国际上室内空气质量研究的现状 最新进展和发展趋势

1、国际上室内空气质量研究近30年来发展迅速。1978年由丹麦技术大学室内空气领域著名学者Fanger教授发起，在丹麦哥本哈根召开了第1届国际室内空气大会(The 1st Inter. Conf. of Indoor Air), 其后每3年1次，在世界不同国家举办国际室内空气大会。2005年我国清华大学建筑技术科学系成功主办了第10届国际室内空气大会(The 10th Inter. Conf. of Indoor Air)，与会代表逾千人，海外代表700余人。在第1届国际室内空气大会召开30年后(2008年)，为纪念Fanger教授对室内空气领域发展的贡献，第11届国际室内空气大会(The 11t

2、h Inter. Conf. of Indoor Air)又回到丹麦哥本哈根举办。在此期间，国际上有关室内空气质量的国际会议层出不穷，在全世界范围内已形成规模和影响的就有：Heathy Building; Roomvent, Clima2000等，清华大学由江亿院士和赵荣义教授发起的国际暖通空调大会(Inter. Conf. of Heating, Ventilating and Air-conditioniing)自1991首次举办以来，每4年举办1届，至今历时17年，已举办5届，室内空气质量也成为了该系列国际会议的主要专题之一。此外，世界一些发达国家对室内空气质量研究给予高度关注，美国空气

3、和废弃物处理学会(A&WMA), 制冷空调暖通工程师学会（ASHRAE）年会中室内空气质量也都是重要专题之一。国际上现有国际室内空气学会（ISIAQ），1990年，又成立了国际室内空气科学院(International Academy of Indoor Air Sciences，简称IAIAS)。国际上有大量重要学术期刊都是室内空气质量研究的学术舞台和展示窗口：Environment Science and TechnologyEnviroment Health ProspectiveAtmospheric EnvironmentChemoshpereIndoor AirJourna

4、l of Air & Waste Management AssicationBuilding and Environment人们认识到，近年来引起室内空气污染的主要原因有：(1)强调节能导致的建筑密闭性增强和新风量减少：二十世纪七十年代的能源危机后建筑节能在发达国家普遍受到重视, 作为建筑节能的有效手段, 很多建筑密闭性增强, 新风供给量减少，而新建的大量大型建筑及其配套空调系统普遍采用此策略。(2)新型合成材料化学在现代建筑中大量应用：一些合成材料由于价格低廉、性能优越作为建筑材料和建筑装修材料广泛获得应用，但其中一些会散发对人体有害的气体, 如挥发性有机化合物 (VOCs)。(3)

5、散发有害气体的电器产品的大量使用：随着电子技术的发展，一些电器产品在办公室和家庭日益普及，其中如复印机、打印机、计算机等会散发有害气体如臭氧、有机挥发物等，造成室内空气品质的下降。(4)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：传统空调过滤器难以对有机挥发物等化学污染和微生物等进行过滤，集中空调冷凝除湿方式, 使空调箱和风机盘管系统往往成为霉菌的滋生地。系统设计和运行管理不合理，如过滤网不及时清洗或更换，新风口设计不合理等也常是造成室内空气品质低劣的原因。(5)室外空气污染加剧：近年来，一些发展中国家尤其是我国由于经济发展过程中不注意环境保护，导致室外空气污染加剧。这些室外空气

6、不经处理直接引入室内，会造成室内空气品质降低。  下面对室内空气质量领域的一些方面的研究现状、研究进展和发展趋势做一简单介绍。（a） 室内空气质量对人舒适、健康和工作效率的影响室内空气品质的问题往往是病态建筑综合症（SBS）和建筑相关疾病（BRI）的影响主因。SBS是指和某一特定建筑相关的一类症状的总称，并没有显著的病理改变。其通常症状包括眼睛、鼻子或者咽喉刺激、头痛、疲劳、精力不足、烦躁、皮肤干燥、鼻充血、呼吸困难、鼻子出血和恶心等，这种病症有个显著的特征就是一旦离开污染的建筑物，病症会明显的减轻或消失。而BRI包括呼吸道感染和疾病、军团菌病、各种空气传染的疾病、心血管病

7、和肺癌以及中毒反应，主要是由于在具有生物污染、物理污染、化学污染的空气中暴露所致。和SBS不同，这些疾病病因可查，而且有明确的诊断标准和治疗对策。 室内空气品质的问题会妨碍人正常工作，造成工作日的损失，同时也会消耗大量医疗费用。1989年美国环保署对新西兰的一项调查表明，每年由于室内空气品质不好造成的损失约占国民生产总值的3。而1990年对英国的调查表明，SBS使生产力降低了4。在1997年，Menzies的一项实验研究中，好的室内空气品质提高了大约11的生产力。经过估算，在1996年，美国因为SBS引起的经济损失高达76亿美元。美国医学杂志1985年调查报告估计，在美国，每年因呼吸道感染而就

