（环境工程专业论文）民用建筑室内空气质量的分析与评价.pdf

盘堡太堂砸兰僮诠塞摘要 民用建筑室内空气质量分析与评价 摘要 随着有机合成材料在室内装饰及设备用具方面的广泛应用，致使 挥发性有机化合物气体大量散发，严重恶化了室内空气质量，使得 室内空气质量问题成为社会关注的焦点。针对民用建筑室内空气质 量问题本身及其影响因素存在的不确定性，本文依据g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 民用建筑工程室内环境污染控制规范，运用灰色系统理论对由建 筑材料和装修材料引起的影响室内空气质量的各种因素及室内空气 质量的评价方法进行研究，为改善人居室内环境质量以及制定室内 空气质量标准提供科学依据。 本文首先系统地分析了民用建筑室内存在的主要污染物和污染 源，对四栋办公大楼进行室内空气质量检测；运用灰色关联思想分 析了室内污染物影响室内人员主观评价的特点，并计算了室内污染 水平与空气质量不接受率和室内人员不良症状之间的灰色关联度， 揭示了它们之间的关系，表明了民用建筑室内环境系统设计和维护 应关注的重点；由于室内空气质量系统的不确定性，我们将传统确 定性模型的模型参数或系统输入进行灰化处理，得到相应的室内空 气质量灰色模型，为室内空气质量的评价、预测、控制和室内环境 的改善提供了依据；在分析现有室内空气质量评价方法的基础上， 运用灰色系统理论对室内空气质量进行综合评判，同时分析了灰色 聚类在室内空气质量评价参数简化中的应用：为保证建筑装饰工程 建成后具有良好的室内环境质量，提出室内环境空气质量预评价； 最后针对主要污染因子提出具体的控制措施。 关键词：室内空气质量，灰色系统理论，室内污染，不确定性， 综合评价 盘堡盘堂砸堂僮诠室旦s ! 丛! t h ea n a l y s i sa n de v a l u a t i o no fl n d o o ra l r q u a l i t y o fc i v i lb u i l d i n g a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s ，i n d o o ra i rq u a l i t y s e r i o u sd e c l i n e db e c a u s et h e o r g a n i s ms y n t h e s i s m a t e r i a lw a se x t e n s i v e l y a p p l i e de q u i p m e n ta n d i n s t r u m e n ti nt h e r o o m ，w h i c h r e n d e r e dal o to f v a p o ro r g a n i s m c o m p o u n dg a s e ss p r a y e d ，s oi n d o o r a i rq u a l i t yh a sb e c o m eap u b l i cf o c u s i n d e t e r m i n a c ye x i s t si nt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa n di n d o o ra i rq u a l i t yo f c i v i l b u i l d i n ge n g i n e e r i n gi t s e l f a c c o r d i n g t ot h ec o d ef o ri n d o o r e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc o n t r o lo fc i v i lb u i l d i n ge n g i n e e r i n g ，w em a d ea s y s t e m a t i cs t u d yo nm a n y i n f l u e n c eo fi n d o o ra i rq u a l i t ya n de v a l u a t i o n m e t h o do fi n d o o ra i rq u a l i t y , u s i n gg r e ys y s t e m t h e o r y , i nt h i sp a p e r , w h i c h p r o v i d e s c i e n t i f i c w a r r a n t y i no r d e rt o i m p r o v ei n d o o re n v i r o n m e n t q u a l i t ya n de s t a b l i s hs t a n d a r do f i n d o o re n v i r o n m e n t q u a l i t y f i r s t l y , as y s t e m a t i ca n a l y s i so n m a i n p o l l u t i o nm a t e r i a la n dp o l l u t i o n s o u r