05第5章空气环境-1304

1 室内空气品质 2 课程内容 1 室内空气品质2 室内空气污染物种类及其危害3 室内空气品质的评价方法与指标4 室内空气污染的去除方法 3 室内空气品质 1 建筑的空气环境2 室内空气质量下降的原因3 室内空气质量下降的危害4 室内空气品质定义 4 1 为什么要研究建筑的空气环境 人们有超过90 的时间是在室内度过的 室内空气环境比室外还要重要室内空气环境包括室内热湿环境和室内空气品质室内空气品质低劣的原因 物理污染 化学污染 VOCs 生物污染 5 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 6 2 室内空气质量下降的原因 强调节能导致的建筑密闭性增强和新风量减少新型合成材料在现代建筑中大量应用建材 装修材料 日用化学产品家具和办公用品散发有害气体的电器产品的大量使用传统集中空调系统的固有缺点以及系统设计和运行管理的不合理厨房和卫生间气流组织不合理厨房燃烧产物 卫生间污染室外空气污染 7 建材 装修材料 日化产品 8 室外来源 燃料的燃烧 交通工具 工业企业 城市垃圾等造成的 NOx SOx H2S 悬浮颗粒物 烟雾等地层放射性污染被污染的水 9 10 空调设备与管道污染 过滤器 表冷器 风道 风机 11 3 室内空气质量下降的危害 危害居住者健康降低劳动效率1985年美国数据 每年因呼吸道感染每年损失医疗费用达150亿美元每年缺勤损失高达590亿美元 12 1 NIOSH的调查 2 WHC的调查问题种类数量 数量 新风量不足2525271052内部污染物771616512外部污染物48101259建筑材料204272微生物污染26560 4无IAQ问题611232924 1 NIOSH 美国国立劳动安全卫生研究所 1987年发表的对484所办公建筑物的调查结果 2 WHC 加拿大卫生和福利机构 1990年发表的对1362所办公建筑物的调查结果 13 4 室内空气品质定义 1 最初 等价为室内空气成分与浓度 采用一系列污染物浓度指标 客观定义 2 丹麦工业大学P O Fanger的定义 1989 品质反映了人们要求的程度 如果人们对空气满意 就是高品质 反之 就是低品质 从纯主观感受出发 3 ASHRAE62 1989 良好IAQ是空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓度指标 并且处于这种空气中的绝大多数人 80 对此没有表示不满意 主观感受与客观评价结合 14 课程内容 1 室内空气品质2 室内空气污染物种类及其危害3 室内空气品质的评价方法与指标4 室内空气污染的去除方法 15 空气污染物的种类及其危害 1 气体污染物CO2氡氨挥发性有机化合物VOC气味 分子污染2 悬浮颗粒物 可吸入颗粒物3 微生物 病毒 细菌 尘螨 4 其它 油烟 烟草烟雾 臭氧等 16 CO2 常用指标 室内来源主要为人体代谢过程 人体呼出的空气中约占4 与人体代谢率有关 儿童为成年人的50 排出CO2越多 同时排出其它代谢废气也越多 有机物燃烧过程 炊事 抽烟在室外空气中的浓度CO2为300 400ppm O2为209460ppm目前居住建筑的控制标准高级客房 700ppm普通居住空间 1000ppm过渡空间 2000ppm 17 CO2 常用指标 作用一般浓度下 无毒 无臭 超过700ppm 敏感者能觉察到人体的其它代谢污染 超过1000ppm 较多人感到不舒服 超过10 000ppm 呼吸深度显著增加 超过40 000ppm 4 出现呼吸困难 头痛 头晕 意识水平降低 超过100 000ppm 10 窒息死亡 为什么测CO2作指标 易测反映了其它人体代谢污染物产生的水平不能反映其它过程产生污染物的水平 18 CO2作为空气污染的指标浓度及其意义 日本 浓度ppm意义7l0连续在室的可容许值1000一般场合的可容许值1500通风换气计算用的上限值2000 5000不良状态5000以上非常不良状40000 50000呼吸中枢神经受刺激 