教学楼改造前后室内空气质量变化的研究.doc

教学楼改造前后室内空气质量变化的研究摘要：室内空气污染途径很多，对于正在改造的西南科技大学102教学楼，说明在改造工程中，室内空气品质要保持与原设计空气品质相近，在进行改造前，我们必须对改造后的空间进行气流平衡、能量与热舒适分析，了解室内空气品质对室内人员的感受及工作效率的影响，通风对于改善室内空气品质起着重要作用，从而采用有效的方法控制室内的污染源，提出系统的方案，使室内空气达到良好的品质。关键词：室内空气品质 气流平衡 能量分析 热舒适分析STUDY ON THE IAQ OF CLSASS-BUILDINGAFTER ITS RETROFITTINGAbstract: There are many ways to pollute the air in the room. To the retrofitting of the Building-102 of Southeast University of Science and Technology, in order to maintain the similar indoor environmental quality as the originally designed, we must perform air balancing, comfort analyses and energy analysis to ensure quality comfort and energy efficiency. And it must be clear that IAQ has effects on the feeling of people and work efficiency. Ventilating can improve the quality of the air, so we must control the pollution with virtual method, and give a systematic planning. With these, we could get to a better level of IAQ.Key Point: Indoor environmental quality Air balancing Energy analyses Comfort analyses1. 引言建筑物的改造工程的目标是开发一项系统方法以提高室内舒适质量和室内人员的工作效率。四川西南科技大学102教学楼是我们目前的一个研究对象，这栋楼在旧楼的基础上进行改造，由办公楼转变为一座集办公、实验、教学为一体的综合大楼。由于室内用途的改变，进行了大量的改造和重新分区，在原设计工况下，室内人员的热舒适度受到影响，因此在原有设计基础上，需要重新对这栋建筑进行气流平衡、舒适度分析和能量分析，以及重新评估室内空气品质。2. 室内空气污染途径室内污染物可以在室内产生，也可以由室外进入。对于学校的教学办公楼，污染物主要由室内产生。室内的污染源可分为设备、人体活动、建筑部件和家具。设备可分为HVAC设备和非HVAC设备，HVAC设备内的污染源包括：管道和部件内的灰尘；凝结水盘、加湿器、管道和盘管上的微生物繁殖；杀虫剂、密封剂和清洁剂的不恰当使用；燃烧产物的通风不畅；制冷剂的泄漏等。非HVAC设备的污染源包括：办公设备释放的挥发性有机化合物（VOCs）（打印机、复印机等）和臭氧；实验室使用和清洁过程释放的污染物；电梯电机和气体机械设备等。人体活动包括：个人活动，如吸烟、体味、化妆品气味；清洁卫生活动，如清洁材料、储备物或垃圾的释放物、除臭剂和芳香剂的使用，打扫和吸尘过程中产生的灰尘。从建筑物内散发出来的污染源主要是室内空气的有害物。包括含甲醛的建筑材料，消费产品，清洁器和含有许多挥发性有机物成分的家具，具体来说包括：产生和聚集灰尘和纤维的位置。如地毯、窗帘和气体的织物表面，敞开的书架；不卫生的条件；建筑部件和家具释放的化学物质，维护过程中因使用油漆、粘合剂等产生的挥发性有机会化合物。不流动的水和井水表层生物的生长。除此之外，建筑物的重新装修、修缮工程会产生灰尘、纤维、气味、有机物和无机物等，形成污染。表11中详细列出了室内各主要污染物及其来源。表1 室内主要污染物及其来源污 染 物污 染 源悬浮微粒燃烧、抽烟、人体烟草烟雾人的吸烟行为石棉保温材料氡及其蜕变物墙体和地基甲醛建筑材料、家具一氧化碳燃烧、吸烟二氧化碳燃烧、呼吸挥发性有机物（VOCs）油漆、清洁剂、建筑材料病原微生物家畜、人体过敏物动物、毛发、昆虫、花粉臭氧现代电子办公用品高温危害高温表面，人体表2 总有机物对人体健康的影响总有机物（mg/m3）影响总有机物（mg/m3）影响0.2以下未发现有影响3-5异味，居住者反应强烈 0.2-0.3可能有影响，但影响相会很小5-8对生理影响明显，眼、鼻、喉炎症0.3-3若有加合作用，会产生炎症和不适应的感觉8-25头痛、头晕28以上头痛、毒害神经有机污染物对人体健康的影响主要是对中枢神经，特别是对免疫系统及各器官产生毒害作用，此外还可毒害大脑及嗅觉、扁桃体、角膜、视神经等。