c eo f b u i l d i n gi n d o o ri s m a d ei nt h i sp a p e r , w eh a dm a d eat e s to f i n d o o ra i r q u a l i t y o ff o u ro f f i c eb l o c k s w e a n a l y z et h e i n f l u e n c eo f i n d o o ra i rc o n t a m i n a t i o n so ni n h a b i t a n t s s u b j e c te v a l u a t i o nt oi n d o o r a i r ，a n d c a l c u l a t et h e d e g r e e o f g r e y i n c i d e n c eb e t w e e ni n d o o r c o n t a m i n a t i o nl e v e la n dd i s s a t i s f a c t i o nr a t ea ti n d o o ra i ro ri ns y m p t o m r a t e t h i ss t u d yr e v e a l st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h i sf a c t o r s ，a n ds h o w s w h i c hw es h o u l dp a ym o r ea t t e n t i o nt oi n d e s i g na n dm a i n t e n a n c eo f i n d o o re n v i r o n m e n t b e c a u s eo ft h e d e t e r m i n a t ei n d o o ra i r q u a l i t y m o d e l s i n d e t e r m i n a c y , w e m a d et h e i n t o g r e ym o d e l s ，w h i c h a r e 苤垡去笺亟茔僮迨窒 旦s ! 壁! i m p o r t a n tt o o l st of o r e c a s te v a l u a t ea n dc o n t r o li n d o o rc o n t a m i n a t i o n l e v e l a ta n a l y s i se s t a b l i s h e sa g r e y m e t h o do fa s s e s s i n gi n d o o ra i r q u a l i t ya n di l l u m i n a t e st h ea p p l i c a t i o no fg r e yc l u s t e ri np r e d i g e s t i n gt h e e v a l u a t i o np a r a m e t e r s i no r d e rt og u a r a n t e et h ei n d o o ra i r q u a l i t ya f t e r t h ec i v i l b u i l d i n ge n g i n e e r i n gb e i n gf i n i s h e d ，i t i s n e c e s s a r yt om a d e e v a l u a t eo ft h ei n d o o ra i rq u a l i t ya d v a n c e f i n a l l y , t h i sp a p e r p u t sf o r w a r d s o m e c o n c r e t e l ym e a s u r e sf o r s o m em a i nc o n t a m i n a t i o n s k e yw o r d s ：i n d o o ra i rq u a l i t y , g r e y s y s t e mt h e o r y , i n d o o r p o l l u t i o n ，i n d e t e r m i n a c y , c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t t a n gx i a o y u n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) ，s u p e r v i s e db ya s s o c i a t ep r o f l i u z h e n h o n g 2 一 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论 文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中 已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内 容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：i 多雠 日期：， 百年办月一日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： ，多泓 日期：删s 年知月t q - ! | 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密团。 