室內空氣質量及相關研討

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摘要：本文介紹了室內空氣品質的國內外有關研究成果。內容包括IAQ問題引發關注的緣由，IAQ的影響因素、評價方法及改善IAQ的相關措施。

關鍵詞：室內空氣品質病態建筑綜合癥評價方法影響因素

1室內空氣品質

有關室內空氣品質的研究，可以追述到20世紀初，當時，人們已經開始采用通風的方法來改善室內空氣環境。制冷空調系統的出現，為人們創造了舒適的空調環境。70年代的全球能源危機，使制冷空調系統這一能源消耗大戶面臨嚴重考驗，節能降耗成為空調系統設計的關鍵環節。節能措施之一就是減少入室新風量，但是這一措施引起了室內空氣環境惡化，出現了“病態建筑綜合癥”。80年代以來，制冷空調步入一個新的發展階段，新階段的標志之一就是由舒適性空調向健康空調的變革。

室內空氣品質已成為現代建筑科學的前沿研究課題，它涉及醫學衛生、建筑環境工程、建筑設計等諸方面，研究的目的是創造一種衛生、健康、舒適的室內空氣環境。

2IAQ問題日益引起關注的緣由

2.1IAQ是影響勞動生產率的重要因素[1]

研究表明，室內空氣污染物主要有：二氧化碳、一氧化碳、甲醛、揮發性有機化合物、氡、石棉、可吸入粉塵、煙氣、細菌等。一些污染物，如細菌、一氧化碳、氡、石棉等直接影響人員的健康，甲醛、粉塵、煙氣等會導致人體極不舒適，甚至厭惡，這些感覺會導致生產率的下降。有調查顯示[2]，建筑物使用時間越長，人們對室內空氣品質的不滿意率越高，生產率的下降也就越多。有些室內污染物的濃度雖然沒有超過權威機構制定的上限值，但室內人員仍可以感受到這種低濃度污染，低濃度污染決定了空氣的新鮮度，影響室內空氣品質的可接受程度。

2.2病態建筑綜合癥（SBS）的出現

為了降低空調能耗，人們一方面提高建筑物的氣密性和熱絕緣性，同時降低室內最小新風量標準，導致了室內有害物由于得不到新風稀釋而濃度提高，以致長期在室內工作的人們，出現眼、喉刺激、鼻塞、頭痛、頭暈、惡心、胸悶、乏力、皮膚干燥、嗜睡、煩躁等癥狀，統稱為“病態建筑綜合癥”。世界衛生組織（WHO）估計，目前世界上有將近30%的新建和整修的建筑物受到SBS的影響，大約有20-30%的辦公室人員常被SBS癥狀所困擾。由于室內空氣品質下降而造成工作效率下降和員工缺勤增加，造成產品損耗，員工病假和直接醫療費用等大量的經濟損失。

2.3現代人生活和工作形態的改變

據統計，人們平常有80%的時間處于室內，而室內某些污染物濃度又超過室外，因此人們對IAQ問題日益重視。一個成年人平均呼吸次數為10～15min-1，每次需要0.5升空氣，以平均70歲壽命來計算，每個人一生要用27萬m3空氣。這些空氣進入人體內，在總表面積為60～80m2的肺泡里，經物理擴散進入體內交換。可以想象在如此長的暴露時間、如此大的接觸面積下，室內空氣品質狀況對人們身體健康影響何等巨大[4]。人們不知不覺地、無奈地吸入這些污染物，在其長期的干擾下在心理上、精神上受到不良影響，導致植物神經系統的紊亂，免疫力減退，造成在行為上和器官功能上的變化，所遭受的潛在危害是無法估量的[5]。

隨著人們生活水平的提高，對生活質量的要求越來越高，自我保護的意識增強，人們開始認識到高品質的空氣是室內人員健康的保障。對室內空氣品質的關心和警覺日益加強。

3影響室內空氣品質的因素

3.1新型材料和藥劑的大量應用

民用建筑新風量設計基礎是以人作為最主要的污染源，而如今大量的新型建筑材料、裝璜材料、新型涂料及粘接劑的不斷采用，新型的辦公用具不斷涌現，高效簡便的清潔劑、殺蟲劑、除臭劑大量使用，使得室內空氣中出現了成千上萬種前所未有的揮發性化學污染物。這些污染物濃度很低，即使用最現代化的化學分析方法也難于把它們測量出來，而人的鼻子卻能感覺出來。但長期以來人們對這些大量的低濃度污染及其作用掉以輕心。