呼吸急促加深 4 5 连续呼吸10分钟 则发生强烈的呼吸困难 头疼18 以上致命的 19 臭氧 臭氧 O3 一种刺激性气体 主要来自室外的光化学烟雾 室内的电视机 复印机 激光印刷机 负离子发生器等在使用过程中也都能产生臭氧 性质 可氧化空化合物而还原 可杀菌 可被橡胶 塑料等吸附 臭氧对眼睛 粘膜和肺组织都具有刺激作用 能破坏肺的表面活性物质 并能引起肺水肿 哮喘等 标准0 16mg m3 20 氨 特性 无色 有强烈刺激性气味 碱性物质 可感觉最低浓度为5 3ppm 来源 冬季施工过程中在混凝土中添加氨水作为防冻剂 释放期较长 危害大 装饰材料中的添加剂和增白剂 释放期较短 危害较小 21 氨 危害浓度超过0 5 1 0mg m3时 对人的口 鼻粘膜及上呼吸道有很强的刺激作用 造成流泪 咳嗽 呼吸困难严重可发生呼吸窘迫综合症 通过三叉神经末梢反射作用引起心脏停搏和呼吸停止 通过肺泡进入血液 破坏运氧功能 防止污染措施禁止使用氨作防冻剂 22 氡 Rn Radon 氡是一种无色 无味 自然界唯一的天然放射性惰性气体 由镭蜕变产生 在放射疗法中可用作辐射源 在科研中可用于制造中子 它最稳定的同位素是Rn222 半衰期为3 82天 原子序数86 熔点 71 沸点 61 8 比重 固态 4 来源地基土壤中有镭 花岗岩 水泥 石膏 部分天然石材中含有镭 天然气中含有氡 23 氡 Rn Radon 危害物理性危害易扩散 溶于水和脂肪 极易进入人体呼吸系统造成放射性损伤 肺癌的第二大诱因 潜伏期15年以上 防护建材局与卫生部1993年的天然石材的放射性控制标准 A类可居室内使用 C类只能在外表面使用表面涂层可阻挡氡的逸出 加大通风换气次数 降低室内氡气浓度 24 微生物 尘螨适宜环境20 30 75 85 空气不流通场所可引起哮喘 过敏性鼻炎 过敏性皮炎孳生地 纯毛地毯 床垫控制方法 通风换气 保持清洁 显微镜下的尘螨 25 烟草烟雾 最常见的室内空气污染 危害 刺激和臭味香烟烟气的典型组成成分 mg 支 成分主流烟气二次烟气燃过的烟草350400全部颗粒2045尼古丁11 7一氧化碳2080二氧化碳6080氧化氮0 010 08丙稀醛0 08 产生烟气时间20s550s 26 气味 分子污染 影响空气的新鲜度和IAQ的可接受性 低浓度污染 不会超过权威机构的上限值 分子的重量为1 m微粒的1 1010倍 扩散速度极快 难以控制 因此源控制最重要 来源厨房 卫生间人体生物污染烟草烟雾低浓度VOC和其它有气味的污染物 27 VOC VolatileOrganicCompounds 例如酒精类 甲醛 甲苯 四氯化碳等 主要对人体的呼吸器官和神经器官有影响 性质 强挥发 有特殊气味的刺激性 有毒的有机气体 部分致癌 氯乙烯 苯 多环芳烃等 多数易燃易爆 部分对臭氧层有破坏作用 氯氟烃CFCS 主要成分 芳香烃 卤代烃 氧烃 脂肪烃 氮烃等900余种 其中189种有毒 28 来源 29 危害 刺激眼和呼吸道 皮肤过敏 头痛 咽痛 乏力等 控制措施 30 空气污染物的种类及其危害 1 气体污染物CO2氡氨挥发性有机化合物VOC气味 分子污染2 悬浮颗粒物 可吸入颗粒物3 微生物 病毒 细菌 尘螨 4 其它 油烟 烟草烟雾 臭氧等 31 包括烟气 大气尘埃 纤维性粒子及花粉直径为10 100 m的微粒称作总悬浮颗粒物 TotalSuspendParticle 简称TSP 直径小于10 m PM10 的微粒称为可吸入颗粒物 可吸入并沉积在呼吸道中 造成矽肺和肺癌直径小于2 5 m PM2 5 的微粒称为细微粒 会进入肺泡我国国家环境质量标准规定 居住区可吸入颗粒物日平均浓度低于0 15毫克 立方米 年平均浓度低于0 1毫克 立方米 悬浮颗粒物 北京 可吸入颗粒物小时浓度在每立方米0 124毫克 2012 08 32 粒径分布 按质量计 大气尘中PM10占72 工业过程产尘 PM10占30 室内可吸入颗粒物以细微粒为主 几乎都是PM10粒径 7 0 m的粒子占95 以上粒径 3 3 m的粒子占80 90 