指导教师签名： 力，) 橛鸡 e l 期：2 护瞬完月1 d - e l 壶垡盎堂亟堂僮论室第二童绪论 第一章绪论 1 1 引言 由于人们对于生存环境尤其是室内生产环境和生活环境的要求不 断提高，室内空气质量( i a q - i n d o o ra i rq u a l i t y ) 的问题倍受关注。 就生产环境而言，目前微电子半导体工业中晶片的生产及加工、制药 工业的生产车间等场所，在过去均按洁净室的标准除去颗粒物质和气 溶胶杂质，但目前看来这样的标准已不能满足生产的需要。随产品质 量要求的不断提高，大气中气载分子态污染物( a m c a i r b o r n e m o l e c u l a rc o n t a m i n a n t s ) 对产品质量的影响已引起人们重视，在s e m l f 2 1 9 5 标准中已经提出对酸性物质、碱性物质、可凝聚物质和掺杂物 质等这些影响产品质量的主要污染物，在生产过程的不同阶段均有相 应的限制浓度。对于生活环境，据统计，现代人在一天生活中平均有 8 0 9 0 的时间在室内度过，但由于新型建筑材料、装潢材料的采 用和涂料、粘结剂的大量使用，以及人们活动及生物代谢排出物和室 外污染气体的进入，使得室内空气中污染物种类增多并且浓度增大， 因而室内空气质量大大降低。人们每天要吸入1 0 13 m 3 的空气，如果 长时间停留在这样的环境中对人体健康和精神上都会带来一系列不良 影响。1 9 8 3 年世界卫生组织对这些问题进行大量调查后将其定名为“病 态建筑综合症( s b s s i c kb u l i d i n gs y n d r o m e ) 【2j ，。病态建筑综合症是 一系列对建筑的不舒适反应症状。包括头痛、恶心、头晕、眼花、困 倦、咳嗽、鼻喉黏膜刺激感、注意力不集中等3 1 。对于这些症状的确 切原因人们往往并不了解，但人们发现这些症状有一个共同的特点， 就是它们都与在建筑物内的停留联系在一起，并且离开建筑物后自迅 速缓解。因此人们认识到s b s 问题主要是由于室内空气质量 ( i a q ，i n d o o ra i rq u a l i t y ) 1 4 不良引起的。 由于室内空气质量不良，人们的身心健康和工作效率受到很大影 响，特别是在密闭的现代化办公和商用建筑中这种影响更为显著15 1 。 1 苤垡塞堂砸堂位缝室曩= 童缝淦 而为了改善室内空气质量，在建筑和空调系统方面的初投资和维护费 用将会有所增加。因此无论是普通群众、建筑业主，还是专家、工程 技术人员都对这一问题表示极大的关注。 目前，我国已进入继“煤烟型污染”、“光化学烟雾型污染”之后的 第三污染期一一“室内空气污染”。正是由于解决室内空气质量问题的 重要性和迫切性，i a q 问题己成为当前建筑环境领域内的一个研究热 点。近2 0 年来，国内外的专家就这一问题开展了大量的调查研究工作， 加深了对室内空气质量的了解，并取得了一系列的成果 6 j 。 1 2 室内空气质量分析与评价的目的和意义 室内空气质量是指在某个具体的环境内，空气中某些要素对人群工 作，生活的适宜程度，是为反映人们具体要求而形成的一种概念。建 筑环境中的空气环境是人们生活和工作中最重要的环境之一。良好的 室内空气环境应是个为大多数室内成员认可的全过程的热湿环境， 同时也能够为室内人员提供新鲜宜人、激发活力并且对健康无负面影 响的高质量空气，以满足人体舒适和健康的需要。室内环境包括有室 内空气质量、热环境、湿环境、光( 照) 度、噪声等方面的内容，这 些在创造人们舒适的工作、生活环境中起着举足轻重的作用，其中室 内空气质量的好坏对人们的健康尤为重要。室内空气质量不仅对人体 健康有影响，而且对在室内人员的生产率也有重要的影响。尤其是近 2 0 年来，人们更加感到研究室内空气质量的重要性和迫切性，其主要 原因在于： 1 室内空气环境是人们接触最频繁、最密切的环境之一。 2 室内污染物的来源和种类日趋增多，据统计，至今己发现室内空气 污染物约有3 0 0 多种。 3 建筑物密闭性程度的增加，使得室内污染物不易扩散，增加了室内 人群与污染物的接触机会。 室内空气质量评价是认识室内环境的一种科学方法。它是随着人们 对室内环境重要性认识不断加深而提出的新概念，它采用数量化手段 对室内环境诸要素分析，综合主、客观评价对室内空气质量进行定量 2 塞垡塞兰亟主僮诠毫筻二至缝迨 的描述。评价的目的在于：掌握室内空气质量状况和变化趋势，以开 展室内污染的预测工作：评价室内空气污染对健康的影响，以及室内 人员接受的程度，为制订室内空气质量标准提供依据；研究污染源( 如 建材、涂料) 与室内空气质量的关系，为建筑设计、卫生防疫、控制 污染提供依据。人们要确定室内空气质量对生存和发展的适宜性，就 必须进行室内空气质量的评价。 