3.2新風量的減少和新風品質的下降

新風量的不足是造成室內空氣品質下降的主要原因。建筑物內，建筑相關污染與人員相關污染兩者的感受效應是相互疊加的，應將兩者所需要的通風量也進行疊加。但設計人員一般在設計時將兩個通風量進行比較，取兩者中的大值，這樣的考慮造成了房間內的通風量的不足。

入室新風質量是影響室內空氣品質的主要因素，這是勿庸置疑的。影響入室新風質量主要有兩方面的原因：一是室外空氣的質量；二是新風處理過程。

新風系統是保障室內空氣品質的關鍵，長期以來，人們將加大新風量作為當然的改善室內空氣品質的方法。但近年來，隨著城市建設步伐的加快，人口密度不斷增加，汽車的擁有量也不斷上升。人們在生產和生活過程中不斷向外排放廢氣，致使室外空氣質量逐漸惡化。室外空氣中的某些空氣質量指標已超過室內空氣質量的控制指標，例如懸浮顆粒濃度，室內控制標準為0.15mg/m3，而室外空氣中的懸浮顆粒濃度已達0.3mg/m3。顯然，這種情況下，引入新風不僅不能起到稀釋作用，而且還會惡化室內空氣品質。

空調系統設備在加濕、減濕等空氣處理過程中，本身也易成為污染源。特別是室外濕度較大，在降溫、減濕時，表冷器表面凝水積塵、滴水盤排水不暢，極易污染空氣；系統中的部件如帆布軟接頭、法蘭連接處等最易積塵和發霉最易發生微生物污染。諸如此類因素使新風品質惡化。實驗認為，幾乎所有空氣處理部件都是污染源和臭味源。其中包括過濾器、盤管、熱回收器、風機和消聲器，各組成構件對空氣的惡化作用并不相同，其中影響最大的是過濾器，污染的主要原因是油、塵和污表面，有的構件可能在生產過程中就被灰塵或油污染了。

3.3通風系統換氣效率的影響

不同的通風方式和氣流分布方式，影響著通風換氣效率，對稀釋和排除室內污染物的效果不同，室內人員可感受的空氣品質不同。

集中式定風量全空氣系統，靠調節送風溫差滿足室內外負荷變化，難于使消除室內熱濕負荷的通風量與確保室內空氣品質所需的通風量相一致。

變風量空調系統，室內外負荷變化時，送風量隨之變化，當送風量小到一定程度，加大了室內流場的不均性，甚至會產生冷氣跌落，冬季會產生熱氣流浮升，出現局部高速氣流或氣流死角，不僅熱舒適出現問題，而且由于相應的新風量減少，室內空氣品質也不能滿足要求。因此對于變風量空調系統，必需確保系統的最小通風量和最小新風量。

置換通風系統，直接在房間的下部以低風速送入，依靠人、設備等熱源的熱力作用，使送風以很小的擾動通過工作區，卷吸了周圍的熱空氣和污染物質，定向地上升至設置在上部的排風口排出。在下部新鮮的送風空氣推動下，室內形成近似置換式的通風，保證了工作區的最佳空氣品質，換氣效率最高。

風機盤管機系統，盤管機組用來消除室內熱濕負荷，而獨立的新風系統確保了室內空氣品質的通風量。但是風機盤管系統是用水管代替風管，將空氣的熱濕處理和過濾移到室內，對室內空氣品質產生諸多的負面影響：A、機組的盤管排數少，除濕能力差，在室內外濕負荷大的情況下使室內相對濕度提高；B、機組內的盤管濕表面常常成為室內的細菌源、氣味源，室內空氣品質得不到保證；C、風機的壓頭小，不能滿足空氣過濾器的要求；D、由于室內沒有排風，單靠送入的新風稀釋難于將室內的污染空氣有效排除；往往靠新風形成的微小正壓，從建筑縫隙滲透出去的是稀釋的空氣，污染空氣積累在室內天棚附近，被風機盤管機組重新吸入后再送入室內。因此風機盤管系統在保證室內空氣品質方面將面臨嚴峻的挑戰。

