物1.1主要来源与危害室内污染物按性质可分为化学污染物,物理污染物和生物污染物.工业建筑中的主要污染物是伴随生产工艺过程产生的,不同的生产过程有着不收稿日期:200504一O1通讯作者:陈益武,Email:同的污染物,能够通过人的呼吸道和人体外部器官的接触伤害人体,对人体健康有极大的危害和影响.民用建筑中的空气污染不象工业建筑那么严重,但却存在多种污染源,导致空气品质下降,主要来源于室内装饰材料及家具,无机材料,室外污染物,燃烧产物,人体和设备产生的污染.民用建筑中,舒适性通风空调同时满足健康与舒适两个要求.随着工业生产的发展,大量含有挥发性有机化合物voCs(volatileorganiccornpounds)的建筑材料,装饰材料,人造板家具,高效简便的清洁剂,杀虫剂,除臭剂和现代办公设备等不断进入室内,散发出各种VOCs.室内污染物的危害主要体现在对室内人员,生产和环境的危害.污染物对人体的危害有三条途径,最主要,最危险的途径是经过呼吸道进入人体,其次是经过皮肤进入人体,而经过消化道进入人体的情况较少.1.2带菌交叉污染空气中微生物主要通过尘粒,飞沫和通风空调第3期陈益武等:室内空气品质与新风量控制系统传播疾病,通风空调系统如果处理不好,将会成为一个主要细菌来源.普通空调内部的高湿环境,是细菌繁殖的良好温床,导致细菌在空调系统的有限空间中成为更为有害,更为直接的新污染源.设置中央空调的初衷是为了创造洁净舒适的室内环境,可是不合适的通风空调系统却往往成为带菌交叉二次污染的主要根源之一,使交叉感染更甚.其实,我国早在2000年10月正式实施的医院洁净手术部建设标准中,采用了生物领域出现的新概念与新思路,将现代质量意识和质量控制理念引入到洁净手术室的环境控制中,旨在实现整个洁净手术室完善的保障体系,促使洁净手术室污染控制思路,设计理念,理论依据,计算方法,技术措施,设备选用与系统配置等发生了巨大的变革j.其实质就是在于有效控制带菌交叉二次污染,消除一切交叉感染的隐患.2室内空气品质及其效果评价与改善2.1室内空气品质对室内空气品质的定义在不断地发展,以一系列室内污染物含量指标来纯客观地定义室内空气品质已经不能完全涵盖室内空气品质的内容.ASHRAE-1989标准首次提出可接受的室内空气品质(acceptableindoorairquality)和感受到的可接受的室内空气品质(acceptableperceivedindoorairquality)等概念j.其最明显的变化是涵盖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.目前,室内空气品质评价一般采用量化检测和主观调查结合的方法.量化检测是指直接测量室内污染物浓度来客观了解,评价空气品质,而主观评价是利用人们的感受器官进行描述与评判.2002年12月1813,由国家质检总局,环保局,卫生部联合制定并发布了我国第一部室内空气质量标准,并于2003年3月113正式实施,它是客观评价室内空气品质的主要依据.2.2室内空气品质的效果评价目前国内对室内空气品质的评价方法没有建立完全统一的标准,缺乏国外集中医学,建筑技术,环境监测,建筑设备工程,环境心理学,居住心理学等多学科综合的研究模式和科学方法,难于得到真正有用的信息,其结果也缺乏公正性,权威性,科学性,合理性和可比性.具体的一些成熟综合和单项评价方法与指标如下.1)当量评价指标(EE1)当量评价指标是评价室内空气环境的综合指标,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.最狭义的IAQ意味着空间空气免受烟,灰尘和化学物质污染的程度;广义地说,它包括温度,湿度,洁净度和空气流速,热环境还需包括视觉因素.从实用的观点来看,最佳的环境决定于IAQ推荐值或允许范围的客观标准加上居住者的期望或主观看法,下限称为节能允许值或推荐值,上限是IAQ所能达到的极限.