室内空气质量的主要影响因素及其改善措施

1、室内空气质量的主要影响因素及其改善措施?22?洁净与空调技术cc&ac2004年第3期室内空气质量的主要影响因素及其改善措施解放军理工大学刘剑利耿世彬摘要当前室内空气质量问题严重,本文主要针对室内空气污染特性,综合地分析了室内空气质量的影响因素,并提出了相应的改善措施和作者对室内空气质量问题研究趋势的看法.关键词室内空气质量空气污染物影响因素influencingfactorsinindoorairqualityandtheirsolutionbyliujianli.andgengshibinabstractpresentlythematterindoorairquality(iaq)

2、hasbeenserious.inthispaper,onfeaturesofiaq,influencefactorsofiaqarediscussedandputforwardseveralmeasurestoiaq.atlast,expressestheauthorsopinionontheiaqresearchdirectionsinthefuture.keywordsindoorairqualityaircontaminationsinfluencingfactors.plauniversityofsci.&tech1引言根据世界健康组织(who)估计,约有30%以上的新建或改

3、建建筑物有室内空气质量iaq(indoorairqualiy)问题.而人们有80%以上的时间是在室内度过的,由于室内空气质量不佳所导致的病态建筑综合症sbs(sickbuildingsyndrome)使得人们的身心健康和工作效率受到很大影响.目前室内空气质量已逐渐成为室内环境的主要矛盾,成了投诉的焦点,也是世界关注的热点之一.室内空气质量的研究已经取得了不少的进展和成果,世界各国正根据各国的国情和相应的室内污染物的特点,不断地引用这些成果起草或修订有关室内空气质量的标准和法规,我国也于2003年3月1日开始实施了2002年底发布的gb/t188832002室内空气质量标准.随着认识程度和技术措

4、施的不断进步,公众关注日益增强.如何改善室内空气质量,由舒适空调向健康空调转变,是迫在眉睫的问题.2影响室内空气质量的因素描述室内空气质量的指标包括:室内空气的构成,特别是化学和生物污染物浓度;室内空气的物理性指标,主要是温度和湿度;噪声,震动和采光等物理感受.影响室内空气质量的因素很多,但我们所主要关心的指标是室内空气的构成1l.就室内空气构成而言,污染源会增大室内污染物浓度,恶化空气质量.因此,室外空气质量,混合模式,污染物特性等都影响着室内空气质量.此外,如图1所示1l,室内空气质量受复杂交互因子的影响,它是多种影响因素和过程相互作用的结果,因此清晰辨别理解各因素对室内空气质量的影响和作

5、用方式,是制定正确的改善室内空气质量的措施的基础.2.1室内温湿度室内温度是指室内环境空气的温度,温度对人体热平衡的调节起着重要作用,对人体的健康和舒适影响极大.湿度为空气中水分的含量,湿度对热平衡和温度热感有重要作用.丹麦技术大学新的综合性研究证明,感知的空气质量受到人体吸入空气湿度和温度的强烈影响.实验表明:保持适当低的湿度以及全身热舒适性中性所要求刘剑利,男,1979年7月生,在读硕士210007南京解放军理工大学工程兵工程学院研究生三队(025)84862654收稿日期:200433洁净与空调技术cc&ac2004年第3期?23?图1室内空气质量与各影响因素的关系图有害物进入室

6、内或在室内产反作用,相互作用衰减贴附于建筑物内各表面保持不变建筑材料家俱,设备hvac系统生活用具人员室外空气,土壤人员吸人人员吸出随排风离开图2污染物在室内的存在过程图温度范围下限的温度是有利的,这样可以减少病态建筑综合症的发生.室内最恰当的相对湿度在4o%到60%之间.相对湿度在40%以下,人体的黏膜部位(眼,鼻,喉咙等)将产生刺激性的不舒服感,对灰尘和其他微粒的敏感性将会更高.而相对湿度在60%以上时,不仅将促进细菌和病毒的生长,同时也易引起霉菌过敏症.2.2新风量入室新风是保证室内空气质量良好的必要条件:,它包括新风的质和量两个方面,因此有学者提出入室新风质量这个概念.传统空调新风设计