总之，进行室内空气质量分析与评价研究的根本目的是要保护居民 的健康与生活的舒适，切实提高人们的生活质量，使人们的生活从舒 适向健康型发展。本文将对由于装饰装修材料引起的影响室内空气质 量的因素进行分析，提出全面评价室内空气质量的方法，对室内装修 中环境空气质量进行预评价，从而为改善人居室内环境质量以及进行 室内环境综合质量评价提供科学依据。 1 3 室内空气质量的研究现状及存在的问题 世界卫生组织( w h o ) 首先于1 9 7 9 年召开了室内空气质量与健康 国际会议，欧洲共同体和美国采暖、制冷与空调工程师学会( a s h r a e ， a m e r i c a n s o c i e t y o f h e a t i n g ，r e f r i g e r a t i n g a n d a i r c o n d i t i o n i n g e n g i n e e r s ) 也分别于1 9 8 4 年和1 9 8 6 年召开了i a q 会议。近几年国内 外关于室内空气质量的学术会议更是频繁举行，专家们就各类建筑中 室内空气质量恶化对人体健康的危害，室内空气污染源散发有害物质 的机理及其散发量的计算方法，空调系统对送入空气的污染及对室内 空气质量的影响，减少污染和改善室内空气质量的方法等方面进行了 探讨。经过国内外相关领域专家的共同努力，室内空气质量的研究正 向深度和广度两个方向发展。 1 3 1 室内空气质量的研究现状 1 3 1 1 室内空气质量问题的起因调查 为了了解室内空气质量的状况及其影响因素，以便更好得研究和 解决病态建筑综合症，国内外许多学者对不同类型建筑中的室内空气 质量进行了调查、分析和评价【7 ”1 。 这些调查多采用问卷调查与现场测试相结合的方法。问卷调查的 一1 一 盘垡盎芏亟堂焦缝室篁= 耋缝迨 内容一般包括：周围环境状况，如温度、湿度、灯光、噪声、吹风 感、异味、灰尘、静电等：职业状况，如工作满意程度、工作压力、 工作环境等；病态建筑综合症状况，如困倦、头痛、眼睛发红、流 鼻涕、嗓子疼、恶心、头晕、皮肤瘙瘁、过敏等；个人资料，如性 别、年龄、是否抽烟、是否有过敏史等。现场测试内容一般包括：一 氧化碳、二氧化碳、甲醛、尼古丁、悬浮粒子、温度、相对湿度、风 速、亮度等。 调查结果显示，引起室内空气质量问题的原因从大的方面可分为 两类：一是暖通空调( h v a c ) 系统设计或运行不当：二是各类污染源产 生的污染物作用。当然两者并非完全独立，例如某些气体污染有时也 可以解释为通风不足。 第一类原因一般包括：通风和气流组织问题，如新风量不足， 室内气流组织不好等；热舒适性问题，当室内未达到希望的温、湿 度时，由于对热状况的不满，人们也会对i a q 产生抱怨。 第二类原因一般包括：由于室外大气环境的恶化，由新风吸入 口或门窗等进入的污染物；交叉污染，这往往由于设计时各房间的 压力分布不当而导致地下停车场、打印室、吸烟区，餐厅等处散发的 污染物流入建筑的其它区域；室内污染，如室内办公设备、装潢、 家具、人员等产生的污染物；微生物污染，常由空调凝水或漏水造 成。 大多数的调查还发现，女性对i a q 的反应比男性更敏感；不同工 作环境、工作压力下的受调查者反应也不同，如靠近视频显示设备 ( v d u ) 或复印设各的人员受到更多s b s 的困扰。 综合多个调查结果，可以将i a q 问题分作主观和客观两个方面。 室内的各种物理参数，如温湿度，各种固体和气体污染物浓度等客观 参数对i a q 确实产生影响，这些是影响室内空气质量的客观因素f 当前 人们还不能完全明白这些因素对人体到底能产生多大的影响以及如何 产生影响) ；另一方面，人们的一t l , 理状况，对外界的反应敏感度，性别 ( 暂且将性别归入主观一类) 等主观因素的差异也会造成对i a q 的不同 4 盘垡盘堂亟堂焦诠塞篁二童绪迨 反应。 1 3 1 2 室内空气质量的评价 伴随着对室内空气质量研究而发展起来的是室内空气质量的评 价。室内空气质量评价是人们认识室内环境的一种科学方法，它是随 着人们对室内环境重要性认识不断加深而提出的新概念。由于室内空 气质量涉及到多学科的知识，它的评价应由集中建筑技术、建筑设备 工程、医学、环境监测、卫生学、社会心理学等多学科的综合研究小 组联合工作来完成。当前，室内空气质量评价一般采用量化监测和主 观调查相结合的手段进行。其中量化监测是指直接测量室内污染物浓 度来客观了解、评价室内空气质量，而主观评价是指利用人的感觉器 官进行描述与评判工作。客观评价的依据是人们受到的影响跟各种污 染物浓度、种类、作用时间之间的关系，同时还利用了空气龄( a i ra g e ) 、 换气效率( a i r e x c h a n g ee f f i c i e n c y ) 、通风效能系数( v e n l i l a t i o n e f f e c t i v e n e s s ) 等概念 】。由于室内往往是低浓度污染，这些污染物 长期作用时对人体的危害还不太清楚，它们影响人体舒适与健康的阈 值和剂量也不清楚。大量的测试数据表明，室内这些长期低浓度的污 染即使在i a q 状况恶化、室内人员抱怨频繁时也很少有超标的。另外， 室内有成千上万种空气污染同时作用于人体，选择哪种污染物作为客 观评价的标准还需进行大量的研究。