常用olf(污染源强度)和decipol(空气品质感知值)来评价可感受的空气品质.olf表示在办公室或类似的非工业场合工作区工作的单位普通人,在卫生标准的热舒适环境中,从事静坐所散发的空气污染物的散发率.decipol表示具有1个o1f污染源的地方可感受的空气污染物用未污染的空气以10L/s的速率在充分混合达到稳定状态条件下的通风稀释.两者之间存在如下关系式:1decipol:0.1o1f(1)2)通风效率和换气效率评价指标l3J这两个指标是从发挥通风空调设备和系统的效应,进行有效通风换气,提高室内空气品质出发提出的.换气效率为可能最短的空气龄与平均空气龄之比,是衡量室内某点或全室空气更换效率优劣的指标,也是气流本身的特性参数,与气流组织分布有关,但它并不能代表排除污染物的能力.通风效率为排风口处污染物浓度与室内污染物平均浓度之比,是送风排除污染物的能力指标,是消除室内污染物速度快慢的程度,也就是考察气流组织分布方式能量利用的有效性.工程上多用换气效率和通风效率综合作为评价指标,具体参阅文献5.3)IAQ等级的模糊综合评价该方法考虑了室内空气品质等级的分级界限的内在模糊性,评价结果可显示出对不同等级的隶属程度,比较符合人们的思维习惯.同时,该方法的关键是建立IAQ等级评价的模糊数学模型,确定各类健康影响因素对可能出现的评判结果的隶属度J.国际标准化组织在1984年提出了评价和测量室内热湿环境的新标准化方法(ISO7730标准),即采用PMV(predictedmeanvote)一PPD(predietedpercentageofdissatisfied)指标,综合考虑人体的活动程度,衣着情况,空气温度,平均辐射温度,空气流动速度和空气湿度等因素,来评价人体对环境的舒适感.用PMV-PPD指标评价环境的热舒制冷与空调第6卷适状况,要比用等效温度法所考虑的因素全面.4)空气耗氧量COD(chemicaloxygendemand)空气耗氧量是通过反应方法测定室内VOCs被氧化的空气耗氧量,表征室内VOCs的总浓度.COD与室内空气品质的其他指标,如CO2,CO及甲醛,微生物等有显着的相关性,是综合性比较强的室内空气污染指标.5)综合评价方法客观评价就是直接用室内污染物指标来评价室内空气品质的方法.通常选用CO2,CO及甲醛,可吸人性微粒,SO,室内细菌总数,温度,相对湿度,空气流速以及噪声等12个指标来定量地反映室内空气品质.这些指标可以根据具体对象适当增减,并且客观评价需要测定背景指标.主观评价主要是通过对室内人员的询问得到的,利用人体的感觉器官对环境进行描述和评价.主观评价与客观评价相结合的综合评价方法,较好地说明了合格的室内空气品质应当既符合客观评价指标,又符合主观评价指标的可接受的室内空气品质定义.2.3改善措施对于室内空气品质的改善,主要是减少污染物的产生,从根本上杜绝或抑制污染物的产生.在改革工艺时,应尽量使生产过程自动化,机械化,密闭化,避免污染物与人体直接接触.在民用建筑中,建筑设计人员应尽量选择挥发性低的建筑材料,装饰材料.加强通风与空调系统的管理,加强新风和回风的处理手段,加强气流组织的优化,提高通风效率,避免建筑物内部交叉污染.系统运行时加强设备的保养与维护,防止微生物污染,建立严格的检查管理制度,定期测定室内污染物的浓度,作为污染物控制工作的主要依据.注意引入新风的品质,室外采风口应尽量选在空气质量好的位置,当室外污染物浓度高时,应在系统中装设相应的空气处理设备.同时,在减少带菌交叉二次污染方面.首先是转变设计理念和通风空调机组设计的出发点,不能局限于如何提高热湿处理效率,仅仅依靠增加空气过滤的方法来消除细菌的危害.应该采用工程学和卫生学相结合的综合措施;采用现代全过程控制的质量意识;在保障体系中,强调区域控制的概念.其次,正确认识通风空调系统的形式.对于风机盘管加新风系统,由于风机盘管机组常处于湿工况,为盘管内滋生细菌提供了条件,从而形成二次污染.