7、中,只考虑了室内人员引起的污染,而忽视了室内污染物引起的污染.事实上,新风量应由室内人员和室内污染物共同确定.2.3空气流速室内气流与室外风速一样对污染物有稀释和扩散作用,室内如长期不通风,室内空气会令人感到窒息,疲劳,头晕,易感染呼吸系统及其它系统疾病.空气流速影响人体的对流和散热,而室内气流会有效的清除微生物和其他污染物.2_4室内空气污染物按空气污染物的存在状态,我们可以把室内空气污染物分为悬浮颗粒物和气态污染物两大类.前者是指悬浮在空气中的固体粒子和液体粒子,包括有机和无机颗粒物,微生物及生物气溶胶等;后者是以分子状态存在的污染物包括无机化合物,有机化合物和放射性物质等.污染物在室内的

8、存在,作用与排出过程如图2所示.2.4.1室内空气污染物造成的污染的种类及其危害按照污染物对室内空气质量的影响和对人体伤害的方式,我们可把室内空气污染分为物理性污染,化学性污染,生物性污染和放射性污染四类网.物理性污染.主要指空气中的粉尘,烟雾,油烟,悬浮微粒等对室内空气所造成的污染.这种污染本身一般不会对人体产生严重的危害,但由于室内空气中co,co2,nox,so2以及细菌,霉菌都可以吸附在悬浮微粒和粉尘上,所以当这种微粒和粉尘达到一定浓度时,会引发严重影响人体健康的问题.化学性污染.这是影响室内空气质量的主要因素.污染室内空气的主要化学物质有甲醛,苯,二甲苯,氨,c0,c0:,no以及其

9、他挥发性有机化合物(voc)等.挥发性有机化合物(voc)是污染室内空气的重要有毒物质,浓度高时可引起人体麻醉窒息,患神经炎,肺炎等.在挥发性有机化合物(voc)中,甲醛对室内空气污染的影响最大.苯类物质能刺激呼吸道,破坏造血功能,长期接触会对人体造成严重伤害.?24?洁净与空调技术cc&ac2004年第3期生物性污染.室内空气中的生物污染主要包括细菌,酵母菌,霉菌,尘螨,病毒,花粉,生物体皮屑和噬菌体等,其大小不一,对人体的危害很大,它们的繁殖能力强,繁殖速度快,是影响室内空气品质的一个很重要的因素.目前已知的能引起呼吸道感染的病毒,包括非典病毒在内有200多种,大部分是在室内通过空

10、气传播的.放射性污染.室内空气中的放射性气体氡气是一种无色无味的气体.通常情况下,人的一生中受到的天然性辐射有一半来自氡气.高浓度的氡可直接导致肺癌,白血病和呼吸道疾病,因此氡被美国科学家称为小能量炸弹,国外流行病学调查资料显示:15%的肺癌患者发病与其摄人的氡及其气体的量有关.2.4.2室内空气污染物的来源根据污染物的形成原因和进入室内的不同渠道,室内污染物的主要来源有室内污染源,室外环境的污染源,空调系统造成的污染三个方面,其具体污染源,污染物以及其危害如表1所示:3改善室内空气质量的技术措施据美国职业安全与卫生研究所(niosh)的研究显示,导致人员对室内空气质量不满意的主要因素如表2所

11、示【】:一因此,可见要想更好的改善室内空气质量,关键是完善通风空调系统和消除室内,室外空气污染物.从影响室内空气质量的主要因素及其相互间关系出发,提出了改善室内空气品质的具体措施.3.1污染源控制众所周知,消除或减少室内污染源是改善室内空气质量,提高舒适性的最经济最有效的途径.从理论上讲,用无污染或低污染的材料取代高污染材料,避免或减少室内空气污染物产生的设计和维护方案,是最理想的室内空气污染控制方法.对已经存在的室内空气污染源,应在摸清污染源特性及其对室内环境的影响方式的基础上,采用撤出室内,封闭或隔离等措施,防止散发的污染物进入室内环境.如现代化大楼最常见的是挥发性的有机表1室内空气污染来