所以，室内空气质量的客观评价 有其局限性。另一方面，人们的反应跟其个体特征密切相关，即使在 相同的室内环境中，人们也会因所处的精神状态、工作压力、性别等 因素不同而产生不同的反应。因此，对室内空气质量的评价必须将上 述各种主观因素考虑在内。但人的感觉往往受环境、感情、利益等方 面影响，这也会使主观评价出现倾向性。 国外对此进行了大量的研究1 8 28 1 ，内容包括对大量建筑进行客 观评价、主观评价，或二者相结合，或室内空气质量与人体热舒适性 评价相结合。国内也有学者提出评价室内空气质量及提高室内空气质 量的较为实用的具体工作流程。但现阶段仍缺乏实质性的研究和权威 性的评价方法。随着计算机技术的发展，利用计算流体力学对室内空 5 苤垡盍茔亟茔僮论塞整二童缝迨 气流动进行数值模拟的方法应运而生。数值模拟方法通过求解质量、 动量、能量、气体组份质量守恒方程和粒子运动方程，得到室内各个 位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度、空气龄等参数，从而分 析评价通风换气效率、热舒适和污染物排除效率等。数值模拟方法具 有周期短、费用低等特点，并且能够预先进行，因此近1 0 年来得到了 长足的发展。随着计算机运算速度的提高，计算流体模型的完善，数 值模拟方法将会成为室内空气质量客观评价的有效工具。 1 3 1 3 室内空气质量影响因素分析 研究室内空气质量的目的就是要找出多数人可以承受的客观因 素，即可接受的室内空气质量，然后利用现有的各种技术实现或创造 出所需要的客观环境。目前，着重有以下几方面的研究。 新风问题： 新风量和新风清洁程度是新风问题中的两个方面，现代空调应该 充分将它们综合考虑，以保证室内空气质量f 2 9 1 。 新风量的大小是空调设计规范中有关i a q 考虑最多的一个问题， 在空调发展的不同阶段，相应的通风标准也不同，c a r lnl a w s o n 1 3 0 l 介绍了7 0 年代至9 0 年代通风标准的发展，b j a r n ew o l e s e n 3 j l 则横向 比较了美国、欧洲、德国、英国和北欧等通风标准的异同。 传统观念认为，新风是为了清除人所产生的生物污染，所以房间 最小新风量仅由每人最小新风量指标确定。以单人办公室为例， a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 r 中为3 6 m 3 ( h 人) 。随着科技的发展，现代 建筑中装潢材料、家具、用品、通风空调系统本身均为污染源，并且 其气味强度远远超过人所产生的。因此，在a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 r 中，认为用以确定新风量的污染物来自人员和室内气体污染源两个方 面，故房间最小新风量由每人最小新风量指标如与每平方米地板所需 最小新风量指标r b 之和确定。以单人办公室为例，a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 r 中为r p = 1 0 8m ( h ：人) ，r b = 1 2 6m 3 ( h ：i n 2 ) ，则最小新风 量= 人数r 。+ 地板面积r b 。这体现了人们观念的进步，同时也说明 传统的空调系统设计会导致新风不足。另外，随着室内负荷及换气效 一6 一 圭垡太堂砸堂僮迨奎整= 童缱诠 率的变化，为了减少能耗，空调运行中的室内送风量也会相应发生变 化，但为了满足人的舒适健康而确定的设计新风量( d v r ，d e s i g n v e n t i l a t i o nr a t e ) 不应该发生太大变化。a s h r a e 标准6 2 1 9 8 9 r 中有 关变风量控制的内容明确指出，在整个变风量运行中，新风量中有关 变风量控制的内容明确指出，在整个变风量运行中，新风量要始终保 证在设计新风量的9 0 以上。 新风清洁程度近年来也受到人们的关注，这主要源于近年来室外 环境逐步变化，空气污染严重，新风的质量下降。因此，有关新风处 理的讨论也不断出现，国内有些学者便提出了新风三级过滤的设想。 所谓新风三级过滤，就是将传统新风机组中只含粗效过滤器的状况， 变为新风机组中除含粗效过滤器外，还包含中效甚至亚高效过滤器的 设计模式32 1 。这种设计最大优点是极大降低了由新风带入室内的尘菌 浓度，同时在一定程度上延长系统部件的寿命。需要指出的是，目前 新风过滤主要考虑室外颗粒污染物( 及附着其上的微生物) 的除去， 而室内空气质量涉及到的除室外污染外，更多的是室内微生物污染和 气态污染的影响。因此新风三级过滤对i a q 问题解决的作用到底有多 大，新风过滤器是否应该考虑其它室外污染物( 如汽车尾气，二氧化硫) 的过滤等问题，仍然有待进一步的讨论。 污染物的影响 污染物的种类有多种，它们对人体产生的影响有很大差异 3 3 1 ：另 外，每一种污染物有它自身的污染源。这两方面研究的内容不同，但 它们对分析解决1 a q 问题却同样重要。据目前测定，室内的有害气体 有数百种，将它们跟人体的不适感科学地联系起来是一项长期而艰苦 的工作。另外，许多调查都显示，即使人们抱怨很频繁，但很多情况 下并没有哪一种污染物单独超标。