以上粒径 1 1 m的粒子占50 70 33 来源室外来源花粉 交通生产过程大气污染室内来源人员活动 抽烟石棉建材SVOC颗粒附加危害成为病毒 细菌的传播附着物VOC附着物一 二次扬尘和室内湿度过低是其产生的主要原因 避免扬尘 增强过滤 控制湿度等方式以及控制产生源等手段来避免污染 34 微生物 病毒和细菌附于悬浮颗粒物上传播 是传染病的来源霉菌 滋生于潮湿阴暗的土壤 水体 空调设备中军团病 legionnaires disease 一种大叶性肺炎1976年在美国费城的宾西法尼亚美军军团会议的参加者中发生的军团病是典型的例子 死亡率高达15 20 军团肺原菌是一种普遍存在的嗜水性需氧细菌 Legionella 可通过风道 给水系统进入室内空气 军团菌 霉菌 真菌 SARS冠状病毒 35 1976年军团病 病死率达10 即大叶细菌性肺炎 当水温 31 36 水中含有丰富有机物时 菌可长期存活 主要孽生在空气加湿器 蓄水系统 空调系统等潮湿环境中 可经管道遍布整座建筑物 因此长期吹空调的人应特别小心 1986年疯牛病 元凶是羊不是牛 可以人传人 感染后毫无症状 有几十年潜伏期 死亡率100 即牛海绵状脑病 到目前为止 西欧 主要是英国 已出现了18万多个病例 非洲疟疾 全球最普遍 最严重的热带传染疾病之一 通过蚊子传播 每年夺命超过100万 在非洲 疟疾每30秒就杀死一名儿童 幸存者往往大脑受损或是瘫痪 36 课程内容 1 室内空气品质2 室内空气污染物种类及其危害3 室内空气品质的评价方法与指标4 室内空气污染的去除方法 37 1 暴露 Exposure 水平评价 38 在上述暴露评价的基础上对以下指标进行测量 观察 进而评价室内空气品质 39 2 主观问卷调查 人对气味的敏感和识别能力随着连续暴露时间的增加而减弱 在干冷空气中的嗅觉敏感性下降 易觉得空气清新 空气品质好 40 41 通过对人询问得到的 利用人体感觉器官进行评价 42 课程内容 1 室内空气品质2 室内空气污染物种类及其危害3 室内空气品质的评价方法与指标4 室内空气污染的控制方法 43 一 污染物的控制方法 44 新风稀释和合理的气流组织 45 新风稀释和合理的气流组织 以室内CO2允许浓度为标准的必要换气量以氧气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 目前我国空调系统新风量取值法 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 46 二 空气净化方法和原理 过滤器过滤活性炭吸附方法紫外灯杀菌纳米材料光催化等离子放电催化臭氧消毒灭菌利用植物净化空气 47 过滤器主要功能 处理空气中的颗粒污染 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 其实 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 48 1 空气过滤器原理 扩散 由于扩散作用 细微粒子d 0 2 m 运动轨迹与空气流向不一致 粒子明显偏离其流线 颗粒与纤维接触而附在其上 49 中途拦截 接触阻留效应 d 0 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 筛滤效应 尘粒大于纤维间距而被阻留 50 惯性碰撞 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 51 过滤器总效率和不同作用的效果和粒径的关系曲线 0 2 d 0 5 m d 0 2 m 0 2 d 0 5 m 52 2 空气过滤器种类 舒适性空调 洁净空调 53 几种常见过滤器的示意图 初效过滤器 中效过滤器 高效过滤器 高效袋式过滤器 54 一般净化 一般处理 无确定的控制指标要求 中等净化 对空气中悬浮微粒的质量浓度有一定要求 超净净化 对空气中悬浮微粒的大小和浓度都有严格要求 空气净化 舒适性空调 洁净空调 55 3 过滤器主要性能指标 