8、医的人数达到7500万次，每年损失1.5亿个工组日，花费的医疗费用达150亿美元，而缺勤损失则高达590亿美元。（b） 室内空气化学污染控制34-36室内空气化学污染控制方法可归结为：源头控制、通风稀释以及空气净化。源头控制方面：对室内材料和物品污染源特性进行了实验测定、模型研究，旨在了解污染释放机理、特性和控制方法。在基础研究层面，目前研究已从唯像、宏观、被动认识层次，向机理、介观、主动认识层次发展；此外，目前室内材料和物品的二次污染问题也得到广泛关注；室内材料和物品是室内挥发性有机化学污染的重要来源，因此室内材料和物品的污染释放标识是非常重要的工作，一些发达国际已实行，它们的工作

9、表明，建立和推行相应的标识体系对室内空气化学污染治理非常行之有效，而我国这方面的工作才刚刚开展；目前，针对室内空气化学污染的空气净化材料、净化技术和净化产品层出不穷，但鱼龙混杂、良莠难辨，如何识别和发展行之有效的新技术、新材料和新产品，而识别和淘汰不良技术、材料和产品，成为了国际上关注的热点问题，这在我国更具有重要意义。（c） 室内空气微生物污染控制控制室内微生物污染的方法可分为如下几类：源头控制、通风稀释以及空气净化。其中，去除微生物污染的空气净化技术种类繁多，其中，紫外线杀菌技术和臭氧杀菌技术是两种常用的传统空气净化方法。源头控制方法治理生物污染最为彻底，针对微生物污染的各种源头

10、，可以实施不同的控制方法37-39。通风稀释方法把污染物浓度低于被控房间污染物浓度的空气直接通入被控房间，并从被控房间排走一定量空气直接稀释房间内污染物。在中央空调系统中安装中效过滤器过滤微生物颗粒，应用效果也不理想40。美国肺病协会指出，如果不经常清洁空调风道，通风设备重新运行时，细菌、真菌会沿风道迅速蔓延至整个建筑物，室内空气污染的程度可比室外空气严重100倍以上41。由此可见，传统通风稀释加过滤除菌方法的应用性面临着严峻挑战。紫外照射杀菌技术利用紫外光辐照对微生物进行灭活。紫外光可划分为三个波段：UVA(320nm400nm)、 UVB(280320nm)、UVC(100nm280nm)

11、。波长253.7nm的紫外光对微生物有较强的杀灭作用42。杀菌用紫外灯发出的光通常是短波段的UVC。紫外线杀菌有多种应用形式43-45。紫外杀菌效果和微生物种类、相对湿度（RH）、辐射量（辐射强度×辐射时间）、房间结构、灯管布置、灯管寿命、气流组织等参数有关46，紫外杀菌的应用性需进一步探讨。臭氧具有强氧化性，对细菌、病毒、真菌都有杀灭作用，具有广谱性47、49。臭氧杀菌的常见应用形式有臭氧消毒柜50、空气消毒器51, 52等。臭氧也对人体有害，标准39中给出的室内允许值要求不大于0.16mg/m3（1h平均值），一般的臭氧消毒设备的臭氧产量都远超过该值，因此，在使用过程中应严禁人机

12、同室。纳米光催化杀菌早在1972年，Fujishima和Honda53首先报道了用TiO2电极电解水制备氢气，自从那时起，光催化空气净化技术研究持续至今54-67。值得一提的是，1985年Mutsunaga等56发现在金属卤灯发出的近紫外光照射下，TiO2-Pt电极具用杀菌效果，这一发现开创了用光催化方法杀菌消毒的先河。纳米材料的负载技术、空气中微生物颗粒和纳米材料表面如何有效接触、以及微生物颗粒吸附后的杀灭效果等等都是纳米光催化杀菌技术在应用过程中亟待解决的问题。等离子体杀菌等离子体是物质存在的第四种状态，是由电子、离子、原子、分子和自由基等粒子组成的集合体。等离子体中的离子、电子和激发态原

13、子都是极活泼的反应性物种,使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得十分快速67。等离子去除生物污染具有迅速、广谱等优点，但是由于等离子技术本身尚有许多难点，诸如副产品的产生，发生装置设计等，等离子体灭菌技术尚不成熟。关于微生物污染的控制技术，源头控制、通风稀释和传统的紫外、臭氧净化方法在应用上都存在一定的制约性。光催化杀菌技术以其常温、稳定、杀菌彻底、能耗低以及可综合处理生物污染和VOCs污染等特点在环境治理领域有着广阔的应用前景。对光催化杀菌技术的研究主要包括微生物杀灭机理研究和实际应用研究两个方面。（d）室内空气颗粒污染控制国际上对室内颗粒污染展开了广泛的研究，研究内容和现状可大致概括为如

