05第五章第345节 室内空气品质评价和标准、空气污染控制方法

1 第三节 室内空气品质对人的影响及其评价方法 5 3主要内容 5 3 1室内空气品质对人的影响5 3 2室内化学污染对人体影响的生理基础5 3 3室内空气品质的评价方法5 3 4室内空气污染暴露水平和健康风险评价 2 3 5 3 1室内空气品质对人的影响 降低生活舒适度危害人体健康与污染物种类 浓度及暴露时间有关病态建筑综合症建筑关联病多种化学污染物过敏症 MCS 影响人的工作效率 4 SBS SickBuildingSyndrome病态建筑综合症 现代都市病 症状头痛 恶心 疲乏 失眠 记忆力衰退 神经衰弱皮肤 粘膜有刺激感 眼红 流泪 咽干等 呼吸紊乱特点离开病态建筑一段时间后即恢复正常只有症状 难以进行医学确诊 无法确定病源 5 BRI BuildingRelativeIllness建筑关联病 可由医学认定的病原体所引起的特定疾病 可进行医学确诊 如 过敏性肺炎过敏性鼻炎哮喘军团菌病有机尘中毒肺癌 6 多种化学污染物过敏症 MCS MCS是慢性 持续三个月以上 多系统紊乱 通常涉及中枢神经系统和一种以上其他系统症状 不确定 包括行为变化 疲劳 压抑 精神疾病 肌肉与骨骼 呼吸系统 泌尿生殖系统和黏膜刺激等 7 影响人的工作效率 1985年 美国 每年因呼吸道感染人数达7500万次 每年损失1 5亿个工作日 医疗费用达150亿美元 缺勤损失则高达590亿美元1989年 新西兰 损失国民生产总值的3 1987年 美国 20 的工人抱怨1990年 英国 生产力降低了4 1996年 美国 SBS损失76亿美元1997年 好的IAQ提高了大约11 的生产力 5 3主要内容 5 3 1室内空气品质对人的影响5 3 2室内化学污染对人体影响的生理基础5 3 3室内空气品质的评价方法5 3 4室内空气污染暴露水平和健康风险评价 8 室内化学污染对人体影响的生理基础 9 5 3主要内容 5 3 1室内空气品质对人的影响5 3 2室内化学污染对人体影响的生理基础5 3 3室内空气品质的评价方法基于浓度测定的客观评价主观评价其他评价方法5 3 4室内空气污染暴露水平和健康风险评价 10 11 主观和客观评价的局限性 方法1 测量室内污染物浓度 客观评价用什么作为代表性的污染物 测什么 低浓度下的测量受到仪器精度的限制方法2 调查问卷 主观评价主观评价结果往往与客观评价结果矛盾 客观测量值远低于控制标准 但主观感觉不好客观测量值可能有些问题 但主观感觉并不差人们感觉不舒服的原因很多 不知道哪些是IAQ的问题 热环境 颜色 照度 工作压力等也有影响 基于浓度测定的客观评价 可吸入颗粒物 甲醛 CO CO2 氮氧化物 苯并 芘 苯 氨 氡 TVOC O3 细菌总数 甲苯 二甲苯 温度 相对湿度 空气流速 噪声 新风量 12 室内空气质量标准 R 1 可接受 13 气味浓度 可感阈值 一定比例人群 一般为50 能将这种气味与无味空气以不定义区别区分开的污染物浓度 可识别阈值 一定比例人群 一般为50 能将这种气味与无味空气以某种已知区别区分开的污染物浓度后者是前者的2 5倍 是依赖于嗅觉的一个可测量 是通过将气味用无味清洁空气稀释到可感阈值或可识别阈值的稀释倍数来描述的 人对室内空气品质最敏感的是嗅觉 单位 阈值稀释倍数D T 14 气味强度 I为气味强度 无量纲 C为气味浓度 阈值稀释倍数 D T 气味感觉的可感强度 15 室内气味的来源 室内装饰物品 烟草烟雾 厨房 厕所等 人体人体蒸发 流汗 呼吸和体表的各种有机排泄物为微生物分解时发出的体臭 汗臭以及人体排泄的氨等 人体新陈代谢过程 产生化学物质达500多种 其中呼吸道排出的有149种 