据实测,新风管直接入室和新风管直接插入风机盘管机组送风管这两种方式,对改善室内空气品质的效果最好.对于全空气系统,应根据各个房间的特点,合理划分系统,要求系统覆盖的房间不宜太多.对于医院的传染病房,为了防止污染其他区域,房间必须保持负压.再次,要有良好的净化保障体系,要求系统能够控制相应等级用房的室内温度,湿度,尘埃,细菌,有害气体浓度以及气流组织分布,保证室内人员所需的新风量.3新风量控制通风空调房间的新风主要是用来稀释室内的cO,vOcs和室内浮尘等有害物的浓度,使其达到规定的允许标准值.在设计时应按通风空调房间的使用特点,确定影响室内空气品质的主要因素,计算新风量.同时考虑系统选用新风量的标准对系统的造价和能量消耗的影响,既要满足室内空气品质要求,又要考虑工程造价的投资费用,同时还应计算竣工后的运营成本,达到降低能耗的目的.3.1目前通风空调系统新风引入的缺陷和不足现有建筑物的通风空调系统是经过设计,设备供给,施工安装和调试等环节建成的,在使用过程中还需要维护保养,如果其中某一环节没有达到要求,就会引起通风空调系统的新风出现问题_7J.1)通风空调新风口位置设置问题现有新风口的位置主要存在三方面问题.一是设在外墙的新风口,有的设在隐蔽处或在建筑的死角,其所在位置的室外空气难于流动,不清新.二是设在地下室天井内的新风口,新风通过天井进入到室内,灰尘等颗粒物随新风进入室内.三是设在屋面上的新风口,通过新风竖井将新风送到室内各层,由于距离冷却塔,风冷冷水机组,卫生间排风口或厨房排烟口很近,严重影响了新风质量.2)通风空调新风短路问题新风短路是指室外新鲜空气没有送到需要的区域就被排走的情况或者室内排出的污浊空气被新风系统吸入的情况.新风短路是影响新风质量和数量的一个重要因素.原因一是采用双风机的全空气空调系统,新风口距离排风口很近.二是有的建筑物空调新风是通过土建竖井送到每层的新风机房,而新风竖井根本就没有通到室外,使得进入到新风竖井中的空气大部分都是室内空气,谈不上是新鲜空气.三是有的新风机房的新风口设在外窗上,新风口与新风机组没有通过风道连接,而第3期陈益武等:室内空气品质与新风量控制内门的严密性直接关系到新风的短路问题.其四是有的建筑物新风没有送到室内,而只是送到吊顶内,如果吊顶内不严密,很容易与排风系统短路,新风进到室内的质量和数量将大打折扣.3)新风量不足和分配不合理问题新风量的供给是通风空调系统进行通风换气的最主要参数,也是判断通风空调系统是否满足卫生健康要求的重要因素.新风量不足包括新风的数量和质量达不到要求.原因一是设计时的新风量与实际使用的情况不符.主要是由于建筑功能的变化或调整,没有对新风系统进行及时调整.二是通风空调设备的性能达不到铭牌的名义参数,从而达不到设计要求.三是新风风道漏风比较严重,送到需要房间的新风量比新风机组出口的风量减小了很多.新风量分配应该是根据建筑使用功能的要求,有计划地将新风按需求量送到各个房间,但是目前通风空调系统存在新风量分配不合理的问题.一是现有的通风空调系统由于在运行调试时,系统没有很好地定量地进行新风的分配.二是即使通风空调系统在调试时进行了风量分配,但由于使用功能的变化,系统没有随着进行及时调整,引起新风量的分配不合理.三是由于空调气流组织不合理,气流存在死区.3.2新风量的确定1)传统稳定状态新风量的确定传统的新风量的确定主要依据三个方面,即室内卫生要求的新风量,补充排风量或燃烧需要的新风量和保持正压新风量.需要注意的是,当通风空调房间同时存在多种有害物时,应分别计算,然后取其中的最大值作为房间的需求新风量.但是,当房间内同时散发数种溶剂的蒸汽或数种刺激性气体时,房间所需的新风量应当是分别排除每一种有害气体所需的新风量之和.在大多数实际工程中,有时计算出的新风量过小,不足总送风量的10%.为了确保室内空气卫生和安全,此时应按照送风量10%的最小新风量计算.