环境建筑学-第3章空气环境1-wowowo654321

第三章

建筑空气环境清华大学建筑学院建筑技术科学系2003年1为什么要研究建筑的空气环境?人们约有80％以上的时间是在室内度过的。很少有人对不清洁的空气所导致的深远影响有所认识，而对这一问题缺乏应有的重视却对人类的寿命产生如此严重的影响。 Hood1944年2SBS－SickBuildingSyndrome

病态建筑综合症：现代都市病症状头痛、恶心疲乏，萎靡不振粘膜有刺激感（眼红、流泪、咽干等）易感冒患哮喘或其它呼吸道疾病BRI：建筑关联病3SBS－SickBuildingSyndrome

病态建筑综合症：现代都市病室内空气环境是人们接触最频繁的环境室内污染物增多：燃料消耗量、化工产品品种、建筑材料品种增多为了减少空调采暖能耗，建筑物密闭程度增加4(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5空气污染的评价指标阈值纯客观指标阈值的种类时间的加权平均阈值：8h工作日或35h工作周加权平均浓度，在该浓度下日复一日停留的人员几乎均无有害影响。使用最广泛的阈值。短期暴露极限阈值：15分钟暴露无害。最高极限阈值：瞬间暴露无害。时间的加权平均阈值确定的困难污染物对人体的长期影响难以确定。多种有害物的共同作用难以确定。6空气污染的评价指标室内空气品质（IAQIndoorAirQuality)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。

ASHRAE62-1989的良好IAQ定义：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。7空气污染的评价指标ASHRAEStandard62-1989R的定义AcceptableIndoorAirQuality：空调空间中绝大多数人没有对室内空气表示不满意，并且空气中没有已知的污染物达到了可能对人体产生严重健康威胁的浓度。反映了主观和客观的结合，ASHRAEStandard62-1999给予了继承。AcceptablePerceivedIndoorAirQuality:感觉上可以接收的IAQ，应该是必要条件而不是充分条件，62-1999中未出现。8空气污染的评价指标室内空气品质的评价方法方法1：测量室内污染物浓度客观评价方法2：居住者问卷调查主观评价问题：

用什么作为代表性的污染物？(测什么？)主观评价结果往往与客观评价结果矛盾：客观测量值远远低于控制标准，但主观感觉不好客观测量值可能有些问题，但主观感觉并不差人们感觉不舒服的原因很多，不知道哪些是IAQ的问题（热环境、颜色、照度、工作压力等也有影响）。9空气污染的评价指标室内环境品质(IEQIndoorEnvironmentQuality)大量研究证明，引起病态建筑综合症的并非某一种室内污染物的单独作用，也并非完全由室内空气中的污染物所致，而是多种因素的综合作用。室内空气品质、舒适度、噪声、照明、社会心理压力、工作压力、工作区背景等因素对室内人员生理和心理上的单独和综合的作用。10空气污染的的评价指标标IAQ的标准：规规定了室内内污染物浓浓度的上限限值。我国：有商商用建筑的的空气品质质卫生标准准（公共场场所卫生标标准），和2002年新颁布的的民用建筑筑的空气品品质标准。。芬兰：公寓寓建筑的室室内气候标标准。特点：除污污染物浓度度外，均考考虑了温湿湿度、风速速、噪声、、照明等影影响，相当当于反映了了部分IEQ水平。