12、源污染源产生的污染物危害建筑材料,砖瓦,混凝土,板材,石氨,甲醛,氡,放射性核素,石棉纤维,头昏,病变,尘肺,诱发冠心病,肺水材,保温材料,涂料,粘结剂有机物肿及致癌苯及其同系物,醇,氯仿,脂肪烃类,多清洁剂,除臭剂,杀虫剂,化妆品致癌种挥发性有机物燃料燃烧so2,no2,rrp,co呼吸道刺激,鼻,咽等疾病室内吸烟co2,co,no,烷,烯烃,尼古丁,焦油,呼吸系统疾病芳香烃等呼吸,新陈代谢co2,co,nh,甲醇,乙醇,醚头昏,头痛,神经系统疾病室内微生物(来源于人体和宠物)结核杆菌,霉菌,螨虫等各种传染病复印机,空调,家电0,有机物刺激眼睛,头痛,致癌可吸人颗粒物,so2,nox,tsp

13、,hf,co,工业污染物和交通污染物刺激人的呼吸系统,诱发多种疾病hc哮喘,皮炎,皮疹,过敏反应及各类室外植物和环境中菌类花粉,孢子,微生物真菌,酵母菌皮肤传染病房地基rn(氡)呼吸系统疾病,肺癌人为带人室内(工作服)苯,ph,石棉等各污染物相关疾病设备用材,进,出风口滤网,集水空调设备玻璃纤维,积尘,霉菌,微生物过敏反应盘,帆布软接口表2niosh的调查研究结论通风空调系统48.3%建筑材料3.4%室内污染物(吸烟产生的除外)17.7%过敏性f肺炎)3.0%室外污染物10-3%吸烟2.0%不良的湿度控制4.4%不明原因10.9%洁净与空调技术cc&ac2004年第3期?25?物oc)

14、,以及复印机和激光打印机发生的臭氧和其它的刺激性气味的污染.其控制方法可采用隔离控制,压差控制和过滤,吸附及吸收处理等.对建筑物污染源的控制,会受到投资,工程进度,技术水平等多方面因素的限制.根据相关数据确定被检查材料,产品,家具是否可以采用,或仅在特定的场合下可以采用.有些材料也可以仅在施工过程中临时采用,对于不能使用的材料,产品可以采取谨慎回避的办法l3】.因此要注重建筑材料的选用,使用环保型建筑材料,并使有害物充分挥发后再使用.微生物滋长是需要水分和营养源,降低微生物污染的最有效手段是控制尘埃和湿度.对于微生物可以通过下列技术设计进行控制:将有助于微生物生长的材料(如管道保温隔音材料)等

15、进行密封;对施工中受潮的易滋生微生物的材料进行清除更换,减少空调系统的潮湿面积;建筑物使用前用空气真空除尘设备清除管道井和饰面材料的灰尘和垃圾i3,尽量减少尘埃污染和微生物污染.室内空气异味是可感受的室内空气质量的主要因素.因此要控制异味的来源,需减少室内低浓度污染源,减少吸烟和室内燃烧过程,减少各种气雾剂,化妆品的使用等.在污染源比较集中的地域或房间,采用局部排风或过滤吸附的方法,防止污染源的扩散问.3.2空调系统设计的改进措施空调系统设计人员在设计一开始就应该认真考虑室内空气质量,为此还要考虑到系统今后如何运行管理和维护.要使设计人员认同这是他们的责任.许多运行,管理和维护的症结问题往往出

16、自原设计.3.2.1提高入室新风质量,适当调节新风量新风量与室内空气质量之间有密切联系,新风量是否充足对室内空气质量影响很大.提高入室新风量目的是将室外新鲜空气送入室内稀释室内有害物质,并将室内污染物排到室外.在抗非典中,十分强调开窗通风,实质上就是用这个办法改善室内空气质量.但需注意的是室外空气也可能是室内污染物的重要来源.由于大气污染日趋严重,室外大气的尘,菌,有害气体等污染物的浓度并不低于室内,盲目引入新风量,可能带来新的污染.采用新风的前提条件为室外空气质量好于室内空气质量.否则,增大新风量只会增大新风负荷,使运行费用急剧上升,对改善室内空气品质毫无意义.发挥新风效应,引入低污染的新风

17、,同时减少或者消除新风处理,传递和扩散过程中的污染.尽量做到以下几点:合理选择新风,加强新风过滤处理,改变通常只作粗效过滤的观念;提倡新风直接入室,缩短新风年龄,减少途径污染.入室新风年龄越小,途径污染越少,新风品质越好,对人的有益作用越大;此外,还可采用一些空调新技术,提高工作区的新风质量.如由全面向局部转化,将经过处理的空气直接送入人所在区域,提高送风的有效性;安装气流监测系统,调节风量,保障室内良好空气品质所需要的新风量和循环风量;对有特殊污染源的房间,安装专用的局部排风系统等措施.3.2.2改进送风方式和气流组织室外空气质量对室内空气质量有一定的影响,其影响程度与新风处理和送入方式有关