如CO2 氨等 16 人体散发气体污染物种类及发生量 单位 g m3 人 17 人体气味强度 人体所散发的气味量因人而异 且与个人卫生习惯有关 气味的强度 与每个人所占的空间体积和通风量有着密切的关系 18 主观问卷调查 人们对气味的敏感和识别能力能随着连续暴露时间的增加而减弱 嗅觉的适应性 你认为室内空气质量如何 请在下面的标尺上标明 1 0 0 1 完全不能接受 刚刚不能接受 刚刚可接受 完全可接受 干冷比湿热环境 更清新 空气品质更好 19 感知负荷 感知负荷 表征室内污染源的强弱 单位为olf 被一个标准人引起的感知污染负荷被称为1olf而其他类型的人或者家具等污染源被等效为不同数量的标准人满足叠加性 3标准人 4个等效的家具 7olf感知空气品质PAQ 表示在一定的通风量情况下人对室内污染源的感觉 pol 1pol表示在一个空间内 1olf的感观负荷的源 在通风量1L s下的感知空气品质 即1pol 1olf L s 20 其他的室内空气品质评价方法 IAQ等级的模糊综合概念应用CFD技术对IAQ进行评估 通风效率 和 换气效率 评价指标COD 化学耗氧量 21 IAQ等级的模糊综合概念 考虑到了IAQ等级界限的内在模糊性 评价结果可显示出对不同方法的隶属程度 符合人们的思维习惯 该方法关键是建立IAQ等级评价的模糊数学模型 确定各类健康影响因素对能出现的评判结果的隶属度 22 应用CFD技术对IAQ进行评估 该方法利用室内空气流动的质量 动量和能量守恒原理 采用合适的湍流模型 给出适当的边界条件和初始条件 用CFD的方法求出室内各点的气流速度 温度和相对湿度 并根据室内各点的发热量及壁面处的边界条件 考虑墙面间的相互辐射及空气间的对流换热 得到室内各点的辐射温度 综合人体的衣着和活动量 利用Fanger等人的研究成果 求得室内各点的热舒适指标PMV PredictedMeanVote 同时利用室内空气的流动形式和扩散特型 得到室内各点的空气年龄 从而判断送风到达室内各点的时间长短 评价室内空气的新鲜度 CFD ComputationalFluidDynamics计算流体力学 23 24 25 26 27 通风效率 和 换气效率 评价指标 是从发挥通风空调设备和系统的效应 进行有效通风 提高IAQ的角度提出来的 利用室外新风稀释与排除室内有害气体或气味 仍是保证室内空气品质的基本措施 并认为有效通风是提高IAQ的关键 提出了通风系统的评价指标 换气效率 为室内空气的实际滞留时间与理论上的最短滞留时间的比值 它是衡量换气效果优劣的一个指标 与气流组织分布有关 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 它表示室内有害物质被排除的速度的快慢程度 28 COD 化学耗氧量 COD ChemicalOxygenDemand 是通过反应方法测定室内挥发性有机物VOC volatileorganiccompounds 被氧化的化学耗氧量 表征室内VOC的总浓度 其原理是基于空气污染物中的有机物可被重铬酸钾 K2Cr2O7 硫酸液完全氧化 根据有机物被氧化时消耗的氧气量推算出COD的含量 COD与IAQ的其它指标如CO2 CO 空气负离子 甲醛浓度 微生物等有显著的相关性 它是综合性较强的室内空气污染指示指标 5 3主要内容 5 3 1室内空气品质对人的影响5 3 2室内化学污染对人体影响的生理基础5 3 3室内空气品质的评价方法5 3 4室内空气污染暴露水平和健康风险评价暴露水平评价健康风险评价 29 30 暴露水平评价 暴露评价就是对暴露人群中发生或预期将发生的人体危害进行分析和评估 暴露测量的方法 