这一结果的最好解释是由于许多种 而不是单独某一种污染物的影响才导致了对i a q 的抱怨，同时也使得 人们对现有污染物浓度指标的科学性和全面性提出怀疑。 固体颗粒污染除从室外和空调系统带入外，室内的燃料燃烧、二次 扬尘等也是其产生的原因。各种微生物污染大多跟室内湿度和空调系 7 峦堡太茔殖主焦诠塞篁= 童蟹迨 统凝水等状况有关。当前人们主要采用避免扬尘、增加过滤、控制湿 度等方式来避免这方面的污染。相对而言，气态污染物的产生要复杂 得多。除室外带入外，室内也会产生。但是，目前了解某种污染源会 产生多少污染，污染物间如何相互作用等问题是解决污染的关键。从 传统上来讲，控制污染源是避免污染的最好方式，但对有害气体的污 染控制很难采用这种方式。这就需要将污染物的产排特性研究清楚， 以利于采用其他防治手段。许钟麟1 3 4 j 在这方面做了一些工作，对某种 地毯散发有机化合物( v o c ) 的特性进行了实验和模拟研究。 通风气流组织 在暖通空调系统的设计中，与室内空气质量关系十分密切的除新 风和污染物外，气流组织的设计至关重要 3 5 1 。气流组织设计得好，不 仅可以将新鲜空气按质按量地送到工作区，还可及时地将污染物排出， 大大提高室内空气质量。对于空调房间，提高新风量往往伴随着空调 初投资与运行费用的增加，由于这种原因，在一定的新风量下，对室 内空气分布状况进行研究就显得尤为重要。这种研究的目的是在一定 的新风量下，如何合理地设计通风方式以便达到良好的房间通风换气 效果。室内空气流动的基本形态以及房间局部存在的死区等都将影响 新鲜空气的利用程度。所以，传统中的通风设计参数很难衡量房间的 通风换气效果，由此出现了一些新的指标，如空气龄等网。它定量反 映了室内空气的新鲜程度，可以综合衡量房间的通风换气效果。 在室内空气流动的研究方面，传统方法是利用射流原理进行分析 和预测，或利用相似性原理进行模拟实验。随着近年来的建筑空间日 趋复杂化、大型化和多样化，前一种方法对许多问题无法给出令人满 意的答案，而后一种方法需投入大量的人力、物力和花费较多的时间， 有些问题甚至无法解决。设计人员在传统的设计方法下，难以预料不 同通风方式下的气流组织情况，因而导致室内空气分布不合理的现象 大量存在，这是产生室内空气质量问题的一个很重要的原因。随着计 算机的发展，利用计算流体力学对气流组织进行数值模拟的方法应运 而生，数值模拟方法开始越来越多地进入暖通空调领域，用于分析速 8 蠢垡盍茔亟土堂僮：l 塞筮= 童缝迨 度场、温度场、污染物浓度场等。目前，国外数值模拟方法在暖通空 调领域应用较多，国内也正在开展此种方法的研究。 1 3 2 室内空气质量研究存在的问题 造成室内空气污染的原因很多，一部分可能是外界环境污染由围 护结构渗入或由空调系统新风进入，外界环境污染随地点、季节、时 间等有较大的变化。此外，绝大部分是由室内环境自身原因所造成的， 众多污染源产生的污染程度随室内环境不同( 如室内容积、通风量、自 然清除等) 而不同。而且众多污染物中仅有一部分污染物才为人们所了 解( 为确定的或称为“白”的) ，大多数则为不确定( 或不确知) 。所以室 内污染物存在极大的不确定性，即“灰”性。 室内空气质量不良的根本原因是室内存在种类繁多的污染物。 1 a q 和健康影响之间可能存在的关系是促使国内外学者进行i a q 研究 的一个主要动力。我们己建立了污染程度与对健康的危害之间的剂量 一反应关系曲线。但室内空气污染与对健康的危害之间存在什么样的 关系呢? 也就是说，当对单项污染物的暴露量是安全的时候，室内空气 污染与人员反应是否存在某种联系? 在调查室内人员对室内空气质量 的抱怨问题时，采用工业卫生学的方法未能确定它的原因。目前人们 对多种的、低浓度的室内污染物的组合作用未能进行彻底的研究，这 可能是这问题的一个原因。这一研究涉及以下问题：研究对象代表的 选择，研究对象在暴露频度和强度上的变化，准确地测定暴露量，准 确地测定对健康地影响，准确地确定其他因素的影响等等。研究对象 问存在着个体差异，如何选择有代表意义的研究对象? 数据的测量受到 诸多不可控制因素的影响，在数据的处理时如何弱化其随机性，挖掘 其中蕴含的规律性? 在以上问题的研究中存在着很多的不确定因素，这 就要求我们寻找合适的工具和手段来对这一问题进行研究。 研究室内空气质量时，究竟用那种污染物来指示室内空气的现状呢? 指示物与健康影响间在人群总体程度上的联系是不容易建立的。在指 示物的选择上有两种策略，一弛是分解的方法，例如选择某种特定的 有机污染物而不是总的挥发性有机物( t v o c ) 。另一种是归纳的方法， 9 苤垡太掌砸堂僮迨空簋= 童缝i 金 也就是关注多种污染物，综合多种污染物的影响，提出新的指标。通 常情况下，第二种方法是有效的，近年来在室内评价指数上的发展也 说明了这一点。评价指数是利用正确的模型和适当的权重对多种室内 空气现状指示物进行综合而得到的无量刚数，能用来比较不同研究对 象的室内空气质量状况，为室内环境“污染一影响一控制一管理”的 复杂问题提供了一种综合方法。然而，评价指数是通过一系列经验模 型估计得出的，没有明确的物理机制。而且，评价指数是为了描述一 个复杂系统而提出的一个数值，可能有很大的不确定性。对于这种多 因子综合评定的问题，如何找到较理想的评价模式是一个值得研究的 问题。 