3.4揮發性有機物

近幾年來，國內外學者對出現SBS調查分析后普遍認為，過去人們往往比較重視明顯的室內污染物，卻忽視了許多低濃度的揮發性有機化合物VOC(VolatileOrganicCompounds)。近期有人提出的“分子污染”的概念，意味著室內空氣品質控制從微粒污染擴展到化學污染控制。現代化大樓最常見的分子污染是揮發性有機化合物，它是建筑內各種異味的主要根源，決定了人們對空氣的新鮮度的感受，影響了對室內空氣品質的可接受性。因為分子擴散速度的量級大大高于微粒，因此控制分子污染是對通風空調技術的嚴峻挑戰。

室內空氣中約有250多種揮發性有機化合物，產生揮發性有機化合物的主要來源有：A、人體本身自然散發的揮發性有機化合物，如丙酮、異戊二烯等；B、建筑材料如水泥、地毯、油漆、膠水、墻板、地磚、新家具，都在釋放混雜的有機化合物，如甲醛等；C、為了節能，建筑物大量采用絕緣保溫材料和密封材料，這些材料也釋放揮發性有機化合物。實驗顯示，當各種不同的揮發性有機化合物混在一起后，并與臭氧產生化學作用，室內空氣中就會出現許多隱形殺手。

3.5傳統舒適理論的束縛

“可持續發展”綱要對空調專業提出的要求，是應以最少的能耗，創造健康、舒適的室內環境，并保護大環境。由于受到專業領域的束縛，以往的研究局限于熱舒適而忽視了健康影響。研究方法偏重于物理學方面，沒有考慮到生理和心理學方面，使得熱舒適理論不完善，控制技術有缺陷[9]。熱環境各因素對人體的影響研究已經歷了大半個世紀，并根據美國堪薩斯州立大學等長期研究的結果，產生了ASHRAE55-74標準，即“人們居住的熱舒適條件”及后來的ASHRAE55-01標準—“人們居住的熱環境條件”。國際標準化組織（ISO）根據丹麥工業大學P.O.Fanger教授的研究成果于1984年制定了ISO—7730標準，即“適中的熱環境—PMV與PPD批標的確定及熱舒適條件的確定”。上述研究成果及相應標準都是以穩態熱環境為條件，以人體的主觀熱感覺處于中性、風速不大于0.15m/s、相對濕度為50%為最舒適的熱環境。顯然這是形成熱舒適性設計的依據。但長期的實踐結果表明，人工維持的中性熱舒適環境，即保持室內工作區溫度、相對濕度及風速長期穩定的技術策略是不完善的。這主要表現在：人體長期處于中性熱舒適的穩態熱環境內會產生“空調適應不全癥”。

4.IAQ的評價

室內空氣品質評價是認識室內環境的一種科學方法，是隨著人們對室內環境重要性認識的不斷加深所提出的新概念。它反映在某個具體的環境內，環境要素對人群的工作、生活適宜程度，而不是簡單的合格不合格的判斷。室內空氣品質評價分為現狀評價和影響評價兩類，影響評價是指對擬建項目的評價，這里要討論的是室內空氣品質現狀評價，簡稱為室內空氣品質評價。

過去，人們拘泥于工業污染和衛生防疫的框框，僅依據污染物的上限值，簡單地判斷室內空氣品質是否合格，這種方法不能解決目前存在的問題。這種評價缺乏像國外集中醫學、建筑技術、環境監測、建筑設備工程、環境心理學、居住心理學等多學科的綜合研究模式和科學的方法，難于得到真正有用的信息，其結果也缺乏公正性、權威性和可比性。目前國內對室內空氣品質評價方法尚未建立統一標準。現將國內外評價室內空氣品質一些較為成熟的綜合和單項評價方法和評價指標做一簡要介紹。

4.1EEI

EEI為當量評價指標，是評價室內環境的綜合指標。由于室內環境的一些因素也會影響到人們對IAQ的反映。所以有人覺得用綜合性更強、結合IAQ指標的室內環境綜合指標EEI來作為評價IAQ的綜合指標更具合理性。