有机污染物对各种器官的直接或间接影响会产生多种症状，如记忆迟钝、精力难以集中、疲劳症等。表21是WTO欧洲事务局总结的总有机物对人体健康的影响。 在现代办公楼，清洁部门和合成的建筑材料中发现的有毒材料不断增加使密闭建筑物的通风问题更加严重，各种建筑综合症日益成为人们关注的焦点。因此，人们不仅应该重视空调机组除去尘粒，供应新风的作用，还应该逐步地开发制氧、空气除臭、室内灭菌、离子化、吸附室内有害气体等的有效方法，设计出更舒适、更健康的空气自动调节系统。3. 室内环境对工作人员工作效率的影响102教学楼未改造前，在舒适度分析中，室内人员尽管有人抱怨室内过热以及室内的静止气流，大部分人员主要因为过冷不满。在整个夏季，室内人员反映在中午不舒适，冬季在晚上有过热现象，从而影响了室内人员的工作效率。新的研究证实室内空气品质不仅严重影响着室内人员的身体状况，而且还对办公室工作人员的工作效率有重要的影响。丹麦科技大学做的一项实验表明改善的空气品质可以明显增加生产率，研究结果如图12所示。以一台PC机上的打字速度为例，无污染的办公室的室内人员可以比有污染的办公室的室内人员的打字速度多出大约10字符数/min。4. 污染物的控制和通风避免不必要的室内空气污染源是改善室内空气品质的最明显的方式。但是这种方法往往不可行。机械或自然通风就是仅次之最有效的控制污染物的方法。但是如果通风系统的设计、安装、运行、维护不当，不但不能起到控制污染源，改善室内空气品质的作用，而且会造成更严重的污染，达不到人们对室内空气品质的要求。空调系统的设计不仅要为提供室内较舒适的热湿环境，还应调整合适的气流组织以提高工作区域的空气品质，这栋办公楼是兼教学和实验室为一体的综合大楼，教室内人员的位置固定，因此房间气流组织的设计尤为重要。而且合理的风口调整可以实现良好的房间气流组织。办公室空调系统常用风机盘管加新风系统，该系统有其一定的优越性，但风机盘管的循环风无法改善工作区的空气品质。在“非典”期间，风机盘管系统的空调回风对空气品质和病原的控制都很不利。所以，办公楼中比较合适的空调系统应是全空气系统，而非风机盘管系统，而且后者的水患问题也很难解决。要想获得良好的室内空气品质，需要将除去或控制污染源、过滤和通风三种方法有机的结合起来。 P0.003字符数/min图1 室内空气污染对生产率的影响在一台PC机上打字的数量我们在设计时，既要注重新风的量，更要注重新风的质。为了引入低污染的新风，同时减少或者消除新风处理、传递和扩散过程中的污染，发挥新风效应，我们已做到以下几点：1、合理选择新风口的位置（距地面至少1.2m）；2、加强新风过滤处理，不能只做粗效过滤；3、新风直接进入室内，缩短新风的减少和污染。设计的新风量不足，或是新风量分配不准确，都会影响室内空气品质。新风过滤对维护室内空气品质也极为重要。目前新风过滤主要考虑室外颗粒污染物的除去,而室内空气品质不仅涉及到除去室外固体污染物外,还有室外气态污染物。因此,新风处理还必须考虑室外气体污染物的过滤和吸附，以使新风质量达到应有的标准。室外空气质量只要不处于工业区，一般不会有太大问题。当室外空气质量较差时，应装设一氧化碳检测器，以减少进入建筑物的室外新风量。工程设计中新风吸入口要避免污染，百叶窗应加防水罩等措施，防止雨水或雪水渗入新风引入口从而污染过滤器,同时新风口要有一定的高度。 另外，提高新风过滤效率不仅对提高室内空气品质有很大的作用，而且能显著延长各部件寿命，使总费用降低并且节能。增加通风还能减少病态建筑综合症，这一点在Sundell3的经典研究中已得到证明(图2)，通入室内的新风量越多，建筑物内发生病态建筑综合症的相对风险也会相应减少的，在室内新风量达到40L/s人时，发生病态建筑综合症的几率就会大大减少，这对我们的设计是很有用的。 102教学楼部分房间虽然用途发生了改变，但改造前后送风量保持不变，为16676 L/sec。由于峰值负荷的增加，改造后建筑物的新风量只有400 L/sec，只占到整个送风量的2.4%，相比原始设计中的新风量1770 L/sec是非常小的，见表3。实际中使用相同的空调设备，不仅影响室内舒适度和室内空气品质，并且难以保证原设备的实际运行的效果。因此，需要安装较高容量的设备以保证新风量，来满足室内舒适度和室内空气品质的要求。而且，风管和散流器的布置也需要改进。由于房间的分隔影响到室内的气流分布，所以要改变建筑物的高温带，修正温控装置来提高舒适度和能效。5. 室内空气品质分析一个卫生、安全、舒适的环境是由诸多因素决定的，它涉及到热舒适、空气品质、光线、噪声、环境视觉效果等。其中空气品质是一个极为重要的因素，它直接影响到身体的健康。室内空气品质（IAQ-indoor air quality）是现代建筑科学的一个前沿研究课题，它涉及医学卫生、建筑环境工程、建筑设计、生理学以及心理学等诸多方面，研究的目的就是为人们创造一种卫生、健康、舒适的室内空气品质。