图1给出了确定空调房间最小新风量的框图.2)改进的新风量计算方法ASHRAE给出了一个新的通风标准,新标准规定最小新风量(Vi)的确定不仅和室内人员有关,还与建筑物中所需通风的面积有关8J,即:Vj=V?N+Vf?F(2)局部排风量G.足卫生要求ll系统总风量G最小新风量IIll最小新风量Ill最小新风量=G.+Gsll.=nxII3=0.10G维持正压所需的渗透风量最小新风量G=max.,图1空调房间最小新风量的确定方法式中为系统所需最小新风量;V为每人所需的新风量;N为室内总人数;V,为单位建筑面积所需的新风量;F为所需通风空调的建筑面积.新风量不再仅以人作为唯一要求者,当人员很少,系统要求保持一个基本的新风量,以便克服由非人因素所产生的室内污染物,保证健康舒适的室内空气品质.但是,空调系统是按照某一特定的热湿负荷和室内污染物总量来设计的,室内人员的变化等因素,使许多建筑处于过量新风量或者新风量不足的状态,浪费了大量的能源,产生了不舒适的建筑室内环境.3.3新风量的控制通风空调系统中,新风量的控制主要存在三方面问题:新风总量的确定,新风的分配和新风的均匀性.1)新风量直接测量法这是目前使用最简单的通风空调系统新风量控制方法.它是通过测量进入通风空调系统的新风量,直接控制新风量.但是因为风管内风速过低,新风量的测量误差很大,控制的准确性有待进一步提高.2)风机跟踪法其控制原理是送风机风量回风机风量之差等于新风量,并维持其不变,为常量.这样,在系统运行期间不论送风量如何变化,跟踪调节回风量,保持两者之差不变,即同时测量送风机和回风机风量,间接控制新风量.3)焓差控制新风法为了充分合理回收回风能量和利用新风能量,根据新,回风焓值比较来控制新风量与回风量的比例,可以实现最大限度地减少人工冷量与热量.房间内新风负荷表达式为:Q:(h一h)?G=Ah?G(3)式中Q为新风负荷;h为新风焓值;h为室内空气焓值;G为房间所需的新风量.新风负荷一般占据房间负荷的30%50%,因制冷与空调第6卷此减少新风负荷可有效节省通风空调系统的能耗.4)设置独立的新风机目前认为设置独立的新风机是通风空调系统新风量控制最好的方法之一.它通过新风机入口处的风速传感器来调节风阀,维持最小新风量.该法简单实用,只需在新风风道中,安装一台风量等于所需新风量,全压等于新风风道阻力的新风风机即可.其优点是:因直接测定新风量,因此误差比通过测定送风机和回风机的风量来调节新风量要小得多.其缺点是:需要另设最小新风风管,从而需要额外的管道,不适于工程改建.5)二氧化碳浓度监控法该方法是用二氧化碳变送器测量回风管中的二氧化碳浓度并转换为标准电信号,送入调节器来控制新风阀的开度,以保持足够的新风.当二氧化碳浓度高于整定值时,即新风量不足,要增大新风阀的开度来增加新风量.其数学模型可以建立如下的关系式J:rV=QC0一Qcj+106s(4)U式中为被控房间体积(ITI);Ci为房间内空气污染物浓度(10);C为新风中污染物浓度(10);Q为通风空调系统的新风量(IT1/h);S为房间内CO2的散发率(ITl/h).但是,用发展的观点来讲,室内的二氧化碳浓度并不是确定新风量的唯一依据.该方法忽略了二氧化碳以外的室内污染物的影响,显然这是不合理的.1996年ASHRAE621989标准的修订,从另一个侧面说明二氧化碳浓度控制法的局限性.6)多风机新风量控制法其基本原理是:在新风风管内安装独立的变风量新风风机,在过渡季节采用新风冷却运行模式,该风机的最大风量即为全新风冷却时所需要的新风量,最小风量即为满足卫生要求的最小新风量.如果空调系统采用全年新风量不变运行模式,该风机的风量就是为满足卫生要求的最小新风量.由于系统的最小新风量控制方法采用了变风量的新风风机,因此在控制室内空气品质方面具有很大的灵活性,最小新风量可以根据需要任意确定.同时,风机绝大部分时间都是在低速度下运行,所以尽管新风风机的噪声增大,但新风风机的噪声明显低于系统送,回风机的噪声,系统噪声几乎没有变化