询问调查 环境测量 生物测量暴露评价的基本内容和要素 剂量水平 污染来源 暴露特征 暴露差异性 不确定性分析 人群或个体的 时间 活动 模式资料 记录研究对象每天的日常活动内容 方式与时间安排规律 31 剂量水平 主要包括人群和暴露的联系 人群分布和个体状况污染来源 调查污染源 污染物传输途径与速率 污染物传输介质 污染物进入人体方式等暴露特征 指污染物进入机体的方式和频率暴露差异性 这主要是指个体内的暴露差异 个体间的暴露差异 不同人群间的暴露差异 不同时间的暴露差异和暴露空间分布的差异不确定性分析 主要指资料缺乏或不准确 暴露测量或模型参数的统计误差 危害确认和因果判定的不准确等构成的不确定性分析人群或个体的 时间 活动 模式资料 记录研究对象每天的日常活动内容 方式与时间安排规律 32 指标描述 在上述暴露评价的基础上可通过以下指标 可评价室内空气品质的好坏主观不良反应发生率 临床症状和体症 效应生物标志 相关疾病发生率 健康风险评价 是以大量流行病学 毒理学及相关实验研究结果和数据为基础 根据统计学准则和合理的评价程序 对某种环境因素作用于特定人群的有害健康效应进行综合定性 定量评价的过程危害鉴定暴露评价剂量 反应 效应 关系评价风险表征 33 34 第四节 室内空气品质标准 35 室内空气品质的客观评价指标 气体污染物浓度 体积浓度 ppm 质量浓度 mg m3 放射性气体浓度 Bq m3 放射性比活度specificactivity 某种材料单位质量的某种放射性核素的活度 Bq kg 悬浮颗粒物质量浓度 mg m3计数浓度 粒 cm3微生物撞击法 菌落形成单位 CFU m3沉降法 个 菌落 皿 36 室内空气品质的客观评价指标 IAQ的标准 规定了室内污染物浓度的上限中国公共场所卫生标准 GB9663 1996 GB9673 1996室内空气质量标准 国标号GB T18883 2002民用建筑室内污染环境控制规范 GB50325 2001国外芬兰 公寓建筑的室内气候标准 37 室内空气品质标准 38 民用建筑工程室内环境污染控制规范 2001 类民用建筑工程 住宅 宿舍 医院病房 老年建筑 幼儿园 学校教室等建筑工程 II类民用建筑工程 旅店 办公楼 文化娱乐场所 书店 图书馆 展览馆 体育馆 商场 店 公共交通工具等候室 医院候诊室 饭馆 理发店等公共建筑工程 39 芬兰良好室内气候标准 40 第五节 室内空气污染控制方法 41 5 5污染物的控制方法 5 5 1污染物源头治理5 5 2通新风稀释和合理组织气流5 5 3空气净化空气净化的方法和原理空气净化器性能及评价 42 污染物源头处理 消除室内污染源建筑设计与施工特别是围护结构表层材料的选用中 采用有害气体释放量少的材料减小室内污染源散发强度 室内建筑装饰装修材料有害物质限量 污染源附近局部排风厨房烹饪的抽油烟机 43 通新风稀释和合理组织气流 提供人所必须的氧气并用室外的污染物浓度低的空气来稀释室内污染物浓度高的空气 改善室内空气品质的基本方法 44 室内新风量的确定 以氧气为标准的必要换气量以室内CO2允许浓度为标准的必要换气量以消除臭气为标准的必要换气量以满足室内空气品质国家标准的必要换气量 45 其他换气量的确定方法 控制烟臭的必要换气量消除余热或余湿所需的换气量最小新风量通风标准ASHRAEStandard的最小新风量根据换气次数法所确定的新风量 46 1 以氧气为标准的必要换气量 人体氧气需要量主要取决于能量代谢水平 人静坐状态所需氧气约为0 0187m3 h 人 极轻活动 0 423m3 h 人 单纯呼吸氧气所需新风量并不大 一般通风情况下均能满足要求 47 2 以CO2允许浓度为标准的换气量 