通常，一个健康、舒适的空间所具备的因素可归纳为五大类：空调、照明、内部装饰、方便、安静。所谓空气品质包括洁净度和添加人工环境两部分，它包括空气流通，达到要求的状况及建筑物范围内的空气质量。感知的空气品质受到室内空气温度、相对湿度和气流速度的强烈影响。研究表明合适的空气温度和相对湿度可减少病态建筑综合症症状的发生。可接受的通风速率也取决于室内人员的年龄，活动水平，室内清洁度，以及室内温度和相对湿度。 空气品质的主观评价过程中，间接因素对空气品质评价的干扰。国情不同，室内污染特点不一样，图2 瑞典160座建筑中作为通风量函数的病态建筑综合症的风险表3 组合式空调机组的新风量参数原始设计实际设计L/secL/sec送风量1667616676新风量1770400新风量占送风量比例10.3%2.40%人种、文化传统和民族特性、生活习惯不同，造成对室内环境的反应和接受程度也有所不同，人的主观感觉和空气品质有一定联系，如图34。我们所研究的实验发现，除了室内温度和相对湿度，室内气流速度也是决定室内人员热舒适度的一项重要的环境参数5。根据我们八月、十二月份的两次调查显示，人们对于气流的速度的反应见图5。八月时，大部分人对气流设计不满。在主要改造区，这种不满与图4所示人们因室内温度变化引起的评论相比，是相对合理的。十二月时，还有一部分人抱怨室内空气干燥（39%），但是大多数人提出需要适度的气流运动。在调查结果中对气流的这两种抱怨都是存在的。这些抱怨都是由于干燥的空气送风量与图3 主观热感觉和空气品质的分级标准需求量相比增加或减少，从而影响了热舒适度。我们对室内人员对所有热舒适状况的反映都进行了收集，因此人们的舒适状况是可以估计的。图6显示了主要改造区人员对所有热工况的反映。室内人员反应（%）图4 102楼主要改造区室内人员对室内温度的反映 室 内 人 员的 反 应（%） 图5 102楼主要改造区室内人员对室内气流运动的反映在八月的调查期间，大部分人员认为舒适状况中等，还有一部分人员（32%）满意室内状态。十二月份的调查，大多数人员（65%）认为舒适状况中等，感觉舒适的调查者只占到23%，低于八月份。在室内人员的反应（%）图6 102楼主要改造区室内人员对室内所有热工况反映 室内人员的反应（%）图7 室内人员对最不舒适季节的反映室内人员的反应（%）图8 室内人员对一天内最不舒适时间段的反映这两个调查中，都有不舒适的反映，十二月份更多一些。因此，在主要改造区域，夏季的全面热舒适状况要比冬天的计算的好。十二月调查中人们对热舒适度不满的主要是因为这些区域的过冷状况，控制装置的故障，以及当地较差的热稳定性。季节的变换对人员热舒适度也需要调查。在十二月的调查中，十二月是个供热季节，就有人抱怨夏季在室内很不舒服，然而在夏季的调查中，也有人反映不舒适的季节是冬季。但是在十二月份，大多数抱怨者（75%）认为冬季很不舒适。因此，在主要改造区，人们反映最不舒适的季节是冬季，详见图7。这主要是由于冬季的热稳定性较差，而且室内出现了过冷现象，并且，室内的温控装置工作状况也不是那么理想。人们对一天中感觉最不舒服的时间段的反应见图8。在夏季，绝大部分人认为中午最不舒服，在冬季，最不舒服的是晚上。 造成这些不满的原因是当地较差的热稳定性，气流组织差和不适当的降温。在102综合楼中，我们对建筑物的能量和舒适度进行了以上的研究。模拟结果表明为了满足建筑峰值冷负荷的需求，需要增加建筑物的年能耗。在舒适度分析中，尽管很多房间都符合现有标准，还是有人抱怨空气过热和气流静止，大多数人还因为冬季过冷不满。在整个夏季，室内人员在中午反映不舒适，冬季在晚上有过热现象，这不仅与当地的气候有关，更重要的是由于改造后，原空调系统已不能适应现在的需要，所以在改造前，我们首先应该对102楼改造后的布局，按用途重新进行风量、能量以及舒适度的计算与分析。对改造工程的工程和设计技巧要有明确的全面的计划，以减少工作量，使空间工程的干扰最小化。并且，我们需要寻求更加系统的方法解决室内环境问题，来满足人们对空气品质越来越高的要求。这是我们下一步研究的方向。6. 结论根据上面的分析，可以得到以下结论： 良好的空气品质可以产生较高的工作效率，并可以减少病态建筑综合症； 一个健康舒适的空间对空调的要求不仅是满足一定的室内温湿度和气流速度，而且是对温湿度，室内空气品质等的全面控制； 办公楼的通风系统应正确的设计、安装、运行和管理，否则会成为室内空气的污染源。并且保证满足新风量的要求，保持室内有合适的压力，能按照要求过滤新风、回风尘粒和吸收有害气体； 改造工程中由于建筑物用途的改变以及空间分区的改变，需要在改造前对建筑物进行相应的能量和舒适度的分析； 建筑的改造，要求改变主要建筑物内的布置、分区和运行。为了适应这些改变，需要改进系统及运行来维持与原始设计相似的室内环境空气品质。根据目前的研究和文献得到的一些经验和知识，需要一个系统的方法来确保改造工程中的舒