指一定风量作用下 因积尘而阻力达到规定值 一般为初阻力的2倍 时的积尘量 56 式中n1 n2 p 过滤器前后的含尘浓度 穿透率 过滤器串联时 单级过滤器的效率为 57 面速 滤速 58 初阻力 新过滤器在额定风量状态下的阻力 终阻力 初阻力的2倍 怎么知道过滤器到检修的时候了 59 二 空气净化方法和原理 过滤器过滤活性炭吸附方法紫外灯杀菌纳米材料光催化等离子放电催化臭氧消毒灭菌利用植物净化空气 60 2 吸附净化法 吸附质和吸附剂之间不发生化学反应对所吸附的气体选择性不强吸附过程快 参与吸附的各相之间瞬间达到平衡低放热反应过程 放热量比相应气体的液化潜热稍大吸附剂与吸附质间的吸附力不强 在条件改变时可脱附 范德华力 61 气体在每克固体表面的吸附量依赖于气体的性质 固体表面的性质 吸附平衡的温度以及吸附质平衡压力固体材料吸附能力的大小和固体的比表面积有关系 即1g固体的表面积 比表面积越大 吸附能力越强 62 含大量微孔 其体积占了总孔体积的90 左右 因此有较大的比表面积 多数为800 1500m2 g 与粒状活性炭相比 活性炭纤维吸附容量大 吸附或脱附速度快 再生容易 63 分子筛 即人造沸石或硅酸铝 具有严密而整齐的孔径网状晶体结构 它的网状多孔结构使得其具有较高的吸附容量 而且具有分子选择吸附的性能 可根据不同物质分子的极性或可极化性而决定吸附的次序 是一种高效 深度 选择性极强的吸附剂和效果极佳的干燥剂 具有极高分离精度和分离率 在吸附时可有效避免共吸附现象出现 具有较高回收率 在同一工艺装置中可同时完成物质的干燥和净化 分子筛是可以反复再生使用 故投资和运行成本低 64 二 空气净化方法和原理 过滤器过滤活性炭吸附方法紫外灯杀菌臭氧消毒灭菌纳米材料光催化等离子放电催化利用植物净化空气 65 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 紫外光谱分为UVA 320 400nm UVB 280 320nm 和UVC 100 280nm 波长短的UVC杀菌能力较强 185nm以下的辐射会产生臭氧 一般紫外灯安置在房间上部 不直接照射人 空气受热源加热向上运动缓慢进入紫外辐照区 受辐照后的空气再下降到房间的人员活动区 在这一过程中 细菌和病毒会不断被降低活性 直至灭杀 紫外灯杀菌需要一定的作用时间 一般细菌在受到紫外灯发出的辐射数分钟后才死亡 66 4臭氧杀菌消毒臭氧 一种刺激性气体 是已知的最强的氧化剂之一 其强氧化性 高效的消毒作用使其在室内空气净化方面有着积极的贡献 臭氧的主要应用在于灭菌消毒 它可即刻氧化细胞壁 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 所以规定了浓度上限 0 16mg h 67 二 空气净化方法和原理 过滤器过滤活性炭吸附方法紫外灯杀菌臭氧消毒灭菌纳米材料光催化等离子放电催化利用植物净化空气 5 室内空气污染的去除方法 68 导带 价带 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 OH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 5光催化降解VOCs H2O VOCs 氧化反应 还原反应 69 光源要求 一般在紫外光照射下VOCs才会发生光催化降解紫外光谱分为 UVC 100 280nm UVB 280 320nm UVA 320 400nm 杀菌紫外灯波长一般在UVC波段 特别在254nm附近 70 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 缺点 1 材料 性能衰减快2 效率较低 且会产生有害物3 耗能高 71 光催化材料 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 UV光催化 6等离子体放电催化 利用高能电子 5eV 20eV 轰击反应器中的气体分子 NOx S