11民用建筑工工程室内环环境污染控控制规范民用建筑工工程室内环环境指标Ⅰ类民用建筑筑工程：住住宅、宿舍舍、医院病病房、老年年建筑、幼幼儿园、学学校教室等等建筑工程程；II类民用建筑筑工程：旅旅店、办公公楼、文化化娱乐场所所、书店、、图书馆、、展览馆、、体育馆、、商场(店)、公共交通通工具等候候室、医院院候诊室、、饭馆、理理发店等公公共建筑工工程。12空气污染的的评价指标标气味人们往往根根据气味评评判空气质质量鼻子的特征征比任何测量量仪表都灵灵敏嗅觉有时间间适应性：：难以定量量个体体有有差差异异，，难难以以作作为为客客观观标标准准鼻子子的的灵灵敏敏度度随随空空气气的的温温湿湿度度改改变变P.O.Fanger的研研究究结结论论为为：IAQ随空空气气焓焓值值的的降降低低而而提提高高。。13鼻子子感感觉觉的的生生理理基基础础嗅觉觉温觉觉化学学感感觉觉14温湿湿度度和和IAQ满意意度度的的关关系系15C.P.Yaglon制定定的的臭臭气气强强度度指指标标一般般控控制制在在2级一一下下16根据据国国家家环环保保局局的的统统一一规规定定，，中中国国空空气气质质量量划划分分为为5级评价价客观观级别别综合合指指数数I说明明I0~0.49清洁洁，，适适宜宜人人类类生生活活II0.5~0.99未污污染染，，污污染染物物不不超超标标，，人人类类生生活活正正常常III1.0~1.49轻污污染染，至至少少有有1个个指指标标超超标标，，敏敏感感者者受害害。IV1.50~1.99中污污染染，2－－3个指指标标超超标标，人群群健健康康明显显受受害害，，敏敏感感者者受受害害严严重重。V2.00重污污染染。。3－－4个指指标标超超标标，人群群健健康康明显显受受害害，，敏敏感感者者可可能能死死亡亡。171998年全全国国主主要要城城市市空空气气污污染染算算术术叠叠加加指指数数（（年年均均值值））SO2，氢氧氧化化物物，，悬悬浮浮颗颗粒粒物物18用大大气气质质量量指指数数法法进进行行IAQ客观观评评价价（（《中国国生生态态住住宅宅技技术术评评估估手手册册》建议议，，2001）污染染物物分分指指数数算术术叠叠加加指指数数综合合指指数数污染染物物衡衡量量标标准准实测浓度标准上限19污染染物物衡衡量量标标准准气体体污污染染物物浓浓度度：：体体积积浓浓度度(ppm)、质量量浓浓度度(mg/m3)、、放射射性性气气体体浓浓度度(Bq/m3)放射射性性比比活活度度specificactivity：某种材料单位位质量的某种种放射性核素素的活度，Bq/kg。悬浮颗粒物质量浓度：mg／m3计数浓度：粒粒／cm3微生物撞击法：菌落落形成单位（（CFU）/m3沉降法：个（（菌落）/皿20正常大气组分分常量组分符符号含含量(ppm)氮气N2780840.00氧气O2209460.00氩气Ar9340.00氖气Ne18.18氦气He5.14氪气Kr1.14氢气H20.5021室内空气污染染物的来源之之一：室外来来源大气的易变量量组分符符号含含量(ppm)水蒸气H2O130000二氧化碳CO2350甲烷CH41.67一氧化碳CO0.19臭氧O30.04氨气NH30.004二氧化氮NO20.001二氧化硫SO20.001一氧化氮NO0.000522室内空气污染染物的来源之之一：室外来来源燃料的燃烧、、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污染被污染的水23室内空气污染染物的来源之之二：室内来来源生产工艺工程：有机溶溶剂的蒸汽、、燃烧产生的的有毒气体、、刺激性气体体、生产性粉粉尘等家电的电磁辐射设计或管理不良的HVAC系统以及………24生活中的燃烧过程：炊事、吸烟等25装修材料、日日化产品26微生物27室内污染物的的来源28CO2：新陈代谢气味：汗液蒸发、呼吸、有机物物排泄、微生生物分解、氨氨气等衣服上的灰尘尘、细菌烟草的烟气：VOC和CO室内