CO2含量常作为衡量室内空气质量的一个指标 人体在新陈代谢过程中排除大量CO2 而空气中CO2的增加与含氧量的下降成一定比例人体CO2发生量与人体表面积 能量代谢有关 48 3 以消除臭气为标准的换气量 臭气强度指数一般控制在2级以下臭气发生量和CO2呼出量成正比M增加 呼吸量增加 体表面的汗液蒸发增加 必要新风量增加 为排除臭气所需的新风量还与以下因素有关 空调设备的除臭作用每个人占有的空气体积 活动情况 年龄等 49 C P Yaglon通过实验测试 在保持室内一定气味强度时的不同情况下所需新风量 50 为除去臭气所需的新风量 稀释少年体臭的新风量 比成年人多30 40 51 4 控制烟臭的必要换气量 为保持臭气强度指标2以下 可取烟草燃烧量 mg 与新风量 m3 之比在35 3mg m3以下 L W 35 3吸烟量W 可按一支香烟的重量980mg 吸掉60 丢弃40 考虑 52 不同吸烟程度的必要新风量 53 5 消除余热的换气量 消除余热所需要的换气量 Q 室内余热量 kg s c 空气的质量比热 1 01kJ kg tn 排出空气的温度 tw 进入空气的温度 54 消除余湿的换气量 消除余湿所需要的换气量 W 室内余热量 g s dn 排出空气的湿度 g kg dw 进入空气的湿度 g kg 55 6 空调系统新风量的确定 空气调节系统的新风量不应小于 总送风量的10 补偿排风和保持室内正压所需的新风量 保证各房间每人每小时所需的新风量 56 不同房间新鲜空气需要量 57 7 ASHRAEStandard通风标准 室内污染物包括人和非人产生的污染物 Gf min不仅和室内人数有关 还和建筑物中所需通风的面积有关 该标准即使在室内无人的情况下 也要求有一个基本的新风量 使非人污染源产生的污染物能够保持较低的浓度 58 8 换气次数法计算换气量 工程常用的估算方法当缺乏计算通风量的资料 如散入室内的污染物量无法具体计算 或有其他困难时 全面通风量可按类似房间换气次数的经验数值进行计算 所谓换气次数 就是通风量G m3 h 与通风房间体积V m3 的比值 即换气次数 n G V 次 h 59 居室及公用建筑物通风换气次数 60 空气净化方法和原理 1 过滤器过滤2 吸附净化法3 紫外线照射法4 臭氧净化方法5 纳米光催化降解VOCs6 等离子体净化法7 植物净化 空气净化是指从空气中分离和去除一种或多种污染物 实现这种功能的设备成为空气净化器 61 过滤器主要功能 处理空气中的颗粒污染 过滤器和筛子的工作原理大相径庭 过滤器过滤照片 1 空气过滤去除悬浮颗粒物 常见误解过滤器像筛子一样 只有当悬浮在空气中的颗粒粒径比滤网的孔径大时才能被过滤掉 62 空气过滤器原理 扩散 由于扩散作用 d0 5 m的粒子扩散效应不明显 但可能因为尺寸较大而和过滤器纤维碰上 惯性作用 具有比较大惯性的 比较重 d 0 5 m 的粒子通常难于绕过过滤器纤维而和纤维直接接触 从而被捕获 筛子效果 对较大颗粒 筛子功能 静电捕获 粒子或者过滤器纤维被有意带上电荷 这样静电力就可在捕获粒子中起重要作用 63 拦截效应 惯性效应 扩散效应 重力作用 静电效应 空气过滤的机理 不同捕集机理的捕集效率对不同粒径的尘粒是不同的 d 0 2 m d 0 5 m d 0 5 m d 64 过滤器总效率和不同作用的效果和粒径的关系曲线 中途碰撞 惯性效果 扩散效果 过滤效果 总效果 65 常见过滤器 初效过滤器滤材 多为玻璃纤维 人造纤维 金属丝网及粗孔聚氨酯泡沫塑料用于一般空调系统 作为高级过滤器的初滤中效过滤器滤材 玻璃纤维 人造纤维合成的无纺布及中细孔聚氨酯泡沫塑料用于洁净度高的空调系统 高效的前级保护 