目前的通风空调系统均是以实现室内稳定的温度、湿度等物理参数 为目标，在计算和模拟通风空调系统的气流组织时均是按确定性的方 法进行的，并通过相应的气流组织来排除室内的余热余湿。通风空调 系统在为室内人员提供健康、舒适的居住和工作环境上起着重要的作 用，是影响室内空气质量的主要原因之一，其中许多因素具有不确定 性，而且未能从人的生理及心理等方面全面考虑室内空气质量。这样， 通过确定性方法建立的通风空调系统的气流组织就难以有效地排除室 内污染物，以保证室内空气质量。另外，过去解决空气质量的唯一手 段就是新风量，有关标准和规范也是以新风量作为依据，通风空调系 统的设计主要考虑的是新风的“量”，而很少考虑新风的“质”及如何 用最有效的手段将最好的空气送入工作区。通风空调的送风方式、设 计标准、控制方法、通风空调设备及室外气象条件均是影响由通风空 调系统送入室内的空气的质量的主要因素，其中室外气象条件、通风 空调系统的过滤设备、系统运行参数等具有不确定性。因而用确定性 方法就难以准确的模拟和设计通风空调系统，会导致由通风空调系统 送入室内的空气难以达到空气质量的要求。 由上述分析可知，室内空气质量是一门综合科学，有很多不确知的 因素影响着室内空气本身的质量，还有一些不太清楚的因素在影响人 们对环境的感觉和反应。对室内空气质量这个“部分信息已知，部分 1 0 苤垡太兰亟堂僮迨塞簋= 童缝诠 信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定系统，如何通过对“部分” 信息的生成、开发去了解、认识它，实现对这一系统的运行行为和规 律的正确把握和描述，是急待室内空气质量研究人员解决的问题。 1 4 本文的研究内容 室内空气质量是一个新的课题，人们在这方面的知识至今还很贫 乏，存在着许多空白。室内空气质量问题又是与人们的生产、生活息 息相关的，然而现代建筑的室内空气质量却不容乐观。 室内空气质量问题是一个涉及多个学科的复杂问题。它与人的主观 感受、室外环境、空调通风系统等有关。影响空气质量问题的因素中， 例如人体它本身也是一个复杂的系统，人体对室内空气质量的满意度 实际上应该是一个范围，是个满意解，而不是一个点，一个精确解。 因此这些因素实际上是不确定的，具有灰色性质的。 本课题依据g b 5 0 3 2 5 2 0 0 l 民用建筑工程室内环境污染控制规范 尝试用灰色系统理论来研究由于装饰装修引起的室内空气质量问题。 灰色系统是华东理工大学邓聚龙教授在1 9 8 3 年提出来的，经过几十年 的发展，已经形成了以灰色关联空间为基础的分析体系，以灰色模型 g m 为主体的模型体系，以灰色过程及生成空间为基础与内涵的方法 体系，以系统分析、建模、预测、决策、控制、评估为纲的技术体系。 室内空气质量对人体的影响就是一个灰色系统，在民用建筑室内由装 饰装修材料引起的室内污染物系统也是一个灰色系统，因此适合用灰 色系统分析方法进行研究和分析。 本文研究的内容包括： 1 ) 对室内污染物和污染源进行了分析归纳，并总结出室内污染的特点。 选取四栋办公大楼作为研究对象，并对其室内空气中的代表性污染物 进行了客观的检测与主观的评价，获得一定的实验数据。 2 ) 运用灰色关联思想分析室内污染物影响室内人员主观评价的特点， 计算室内污染水平与空气质量不接受率和室内人员不良症状之间的灰 色关联度，通过对系统动态过程发展态势的量化比较分析，展现有关 因素之问的关系。 ，1 1 盏垡太茔亟芏僮论立簦二童缱诠 3 ) 由于系统存在的不确定性，我们将传统确定性模型的模型参数或系 统输入进行灰化处理，引入灰结构、灰参数及灰变量，得到相应的室 内空气质量的灰色模型，并通过参数估值方法识别系统灰色量的最优 值建立室内空气质量的灰色非本征模型，研究室内污染物的变化规律。 并用实验结果来验证该模型的模拟计算结果是否f 确，为室内空气质 量的模拟计算提供实验基础。 4 ) 利用灰色系统理论的坎色关联分析方法，根据灰色关联矩阵提供的 丰富信息对室内空气质量进行综合评价，同时还分析了灰色聚类在室 内空气质量评价参数简化中的应用。 5 ) 对室内装修中环境空气质量进行顸评价，并举例说明。 6 ) 结合实验，对主要污染因子提出控制措施。 1 2 壶垡太堂亟堂僮迨塞簋三童窒囱遗塞物的弛耋噩噩銎涯坌圭丘 第二章室内污染物的种类及污染源分析 随着现代化家庭的推进，居室污染的问题现在渐渐地被人们所认 识，并给予了注意。早在7 0 年代初，一些国家就开始研究生活用品给 人们带来的污染问题，并在调查研究的基础上，制定有关标准和法规， 指导人们正确使用含有有害化学物质的家庭用品。如1 9 7 3 年日本厚生 省成立了家庭用品安全对策研究法，制定了有关的卫生标准和法规， 并设立了家庭日用品卫生监督员，监督生产经营部门执行标准，指导 城乡居民正确使用家庭日用品，预防发生中毒致病等危害36 1 。我国自 8 0 年代末开展室内空气污染与健康的研究，起步较晚，虽然取得了一 些研究成果，但有许多问题尚待研究。 研究居室的污染是十分重要的，也是非常有意义的。首先环境污染 最终的受害者是人，现代人8 0 以上的时间是在室内度过的，尤其是 老年人、婴幼儿在室内的时间更长。其次室内污染程度往往要比室外 严重，这是因为在居室内既有来自室外的污染空气，又有室内由建筑 与装潢材料和烹饪、取暖、吸烟等人们活动所造成的污染。