空气污染染物的来源之之三：人体生生物污染29室内空气污染染物的来源之之三：人体生生物污染新鲜空气与人人体呼气的成成分(体积%)成分N2,O2,CO2其它废气新鲜空气78.0320.990.03人体呼气79.1-80.014.5-18.53.5-5.0若干30空气污染物的的种类及其所所造成的污染染气体污染物CO2氡氨挥发性有机化化合物VOC气味分子污染悬浮颗粒物微生物（病毒毒、细菌、尘尘螨）其它（油烟、、烟草烟雾、、臭氧等）31CO2常用指标室内来源主要为人体代代谢过程：人人体呼出的空空气中约占4％，与人体代代谢率有关；；儿童为成年年人的50%。排出CO2越多，同时排排出其它代谢谢废气也越多多。有机物燃烧过过程：炊事、、抽烟在室外空气中中的浓度CO2为300－400ppm，O2为209460ppm目前居住建筑筑的控制标准准高级客房：700ppm普通居住空间间：1000ppm过渡空间：2000ppm32CO2常用指标作用一般浓度下，，无毒，无臭臭。超过700ppm，敏感者能觉察察到人体的其其它代谢污染染；超过1000ppm，较多人感到不不舒服；超过10000ppm，呼吸深度显著著增加。为什么测CO2作指标？易测反映了其它人人体代谢污染染物产生的水水平不能反映其它它过程产生污污染物的水平平33CO2作为空气污染染的指标浓度度及其意义(日日本)浓度ppm意义7l0连续在室的可可容许值1000一一般场场合的可容许许值1500通通风换气计计算用的上限限值2000-5000不不良良状态5000以上上非非常不不良状40000——50000呼吸中枢神经经受刺激,呼呼吸急促加加深(4-5%)连连续呼吸10分钟,则发生强烈的呼吸困难，头疼18%以上致致命的34氨特性：无色，，有强烈刺激激性气味。碱碱性物质，可可感觉最低浓浓度为5.3ppm。来源：冬季施工过程程中在混凝土土中添加氨水水作为防冻剂剂，释放期较较长，危害大大。装饰材料中的的添加剂和增增白剂，释放放期较短，危危害较小。35氨危害对皮肤组织、、上呼吸道有有腐蚀作用，，造成流泪、、咳嗽、呼吸吸困难，严重重可发生呼吸吸窘迫综合症症；通过三叉神经经末梢反射作作用引起心脏脏停搏和呼吸吸停止；通过肺泡进入入血液，破坏坏运氧功能。。防止污染措施施禁止使用氨作作防冻剂36氡(Rn)：Radon氡是一种无色色、无味、自自然界唯一的的天然放射性性惰性气体，，由镭蜕变产产生。在放射射疗法中可用用作辐射源，，在科研中可可用于制造中中子。它最稳稳定的同位素素是Rn222。半衰期为3.82天。原子序数数86；熔点-71℃；沸点-61.8℃℃；比重（固态））4。来源地基土壤中有有镭。花岗岩、水泥泥、石膏、部部分天然石材材中含有镭。。天然气中含有有氡。37氡(Rn)：Radon危害易扩散，溶于于水和脂肪。。极易进入人人体呼吸系统统造成放射性性损伤。肺癌的第二大大诱因，潜伏伏期15年以上。防护建材局与卫生生部1993年的天然石材材的放射性控控制标准：A类可居室内使使用，C类只能在外表表面使用表面涂层可阻阻挡氡的逸出出；加大通风换气气次数，降低低室内氡气浓浓度。38VOC(VolatileOrganicCompounds)常见种类数10种到上上百种，主要由脂肪族族碳水化合物物，芳香族碳碳水化合物组组成。例如酒酒精类、甲醛醛、甲苯、四氯化碳等，主要对人人体的呼吸器器官和神经器器官有影响。根据沸点不同同可分50---100℃VVOC(VeryVOC)100---260℃VOC260---400℃SVOC(Semi-VOC)400℃以上POM(Particulateorganicmatter)39VOC(VolatileOrganicCompounds)特点单独浓度不高高，但多种微微量VOC的共同同作用用不可可忽视视。