作为高级过滤器的初滤高效过滤器滤材 超细玻璃纤维或合成纤维 加工成纸状 成为滤纸静电集尘器 66 初效过滤器 中效过滤器 高效过滤器 高效袋式过滤器 几种常见过滤器的示意图 67 过滤器的性能指标 过滤效率过滤效率随着滤速增大而降低压力损失或阻力v 阻力 初阻力 效过滤器 200Pa灰尘 阻力 容尘量额定风量下 过滤器的阻力达到终阻力 初阻力的2倍 时 其所容纳的尘粒总质量称为该过滤器的容尘量 68 常见过滤器的性能指标 69 过滤器效率变化 在过滤器使用过程中 随时间推移 过滤器效率会逐渐增大 阻力也会逐渐增加 70 2 吸附净化法 吸附是由于吸附质和吸附剂之间的吸附力而使吸附质聚集到吸附剂表面的一种现象 物理吸附 对吸附质选择性不强 吸附过程快 放热 比潜热大 条件改变时可脱附 对分子量小的化合物作用不明显 化学吸附 不发生化学反应 对分子量小的化合物作用明显 发生化学反应 71 吸附对于室内VOCs和其他污染物是一种比较有效而又简单的消除技术 常用的吸附剂 活性炭人造沸石 分子筛等 物理吸附 吸附方法 比表面积越大 吸附能力越强 72 吸附能力 气体在每克固体表面的吸附量g依赖于气体的性质 固体表面的性质 吸附平衡的温度T以及吸附质平衡压力p固体材料吸附能力的大小取决于固体的比表面积 即1g固体的表面积 比表面积越大 吸附能力越强 吸附等温线即在等温的条件下每克吸附剂吸附吸附质的量与吸附剂蒸汽压力的关系曲线 73 活性炭纤维 微孔体积约占总体积的90 故有较大的比表面积 800 1500m2 g与粒状活性炭相比 吸附容量大 吸附或脱附速度快 再生容易 不易粉化 不会造成粉尘二次污染 吸附能力强 无机气体 如SO2 H2S NOx等 和有机气体 如VOCs 特别适用吸附10 9 10 6g m3量级有机气体在室内空气净化方面有广阔的应用前景 20世纪60年代发展起来的一种活性炭新品种 74 活性炭的吸附性能 物质名称饱和吸附量 SO210Cl215CS215C6H6 苯 24O3能还原为O2烹调臭味30厕所臭味30 75 化学吸附 普通活性炭对分子量小的化合物 如氨 硫化氢和甲醛 吸附效果较差采用浸渍高锰酸钾的氧化铝作为吸附剂进行化学吸附 浸渍高锰酸钾的氧化铝和活性炭对一些空气污染物吸附效果比较表 76 几种空气净化方法比较 物理污染 化学污染 微生物污染 普通过滤 吸附 静电除尘 77 3 紫外灯杀菌 紫外辐照杀菌是常用的空气中杀菌方法 在医院已被广泛使用 紫外光谱 UVA 320 400nm UVB 280 320nm UVC 100 280nm 杀菌能力较强 185nm以下的辐射会产生臭氧 紫外灯安置在房间上部 不直接照射人紫外灯杀菌需要时间 一般细菌在受到紫外灯发出的辐射数分钟后才死亡 Ultravioletgermicidalirradiation UVGI 78 常见的灭菌消毒物质的还原电位表 4 臭氧杀菌消毒 臭氧 刺激性气体 是最强的氧化剂之一 具有高效的消毒作用臭氧可即刻氧化细胞壁 直至穿透细胞壁与其体内的不饱和键化合而杀死细菌 这种强的灭菌能力来源于其高的还原电位 臭氧具有最高的还原电位 79 臭氧消毒灭菌时 还原成氧和水 将有害物质分解成无毒的副产物 避免了二次污染 广泛应用臭氧的灭菌能力比紫外线强 另可除臭 净化空气浓度过高危害人健康 呼吸道176 4 g m3 2小时 肺活量明显下降294 g m3 80 以上的人感到眼和鼻黏膜刺激 100 的人出现头疼和胸部不适 室内空气中臭氧标准 室内空气质量标准 限定了臭氧上限0 16mg m3 80 常见的臭氧发生技术 光化学法也称紫外线法 利用 200nm的紫外线 使O2分解聚合为O3优点是 