18、,合理的送风方式和气流组织即是合理布置送排风口,充分将新鲜空气送入工作区,减少送风死角,以提高室内的换气效果,充分稀释室内污染物浓度,从而提高空气品质.合理的气流组织以提高通风效率是改善室内空气质量,提高舒适性的经济有效的手段.对于集中式全空气系统,应当设计独立的新风系统;对大空间,可以设置岗位送新风系统;在高大型公共建筑中可以采用置换通风,它将清洁新鲜的空气直接送入人体活动区,避免污浊空气的再利用,保证工作区的空气品质;对半集中式的风机盘管系统,除新风直接送入房间外,应增设集中排风措施,这样才能起到新风效应作用:对分散式的分体式空调房间采用双向新风换气机有利于改善室内空气品质,同时有利于节能

19、.另外还可以对于空调设计的气流组织进行cfd(computationalfluiddynamics)模拟,对给定的设计空间建立合适的数学,物理模型,用cfd方法求出室内各点的温度,相对湿度,气流速度,提高换气效率.利用cfd模拟,判断送风到达室内各点时间的长短,评估室内空气的新鲜度,从而优化设计方案,合理组织气流.综上所述,完善通风设计和调节,加强自然通风的通畅性,是一项非常重要的技术措施和一种最经济有效的方法.3.2.3空调设备的优化设计?26?洁净与空调技术cc&ac2004年第3期设备设计主要是设备选择以及管道设计与安装,重点在尽量减少尘埃污染和微生物污染.尤其是管道系统中的静压

20、箱和管件的设计要特别注意,防止局部的相对湿度过高,以避免尘埃积累和微生物滋长,在(ashre标准621989标准的修订中得到了特别强调同.要求控制途经盘管的风速,加强挡水装置的效果,要求带水量控制在1.148nflj(m2.h)以内,并保证漂浮的水分在规定的距离内被完全吸收,以免污染下游的管道.除湿盘管的排水盘要有坡度并具有良好的水封,要求在所有的工况下均能集水,在系统运行3分钟内排除凝水;空调系统在停止工作后应保持通风直至凝结水干燥.对于人的活动和设备散热超过设计容量时,出现的室内空气质量问题,设计中可考虑采取如下措施:对通风系统容量进行调剂控制;在建筑物内人员聚集空间,安装co:和voc传

21、感器,监测室内空气质量,一旦接近或达不到许可标准时,调整通风的新风量;限制油烟,在可能产生油烟的空间里设置专用排油烟通风管井.其它的设备的优化设计的具体措施还有:合理使用各级空气过滤器,提高空气过滤器效率,减少热湿处理设备污染;在空调机组中增设一个杀菌器;以及对回风进行适当的处理与控制等.一个优秀的设计,必修要有高质量的安装和调试,同时还应有先进到位的运行管理,才能确保达到设计的预期目标.3.3建筑维护和室内空调设备的运行管理与维护清洗建筑物使用过程中,必须对建筑材料,家具,设备系统定期进行维护和清洁检查,防止室内灰尘及各种化学微粒的积累,防止细菌滋生.空调系统必须定期进行清洁维护.空调系统本

22、身成为室内空气污染源之一的原因就在于没有及时的清洁维护或维护不当.空调系统的清洁维护工作可以分成两大系统:水系统和风系统.水系统的清洁维护目前主要采用化学或物理手段.化学手段比较完善,通过自动或人工定期向水内投放化学药品来实现除垢,防腐,杀菌和灭藻,并定时排放污水.风系统的清洁维护目前主要还停留于过滤器的清洗或更换上.风管系统的清洁维护可采用人工,机械化及自动化等多种手段.3.4应用室内空气净化技术使用空气净化技术,是改善室内空气质量,创造健康舒适的办公和住宅环境十分有效的方法,在冬季供暖,夏季使用空调期间效果更为显着.和增加新风量相比,此方法更为节能.3.4.1微粒捕集技术将固态或液态微粒从