长期低低剂量量释放放，对对人体体危害害大。。引起头头痛、、恶心心等症症状。。来源：：各种漆、涂料、、胶粘剂、阻燃剂剂、防防水剂剂、防防腐剂剂、防防虫剂剂室内建建材家具40VOC(VolatileOrganicCompounds)影响室室内IAQ的主要要是50---100℃℃的VVOC和100---260℃的的VOC由于VOC种类很很多，，难以以检测测和分分类，，世界卫生组织WHO在1987年给给出了了一个个室内内总VOC(TVOC)的含量量不能能超过过300g/m3的上限限值；；我国国民用建建筑工工程室室内环环境指指标TVOC指标为为500g/m3。疑问：：IAQ差超标，，浓度度指标标合适适吗？？41甲醛(HCOH)特点无色，，有强强烈刺刺激性性气味味。水溶液液为福福尔马马林大气中中平均均浓度度0.005-0.01mg/m3，低于0.03mg/m3，新装修修宾馆馆可达达0.85mg/m3，控制标标准为为0.12mg/m3来源工业废废气、、汽车车尾气气、光光化学学烟雾雾建筑材材料：：地毯毯、人人造板板、泡泡沫树树脂保保温板板***装修材材料：：胶粘粘剂、、涂料料***日化产产品：：清洁洁剂、、消毒毒剂、、液化化石油油气42甲醛危害浓度0.1mg/m3有异味味影响响0.5mg/m3以上刺刺激粘粘膜(眼、呼呼吸道道等)，产生生变态态反应应(眼红、、流泪泪、咽咽干等等)、恶心心、胸胸闷等等。6.5mg/m3以上引引起肺肺炎、、肺水水肿，，甚至至导致致死亡亡。有致畸、、致癌作作用。对神经系系统、免免疫系统统、肝脏脏都有危危害。释放特性性释放期长长，3－15年。高温、高高湿条件件下甲醛醛散发力力度加大大。43气味分子子污染影响空气气的新鲜鲜度和IAQ的可接受受性。低浓度污污染，不不会超过过权威机机构的上上限值。。分子的重重量为1m微粒的1/1010倍，扩散散速度极极快，难难以控制制。因此此源控制制最重要要。来源厨房、卫卫生间人体生物物污染烟草烟雾雾低浓度VOC和其它有有气味的的污染物物44包括烟气、大大气尘埃埃、纤维维性粒子子及花粉粉，其中直径小于于10m的微粒称称为可吸吸入颗粒粒物。按质量计计，大气气尘中10m以下占72%；工业过过程产尘尘，10m以下占30%，可吸入入并停留留在呼吸吸道中，，造成矽矽肺和肺肺癌。来源室外来源源和生产产过程人员活动动：行走走、抽烟烟石棉建材材一、二次次扬尘和和室内湿湿度过低低是其产产生的主主要原因因。避免免扬尘、、增强过过滤、控控制湿度度等方式式以及控控制产生生源等手手段来避避免污染染悬浮颗粒粒物45微生物病毒和细细菌附于悬浮浮颗粒物物上传播播，是传传染病的的来源霉菌：滋生于潮潮湿阴暗暗的土壤壤、水体体、空调调设备中中军团病(legionnaires'disease)：一种大叶叶性肺炎炎1976年在美国国费城的的宾西法法尼亚美美军军团团会议的的参加者者中发生生的军团团病是典典型的例例子。死死亡率高高达15-20%。军团肺原原菌是一一种普遍遍存在的的嗜水性性需氧细菌：Legionella，可通过风风道、给给水系统统进入室室内空气气。46微生物尘螨适宜环境境20－30℃，75－85％，空气气不流通通场所可引起哮哮喘、过过敏性鼻鼻炎、过过敏性皮皮炎孳生地：：纯毛地地毯、床床垫控制方法法：通风风换气，，保持清清洁47烟草烟雾雾：最常见见的室内内空气污污染危害：刺激和臭味香烟烟气气的典型型组成成成分(mg/支)：成分主主流烟烟气二二次烟烟气燃过的烟烟草350400全部颗粒粒2045尼古丁11.7一氧化碳碳2080二氧化碳碳6080氧化氮0.010.08丙稀醛0.08-----产生烟气气时间20s550s48臭氧臭氧(O3)：一种刺激激性气体体，主要要来自室室外的光光化学烟烟雾。