特别是在 冬季，人们为了节约能源采取了各种措施，隔热保暖、门窗紧闭，减 少了换气次数，使得室内污染更为严重。 居室对人的污染有多种，它涉及到人们的吃、穿、住、用、行、娱 乐等各个方面。既有象垃圾一类的有形污染物质，又有声、光、电磁、 味等无形的污染物质。随着科学技术的发展，人们对物质文化生活要 求的提高，一些高级家用电器，新型材料制作的家庭用品，药品、化 妆品、衣物、杀虫剂、染料、涂料、炊事用品等进入家庭，同时使得 这些物品中的一些“隐形杀手”也随之进驻家庭的每个角落，对人类 的健康时刻构成威胁。本章在分析室内污染特点的基础上，进一步分 析室内各种污染物及其污染源，同时，选取四栋大楼对室内空气中的 代表性污染物进行了客观的检测与主观的评价。 2 1 室内空气污染的特点 】3 一 壶生太掌亟掌焦缝塞簋三童量内置鎏按的独娄强注銎逐坌堑 室内空气污染有以下几个特点： ( 1 1 室内空气污染是在人工环境中产生的，不是自然现象，受气候和社 会条件的影响。社会条件包括社会文明程度、技术经济发展水平、民 族风俗习惯等多方面的因素。 ( 2 ) 影响范围大：室内空气污染不同于特定的工矿企业的环境污染，涉 及的人群数量很大，几乎包括了整个年龄组。 ( 3 ) 接触时间长：人们在室内的时间超过全天的8 0 ，长期持续地暴露 在室内空气污染的环境中，对人体作用时间很长。 ( 4 ) 污染物种类多：成千上万种空气污染物同时作用于人体，从固体的 浮游粒子到分子状污染物，从放射性元素到微生物污染，它们都可发 生复杂的抗拮作用或协同作用。 ( 5 ) 污染物浓度低：室内空气污染物虽然种类繁多，但就某一种污染物 来说，其浓度一般不会超标，远低于工业卫生标准，但它对人们的危 害却是不可忽视的，因为它是多种低浓度污染物综合的、长时间的对 人起作用。 ( 6 ) 污染物危害大：室外空气发生污染时，在某种意义上说具有近似于 无限稀释的能力，而对采用空调等设备的室内，很显然其稀释能力是 有限的，尤其是从节能考虑，采取减少换气次数等措施，就使这有限 的稀释能力更为减少，致使室内空气污染物对人的危害大为增强。 ( 7 ) 健康危害不清：这些低浓度室内空气污染的长期影响对人体作用机 理及其阈值剂量尚不清楚。 2 2 室内空气污染物对人体的危害 室内空气污染物对人体危害的性质的程度主要与下列因素有关： 1 ) 污染物的理化性质 2 ) 剂量和反应的关系( d o s e r e s p o n s er e l a t i o n s h i p ) 污染物对人体产生影响以及危害程度与污染物进入人体的剂量有 关，只有达到一定的剂量才引起反应。对机体产生不良反应的最低剂 量称为阈值( t h r e s h o l d ) 。没有观察到对机体产生不良反应的最大剂量 称为无作用剂量( n o n o b s e r v e de f f e c tl e v e l ) 。 盘垡太掌亟堂僮j 盒奎筻三童室由置鎏塑鲍独娄厦适銎近公堑 3 ) 作用时间 蓄积性毒物对人体作用时闻加长，体内蓄积量增加，当达到中毒 阀值时才会产生危害。 4 ) 综合影响 污染物与污染物之间相互作用，它们综合对人体的危害作用可能 会加剧，也可能它们对人体作用会相互抵消。 5 ) 个体感受 入体的生理状况、健康状况不同，对室内空气污染物的敏感程度 和耐受性也不同。 2 3 室内主要污染物及污染源 污染物主要包括固体颗粒、微生物和有害气体。如果考虑到其中 微生物多依附于固体颗粒或液滴传播，也可将污染物分为颗粒污染物 和有害气体污染物，其中的颗粒污染物包括固体颗粒和微生物 3 7 - 4 0 l 。 2 3 1 有害气体的污染 室内的有害气体主要有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化 硫、氨、有机污染物等。其中有机污染物主要指甲醛和甲苯、二甲苯、 三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，为保存衣物不被虫咬而使用的樟脑 球等散发出的萘也属于此列，此外还有其它微量有机物。一氧化碳、 二氧化碳、二氧化硫等气体污染物主要来自燃料燃烧和吸烟，对人的 危害较为清楚，下面主要阐述有机污染物和氨。 ( 1 ) 甲醛 甲醛是一种挥发性有机化合物，无色，具有强烈的刺激性气味。室 内甲醛有多种来源，可来自室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾 等；室内来源主要有两方面，一是来自燃料和烟叶的不完全燃烧，二 是来自建筑材料、装饰物品及生活用品等化工产品。但主要来自家具 和室内装修材料的胶粘剂一脲醛树脂，以及作为保温隔音建筑材料的 脲醛泡沫塑料。此外，某些化纤地毯、塑料地板砖、油漆涂料等也含 有一定量的甲醛。由于甲醛的室内来源很多，造成的室内污染日益严 重。研究发现，使用装饰物品的室内，甲醛浓度的峰值可达2 3 m g m 3 1 5 塞堡去堂亟掌焦垃塞簋三童室内冱鎏物的弛娄量遗鎏翌盆扭 以上，我国大型宾馆新装修后，其峰值可达o 8 5 m g m 3 左右，使用一 段时间后可降至o 0 8 m g m 3 以下。一般住宅在新装修后的峰值约在 0 2 m g m 3 左右，个别可达0 8 7 m g m 3 ，使用