23、气流中分离出来的方法主要包括机械分离,电力分离,洗涤分离和过滤分离.室内空气中微粒浓度低,尺寸小,而且要确保可靠的末级捕集效果,所以主要用带有阻隔性质的过滤分离来清除气流中的微粒,其次也常采用静电捕集方法.室内空气中应用不同类型的过滤器以过滤掉不同粒径的微粒.3.4.2吸附净化方法吸附是利用多孑l性固体吸附剂处理气体混合物,使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上,从而达到分离的目的.此方法其优点是吸附剂的选择性高,它能分开其他方法难以分开的混合物,有效的清除浓度很低的有害物质,净化效率高,设备简单,操作方便.所以此方法特别适用于室内空气中的挥发性有机化合物,氨,h:s,so:,no和氡气等

24、气态污染物的净化.作为净化室内空气的主要方法,吸附被广泛使用,所用吸附剂主要是粒状活性炭和活性碳纤维.3.4_3非平衡等离子体净化方法等离子体是由电子,离子,自由基和中性粒子组成的导电性流体,整体保持电中性.非平衡等离子体就是电子温度高达数万度的等离子体.将非平衡等离子体应用于空气净化,不但可分解气态污染物,还可从气流中分离出微粒,整个净化过程涉及预荷电集尘,催化净化和负离子发生等作用.非平衡等离子体降解污染物是一个十分复杂的过程,而且影响这一过程的因素很多,因此相关研究还需深入.非平衡等离子体不仅可净化各种有害气体,而且可分离颗粒物质,调解离子平衡.所以从理论上说,它在空气净化方面有着其它方

25、法无法比拟的优点,它的应用前景非常乐观.3.4.4光催化净化方法光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物.光催化剂属半导体材料,包括to:,zno,fe20.,cds和wo.等.其中tio:具有良好的抗光腐蚀性和催化活性,而且性能稳定,价廉易得,无毒无害,是目前公认的洁净与空调技术cc&ac2004年第3期?27?最佳光催化剂光催化法具有能耗低,操作简单,反应条件温和,经济,可减少二次污染及连续工作和对污染物全面治理的特点,适用范围广泛.3.4.5臭氧净化方法臭氧在空气中的应用是将臭氧直接与室内空气混合或将臭氧直接释放到室内空气中,利用臭氧极强氧化,高效消毒

26、和催化作用,达到杀灭细菌的目的.臭氧杀菌的优点有:消毒杀菌范围广,其工作量较小,应用方便;臭氧在消毒灭菌过程中还原成氧和水,在环境中不留残留物;臭氧对有害物分解,使其转化为无毒的副产物,有效地避免了二次污染.3.4.6负离子净化方法浮游在空气之中的带电细微粒子被称为空气离子.处于电中性状态的气体分子受到外力的作用,失去或得到电子,得到电子的为负离子.空气负离子能借助凝结和吸附作用,附着在固相或液相污染物微粒上,从而形成大离子并沉降下来,借此降低空气污染物浓度,起到净化空气的作用.需强调的是,空气中负离子极易与空气中尘埃结合形成具有一定极性的污染粒子,即重离子.而悬浮的重离子在降落过程中,依然附

27、着在室内物品上,人一活动会使其再次飞扬到空气中,所以负离子只是附着灰尘,并不能清除空气污染物,或将其排至室外.在实际应用中,针对所需去除污染物的种类,充分利用各种方法的特点,将上述各种技术方法进行优化组合,即可取得良好的空气净化效果.4结束语室内空气质量问题已经谈论了许多年,国内外的研究及论文相当丰富,但真正解决问题的路程还相当遥远,面临的困难还相当多.目前应当从以下几个方面人手:首先我们必须认识到,室内空气质量是一门跨学科的新兴学科,其研究对象是如何为人员提供可以长时期生活的健康,舒适的室内环境.明确了定义,性质,范畴和要求,才能科学有效地展开研究.它不是任何一个或几个现有学科可以解决的问题,它是具有很大发展潜力的学科.因此,对室内空气质量问题的性质要建立一个科学,全面和比较统一的认识.应尽快地建立起我国的比较完善的室内空气质量和标准与评价方法.其次,由于多因子,多途径地诱发了室内空气质量问题,改善室内空气质量实际上是一个系统工程,并不是单一的措施或方法能奏效.我们应清楚的认识到,现在提出的一些解决方法或开发的一些产品,还不能解决室内空气质量问题,只能从局部改善