室室内的电电视机、、复印机机、激光光印刷机机、负离离子发生生器等在在使用过过程中也也都能产产生臭氧氧。性质：可可氧化空空化合物物而还原原，可杀杀菌；可可被橡胶胶、塑料料等吸附附。臭氧对眼眼睛、粘粘膜和肺肺组织都都具有刺刺激作用用，能破破坏肺的的表面活活性物质质，并能能引起肺肺水肿、、哮喘等等。49污染物的的控制方方法“堵源””─建筑设计计与施工工特别是是围护结结构表层层材料的的选用中中，采用用VOC等有害气气体释放放量少的的材料；；“节流””─切实保证证空调或或通风系系统的正正确设计计、严格格的运行行管理和和维护，，使可能能的污染染源产污污量降低低到最小小程度；；“稀释””─保证足够够的新风风量或通通风换气气量，稀稀释和排排除室内内气态污污染物。。这也是是改善室室内空气气品质的的基本方方法。“清除””─采用各种种物理或或化学方方法如过过滤、吸吸附、吸吸收、氧氧化还原原等将空空气中的的有害物物清除或或分解掉掉。50通风换气气或空气气调节稀释释方法通风自然通风风：依靠靠自然风风压、热热压作用用进行通通风机械通风风：利用用风机等等机械设设备进行行通风空气调节节传统方式式：调节节温湿度度、流速速、洁净净度新方式：：空气成成分、气气味污染严重重：直流流式系统统（即机机械通风风系统））污染不很很严重：：部分回回风系统统51MG，C0CVC全面通风风的基本本微分方方程式（（稀释方方程）GC0d+Md-GCd=VdC在通风量量一定、、室内初初始浓度度为C1的时候，，求C2与通风时时间的关关系：稳定状态态的关系系式：52新风通风风换气量量决定因素素室内污染染物允许许浓度室外污染染物浓度度室内污染染物发生生量：发发生量已已知否？？？？室内污染染物产生生对换气气量的要要求人体代谢谢生物污污染：以以CO2浓度或臭臭气强度度指数为为指标确确定换气气量消除烟臭臭的要求求根据吸吸烟量确确定污染物发发生量：：VOC等微量产产生的污污染难以以监测，，通风量量的确定定仍然是是需要研研究的问问题。ASHRAEST62－1989R虽合理但但目前无无法操作作。53新风通风风换气量量常用民用用建筑新新风量范范围以坐为主主、少吸吸烟、久久逗留场场所54通风量与与IAQ美国(欧欧洲)对对学校，，办公室室的最新新研究表表明新风风量与SBS之间有着着一定的的关系，，当新风风量小于于36m3/h人时，SBS问题变得得显著。。关于人体代谢污染的问问题，第第一印象象(FirstImpression)使80%的人人能够满满意的最最小新风风量是27m3/h人，对于于已适应应了室内内环境的的90%的人人能够满满足的最最小新风风量只需需9m3/h人。5556自然通风风基本原理理：只要要建筑开开口两侧侧存在压压力差P，就会有空空气流过过开口。。流过的的风速为为：热压：温温差引起起的空气气密度差差导致建建筑开口口内外的的压差。。风压：室室外气流流绕流引引起建筑筑周围压压力分布布的不同同形成开开口处的的压差。。57热压通风风hwnba58热压通风风的基本本概念余压59多层建筑筑的热压压引起的的自然通通风余压60热压作用用模拟的的建筑模模型每层有上上下两个个开口61室内空气气速度分分布62室内空气气温度分分布63风压作用用下的自自然通风风64风压作用用下的自自然通风风Pf往往采用用CFD或风洞模模型实验验的方法法求取K值。风压系数65风洞模型型实验66风洞模型型实验67风压和热热压的联联合作用用68风压和热热压的联联合作用用69气流分布布与IAQ向室内引引入的新新风是否否都进入入了呼吸吸区？室室内空气气更新的的快慢如如何？室室内污染染物被转转移出去去的迅速速程度又又如何？