纯度高 对湿度和温度不敏感 重复性好但紫外灯的电 光转换效率低 不适合量大的地方电化学法 前景好也称电解法 利用直流电解或电解质产生臭氧气体固态聚合物电解质电极与金属氧化催化技术 能够使纯水电解得到14 的臭氧 浓度高 成份纯电晕放电法 广泛应用利用交变高压电场 使得含氧气体产生电晕放电 其自由高能电子能够使的O2转变为O3 但得到的是混合气体 然而其相对能耗较低 单机O3产量最大 81 TiO2是一种N型半导体 有很强的氧化性和还原性 在光化学反应中 以TiO2作催化剂 在太阳光尤其是紫外线的照射下 使得TiO2固体表面生成空穴 h 和电子 e 空穴使H2O氧化 电子使空气中的O2还原 在此过程中 生成OH基团等 这些基团的氧化能力很强 可使有机物 VOC 被氧化 分解 最终分解为CO2和H2O 光催化发生的条件 hv Egh为普朗克常数 v是辐射光频率 5 光催化降解VOCs 82 光催化材料 UV灯 关 UV灯 开 氧化反应 还原反应 降解甲醛反应过程 REPLAY 光催化降解VOCs及微生物原理图 83 常见光催化剂 多为金属氧化物或硫化物 如TiO2 ZnO ZnS CdS及PbS等TiO2综合性能好 其光催化活性高 化学性质稳定 氧化还原性强 抗光阴极腐蚀性强 难溶 无毒且成本低 是研究应用中采用最广泛的单一化合物光催化剂已在防污 抗菌 除臭 空气净化 亲水材料 水处理 可降解塑料及环保等许多方面达到了实用化水平 并形成相当规模的产业 84 光催化是应用于环境的净化的最佳产品将TiO2喷在室内墙壁涂料表面或喷在窗框玻璃上形成膜层 利用太阳光或室内照明光源 具有强氧化能力的氧化钛膜不仅可以使室内污浊的空气物质分解 净化空气 而且具有很强的杀菌作用 特别适合居家 汽车 医院 宾馆 候车室等空气流动性差的场所 85 光源要求 一般在紫外光照射下VOCs才会发生光催化降解UVC 100 280nm 杀菌波段 特别在254nm附近UVB 280 320nm UVA 320 400nm 光催化反应器采用的光源多为中压或低压汞灯 86 光催化反应器形式 流化床型适合于颗粒状载体 负载后仍能随流动相发生翻滚 迁移等 但载体较TiO2大 易与反应物分离 可用滤片将其封存在光催化反应器中而实现连续化处理固定床型具有较大连续表面积的载体 将催化剂负载其上 流动相流过表面发生反应蜂窝结构型流动阻力小 最有应用前景 87 不同方法空气净化效果比较 0 07次 h 88 6 低温等离子体净化原理和方法 如对气体再施加能量 最终能使气体的分子及其原子成为电离状态 这就是物质的第四态 即等离子状态这种等离子体 即使气体压力很低 其电子温度仍很高 当其他粒子 如离子 中性粒子 的温度较低时 这种状态的等离子体就是低温等离子体采用电晕放电或辉光放电产生低温等离子体低温等离子体净化器的基本原理 其实就是传统的静电过滤器或者静电除尘器 89 静电吸附 屏蔽板 激化纤维 7000V直流电压 激化纤维 空气 90 电子净化格栅 静电吸附 双级 91 高压电 高压放电 平板电极 平板电极 带电粒子冲击 电场应力及其热效应 低温等离子体净化原理 利用高能电子 5eV 20eV 轰击反应器中的气体分子 NOx SOx O2和H2O等 经过激活 分解和电离等过程产生氧化能力很强的自由基 OH HO2 原子氧 O 和臭氧 O3 等 这些强氧化物质可迅速氧化掉NOx和SO2 在H2O分子作用下生成HNO3和H2SO4 把VOCs分解为H2O和CO2 92 新的技术 脉冲电晕等离子体净化有机物甲苯技术等离子体处理气相污染物包括VOCs CO CO2 H2S SO2 NH3另一作用 能够产生大量的负离子能够调节空气粒子平衡