最佳的室內環境并非是由一個環境參數和某個確定的設計或控制點決定的。舉例來說，最狹義的IAQ意味著房間空間空氣免受煙、灰塵和化學物質污染的程度。稍為廣義地說，它包括空氣溫度、濕度和空氣流速，而熱環境這一詞還需包括視覺因素，如亮度、色彩、空間感。另一方面，允許水平的IAQ還取決于暴露時間的久暫，個人生理條件及經濟觀點。從實用的觀點來看[10]，最佳的環境決定于IAQ推薦值或允許范圍的客觀標準加上居住者的期望或者說主觀看法，下限稱之為節能允許值或推薦值，上限是IAQ所能達到的極限。

4.2主觀評價與客觀評價相結合的綜合評價方法[11]

這一評價過程序主要有三條路徑，即客觀評價、主觀評價和個人背景資料。

客觀評價就是直接用室內污染物指標來評價室內空氣品質的方法。選擇具有代表性的污染物作為作為評價指標，來全面、公正地反映室內空氣品質的狀況[12]。通常選用二氧化碳、一氧化碳、甲醛、可吸入性微粒（IP）、氮氧化物、二氧化硫、室內細菌總數，加上溫度、相對濕度、風速、照度以及噪聲共12個指標來定量地反映室內環境質量。這些指標可以根據具體對象適當增減。客觀評價中需要測定背景指標，是為了排除熱環境、視覺環境、聽覺環境以及人體工效活動環境因子的干擾。

主觀評價主要是通過對室內人員的問詢得到的，即利用人體的感覺器官對環境進行描述和評價。主觀評價引用國際通用的主觀評價調查表格結合個人背景資料。主觀評價主要歸納為四個方面，人對環境的評價表現為在室者和來訪者對室內空氣不接受率，以及對不佳空氣的感受程度，環境對人的影響表現為在室者出現的癥狀及其程度。最后綜合主、客觀評價，作出結論。根據要求，提出仲裁、咨詢或整改對策。

4.3IAQ等級的模糊綜合評價

室內空氣品質目前就是一個模糊概念，至今尚無一個統一的、權威性的定義。因此有人嘗試用模糊數學方法加以研究[13]，由于該方法考慮到了室內空氣品質等級的分級界限的內在模糊性，評價結果可顯示出對不同等級的隸屬程度，故更符合人們的思維習慣，這是現有的指數評價方法所不能及的。該方法的關鍵是建立IAQ等級評價的模糊數學模型，確定各類健康影響因素對可能出現的評判結果的隸屬度。

4.4應用CFD技術對室內空氣品質進行評估

近二十年來，CFD（ComputationalFluidDynamics）技術已被應用于建筑通風空調設計領域。該方法利用室內空氣流動的質量、動量和能量守恒原理，采用合適的湍流模型，給出適當的邊界條件和初始條件，用CFD的方法求出室內各點的氣流速度、溫度和相對濕度；并根據室內各點的發熱量及壁面處的邊界條件，考慮墻面間的相互輻射及空氣間的對流換熱，得到室內各點的輻射溫度，結合人體的衣著和活動量，利用Fanger等人的研究成果[14]，求得室內各點的熱舒適指標PMV(PredictedMeanVote)[15]。同時利用室內空氣的流動形式和擴散特性，得到室內各點的空氣年齡，從而判斷送風到達室內各點的時間長短，評估室內空氣的新鮮度。

4.5“通風效率”和“換氣效率”評價指標

這兩個指標是從發揮通風空調設備和系統的效應，進行有效通風，提高室內空氣品質出發提出來的。利用室外新風稀釋與排除室內有害氣體或氣味，仍是保證室內空氣品質的基本措施，并認為有效通風是提高室內空氣品質的關鍵。近年來國外學者對通風評價方法進行了大量的研究，提出了通風系統的評價指標：

換氣效率，定義為室內空氣的實際滯留時間與理論上的最短滯留時間的比值。它是衡量換氣效果優劣的一個指標，與氣流組織分布有關。

通風效率，定義為排風口處污染物濃度與室內污染物平均濃度之比。它表示室內有害物被排除的速度的快慢程度。

4.6空氣耗氧量COD（ChemicalOxygenDemand）[16]