70置换通风风数值求求解方法的空空间模型型1-壁橱橱，2-桌子，，3-计计算机，，4-人人，5-灯，6-送风风口，7-回风风口气流分布布的研究究方法数值求解解法半经验公公式法示踪气体体实验法法71置换通风风的速度度场72置换通风的的温度场73置换通风的的污染物浓浓度场置换通风送送风形式，，污染物浓浓度高的部部位在上方方。74置换通风的的空气年龄龄场置换通风送送风形式，，空气年龄龄长的部位位在上方。。年龄单位位：秒75气流分布性性能评价：：空气年龄龄Airage污染物的浓浓度衰减曲曲线76空气年龄平均空气年年龄：换气时间：：r=2活塞流：＝出口/2r＝出口充分混合流流：＝出口，r＝2出口非完全混合合流：入口口空气年龄龄最年轻，，出口空气气年龄最老老。排出空气浓度77换气效率不涉及污染染源的位置置理论上最短短的换气时时间是多少少？活塞流所用用时间：n＝V/G换气效率定定义：78通风效率：涉及污染源源的位置充分混合流流E＝1活塞流均匀污染源源E＝2如果污染源源在出口呢呢？污染源在入入口呢？79其它指标能量利用系系数：类似似通风效率率，但用得得热代替污污染物，温温度代替污污染物浓度度。不均匀系数数：反映气气流温度场场和速度场场的不均匀匀程度。t均方根偏差80换气效率和能量利用用系数81其它清除空空气污染的的方法空气过滤去去除悬浮颗颗粒物活性炭吸附附气体污染染物光催化纳米米材料TiO2空气离子化化紫外线杀菌菌与臭氧消消毒82截留效应惯性效应扩散效应重力作用静电效应空气过滤：去除悬浮颗颗粒物不同捕集机机理的捕集集效率对不不同粒径的的尘粒是不不同的。83空气过滤：去除悬浮颗颗粒物(a)截留效应：：粒径小的的粒子惯性性小，粒子子不脱离流流线。在沿沿流线运动动时，可能能接触到纤纤维表面而而被截留。。(b)惯性效应：：粒子在惯惯性作用下下，脱离流流线而碰到到纤维表面面。(c)扩散效应：：随主气流流掠过纤维维表面的小小粒子，可可能在类似似布朗运动动的位移时时与纤维表表面接触。。(d)重力作用：：尘粒在在重力作用用下，产生生脱离流线线的位移而而沉降到纤纤维表面上上。(e)静电效应：：由于气体体摩擦和其其它原因，，可能使纤纤维带电。。8485活性炭吸附附气体污染染物材料：硬质质的植物和和果核原理：经过过活化加工工后，碳的的内部形成成了极小的的空隙，表表面积很大大，1g的活性炭的的有效表面面积可以达达到1000m2，具有极强的的吸附性。。性能能：：吸吸附附量量一一般般是是其其自自身身重重量量的的1/6——1/5，到到了了饱饱和和状状态态就就会会失失效效，，需需要要更更换换。。86活性性炭炭的的吸吸附附性性能能物质质名名称称饱饱和和吸吸附附量量(%)SO210Cl215CS215C6H6(苯)24O3能还还原原为为O2烹调调臭臭味味30厕所所臭臭味味3087光催催化化纳纳米米材材料料TiO2TiO2是一一种种N型半半导导体体，，有有很很强强的的氧氧化化性性和和还还原原性性。。在在光光化化学学反反应应中中，，以以TiO2作催催化化剂剂，，在在太太阳阳光光尤尤其其是是紫紫外外线线的的照照射射下下，，使使得得TiO2固体体表表面面生生成成空空穴穴(h＋)和电电子子(e－)，空穴穴使使H2O氧化化，，电电子子使使空空气气中中的的O2还原原，，在在此此过过程程中中，，生生成成OH基团团。。OH基团团的的氧氧化化能能力力很很强强，，可可使使有有机机物物（（VOC）被氧氧化化、、分分解解，，最最终终分分解解为为CO2和H2O。88光催催化化纳纳米米材材料料TiO2甲醛醛光光降降解解反反应应中中的的主主要要氧氧化化还还原原反反应应：：氧化化反反应应：：还原原反反应应：：原理理总总结结：：HCHO+H2O+4h++O2+4e-HCOOH+2H++2h++O2+4e-CO2+4H++O2+4e