14、下方面：(1) 室内颗粒污染的健康危害研究，通过生物学、流行病学等手段，研究细小颗粒物对人体的危害；(2) 室内颗粒物的来源特性研究，包括烹调、吸烟、采暖、燃香、人员日常活动、家务劳动以及办公设备等散发的颗粒物特性；(3) 室内颗粒污染的动力学行为，通过实验测试、理论模拟分析等手段，研究细小颗粒物的沉积、穿透、运动分布以及再悬浮等行为；4室内颗粒污染的暴露研究，如颗粒进入人体呼吸系统的沉积规律及其危害评价等。（e）室内外空气质量的关系等  除以上(d)中所述研究室外污染物（主要是颗粒）穿透建筑围护结构进入室内的定量关系之外，目前国际上主要采用测量室内污染物浓度比(I/O ratio)

15、的方法研究室内外控制量的关系。通过一定时间内连续、同时监测室内外某种特定污染物的浓度，并调研监测期间室内的使用情况，如烹饪、清洁以及人员活动等情况，了解一定条件下室内外空气质量的关系。（f）室内空气环境综合控制传统的室内空气环境营造目标是创造均匀的环境参数，如传统的混合送风将人所在的工作区放在回流区。同时，在舒适环境营造时主要控制室内空气温度，湿度通常不进行控制。在一些工艺空调中，湿度起着非常重要的作用，空调实现了温度与湿度的联合控制，但这往往要付出空气冷却后又再热的代价，即存在所谓的冷热抵销问题。传统系统中的室内空气质量通常通过控制新风量来保障的。室内的新风量通常根据设计状况确定，在实际使用

16、时仅根据气象条件做少量调节（如全空气系统的空气处理装置），或者根本不做调节（如风机盘管加新风系统中的新风机组）。因此，传统系统中主要是单参数控制，在工艺空调中进行温湿度的联合控制，但很难看到温度、湿度和污染物联合控制的系统。此外，控制的目标由于是针对均匀环境，所以室内环境监测只能使用一个传感器，不能同时保障不同位置处于不同的室内空气参数。随着人们对能源消耗的日益重视，一些新型的通风空调方式在民用建筑和工业建筑中的应用越来越多。如二十世纪九十年代置换通风在斯堪的纳维亚半岛的大量使用，二十一世纪初个性化送风和工位空调在民用建筑中越来越多的使用。这些新型通风方式追求的室内空气环境不再是均匀的，而是不

17、均匀的，并充分利用这种不均匀来提高通风效率。对于均匀的室内环境来说，热源、湿源和污染源的位置不重要，仅强度重要；而对于非均匀的室内环境来说，不仅热源、湿源和污染源的强度重要，其位置也特别重要。相同强度、不同位置的源可能产生完全不同的室内参数分布。而目前室内环境的控制策略几乎全是根据均匀环境来，所以很难胜任非均匀环境创造的需要。另一方面，室内热源、湿源和污染源位置并不相同，人员或工艺对这三方面的要求也不完全相同。研究表明，如果根据不同的需要创造不同的非均匀环境，将比一直创造最高要求的均匀环境节约大量能量。随着人们对室内环境的舒适、健康要求越来越高，而能源供应越来越紧张，如何充分利用非均匀环境能量

18、消耗少的特点成为新一代室内空气环境营造的发展方向。为实际非均匀环境的营造，必须解决下述问题：（1）室内温度、湿度和污染物存在不同的要求和分布，如何根据各自的要求、采用最少的能量创造满足总体需要的室内环境，必须解决三者间的耦合与联合控制；（2）室内不同位置存在不同的参数，能否实现同一空间不同参数的控制，以及能否实现温度、湿度和污染物在不同位置不同的参数，这是非均匀环境优化控制重要重要的理论基础；（3）室内的人员、设备的需求可能随时间变化，非均匀环境的创造必须能够实现局部空间和局部时间的控制。 在室内空气质量研究中，对室内污染物的控制一直是需要研究解决的重点。对于控制方法的研究有很多，但模拟仿真始终是一种方便快捷而又经济实用的方法。目前世界上已有的关于室内环境的模拟软件大多只关注某个领域，如建筑能耗模拟，建筑通风模拟，或是单纯的污染物模拟，还没有真正的能够将各种因素综合考虑对室内环境进行模拟的软件。我们目前的工作就是在多区网络模型的基础上建立这样一个污染物模拟平台，使其具有下面的一些功能： 使该软件能成为一个设计工具，可以在最初建筑设计阶段就可以通过模拟了解采用该设计方案后可能会产生的室内空气质量问题。 对于已经装