空氣耗氧量是通過反應方法測定室內揮發性有機化合物VOC被氧化的空氣耗氧量，表征室內VOC的總濃度。其原理是基于空氣污染物中的有機物可被重鉻酸鉀—硫酸液完全氧化，根據有機物被氧化時消耗的氧氣量推算出空氣耗氧量的含量。國內在1989年人防工程平時使用環境衛生標準中，采用了用空氣耗氧量作為地下旅館、影劇院、舞廳、餐廳的環境衛生標準的一個指標。標準于1998年被國家技術監督局和衛生部頒布為國家標準。

COD與室內空氣品質的其他指標如二氧化碳、一氧化碳、空氣負離子、甲醛濃度、微生物等有顯著的相關性，說明它是綜合性較強的室內空氣污染指示指標。

5.改善IAQ的措施和方法

5.1發揮新風效應

發揮新風效應，既要注重新風的量，更要注重新風的質。引入低污染的新風，同時減少或者消除新風處理、傳遞和擴散過程中的污染。做到以下幾點：A、合理選擇新風取風口的位置；B、加強新風過濾處理，改變通常只作粗效過濾的觀念；C、提倡新風直接入室，縮短新風年齡，減少途徑污染。入室新風年齡越小，途徑污染越少，新風品質越好，對人的有益作用越大。

合理的氣流組織即是合理布置送排風口，充分將新鮮空氣送入工作區，減少送風死角，以提高室內的換氣效果，充分稀釋室內污染物濃度，從而提高空氣品質。對于集中式全空氣系統，應當設計獨立的新風系統；對大空間，可以設置崗位送新風系統；在高大型公共建筑中可以采用置換通風，它將清潔新鮮的空氣直接送入人體活動區，避免污濁空氣的再利用，保證工作區的空氣品質；對半集中式的風機盤管系統，除新風直接送入房間外，應增設集中排風措施，這樣才能起到新風效應作用；對分散式的分體式空調房間采用雙向新風換氣機有利于改善室內空氣品質，同時有利于節能。

一個優秀的設計，必修要有高質量的安裝和調試，同時還應有先進到位的運行管理，才能確保達到設計的預期目標。

5.2消除和控制室內污染源

室內空氣異味是“可感受的室內空氣品質”的主要因素。控制異味的來源，減少室內低濃度污染源，應注重建筑材料的選用，減少吸煙和室內燃燒過程，減少各種氣霧劑、化妝品的使用等。在污染源比較集中的地域或房間，采用局部排風或過濾吸附的方法，防止污染源的擴散。

5.3優化設計

對微生物污染的控制，強調對室內相對濕度控制及采取相應的技術措施。濕度是影響霉菌在建筑中生長的主要因素，減少空調系統的潮濕面積，控制細菌的生長繁殖。空調系統的某些潮濕表面是細菌繁殖的溫床，特別是冷卻塔、加濕器、水箱、盤管表面、集水箱、噴淋室過濾器和消聲器等表面，這些地方的細菌大量繁殖并被送入室內各地方。在這種情況下依靠加大新風量加強過濾來降低細菌濃度是不合理的。特別是盤管的帶水和排水問題所引起的微生物污染。設備選擇和管道的設計、安裝的重點在于盡量減少塵埃污染和微生物污染，如減少污染源、防止塵埃和濕氣的積累。

5.4建筑設計要遵循生態環境的設計原理

從建筑設計考慮遵循生態環境的設計原理，考慮建筑總平面規劃、城市微氣候的改善、建筑材料滿足室內空氣質量標準，盡可能利用自然能源或采用最少的能源來達到人們生活、工作所需的舒適環境，這也是解決建筑室內空氣質量的根本措施。當今世界建筑中有不少建筑就是利用當地的自然生態環境，運用生態學、建筑技術科學的基本原理、現代科學技術手段等合理地安排并組織建筑與其它相關因素之間的關系，使建筑與環境之間所形成的良好室內外氣候條件和較強的生物氣候調節能力，使人、建筑與自然環境形成一個良性循環的生態環境系統，從而也保證了建筑具有良好的室內空氣質量。

5.5完善相關法規

由于空調房間應用越來越多，在室內空氣品質法律訴訟事件中，涉及空調系統的案例最多，法院的判決表明建筑通風設備引起的空氣品質問題最為嚴重，同時在系統設計、施工中所出現的問題也是影響室內空氣品質的一個重要因素。因此應制定保證室內空氣品質的相關的法規和標準，使建筑和空調產品設備從設計到施工、運行管理都有明確的質量保證和法規依據。

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