建筑外环境课件

建筑外环境课件第1页/共95页2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年第2页/共95页3SBS－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：建筑关联病第3页/共95页4SBS－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第4页/共95页5(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 筑物的调查结果第5页/共95页6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。第6页/共95页7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。第7页/共95页8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。第8页/共95页9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）。第9页/共95页10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。第10页/共95页11空气污染的评价指标IAQ的标准：规定了室内污染物浓度的上限值。

我国：有商用建筑的空气品质卫生标准（公共场所卫生标准），和2002年新颁布的民用建筑的空气品质标准。芬兰：公寓建筑的室内气候标准。特点：除污染物浓度外，均考虑了温湿度、风速、噪声、照明等影响，相当于反映了部分IEQ水平。第11页/共95页12民用建筑工程室内环境污染控制规范

民用建筑工程室内环境指标Ⅰ类民用建筑工程：住宅、宿舍、医院病房、老年建筑、幼儿园、学校教室等建筑工程；

II类民用建筑工程：旅店、办公楼、文化娱乐场所、书店、图书馆、展览馆、体育馆、商场(店)、公共交通工具等候室、医院候诊室、饭馆、理发店等公共建筑工程。第12页/共95页13空气污染的评价指标

气味人们往往根据气味评判空气质量鼻子的特征比任何测量仪表都灵敏嗅觉有时间适应性：难以定量个体有差异，难以作为客观标准鼻子的灵敏度随空气的温湿度改变

P.O.Fanger的研究结论为：IAQ随空气焓值的降低而提高。第13页/共95页14鼻子感觉的生理基础嗅觉温觉化学感觉第14页/共95页15温湿度和IAQ满意度的关系第15页/共95页16C.P.Yaglon制定的臭气强度指标一般控制在2级一下第16页/共95页17根据国家环保局的统一规定，中国空气质量划分为5级 评价客观 级别

综合指数I 说明

I 0~0.49清洁，适宜人类生活

II 0.5~0.99未污染，污染物不超标，人类生活正常

III 1.0~1.49

轻污染，至少有1个指标超标，敏感者 受害。

IV 1.50~1.99

中污染，2－3个指标超标，人群健康 明显受害，敏感者受害严重。

V 2.00重污染。3－4个指标超标，人群健康 明显受害，敏感者可能死亡。第17页/共95页181998年全国主要城市空气污染算术叠加指数（年均值）SO2，氢氧化物，悬浮颗粒物第18页/共95页19

用大气质量指数法进行IAQ客观评价（《中国生态住宅技术评估手册》建议，2001）污染物分指数算术叠加指数综合指数污染物衡量标准实测浓度标准上限第19页/共95页20污染物衡量标准

气体污染物浓度：体积浓度(ppm)、质量浓度(mg/m3)、放射性气体浓度(Bq/m3)

放射性比活度specificactivity：某种材料单位质量的某种放射性核素的活度，Bq/kg。悬浮颗粒物质量浓度：mg／m3

计数浓度：粒／cm3

微生物撞击法：菌落形成单位（CFU）/m3

沉降法：个（菌落）/皿第20页/共95页21正常大气组分常量组分符号含量(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H20.50第21页/共95页22室内空气污染物的来源之一：室外来源

大气的易变量组分 符号 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 NO0.0005第22页/共95页23室内空气污染物的来源之一：室外来源

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染被污染的水第23页/共95页24室内空气污染物的来源之二：室内来源

生产工艺工程：有机溶剂的蒸汽、燃烧产生的有毒气体、刺激性气体、生产性粉尘等

家电的电磁辐射

设计或管理不良的HVAC系统

以及………第24页/共95页25生活中的燃烧过程：炊事、吸烟等第25页/共95页26装修材料、日化产品第26页/共95页27微生物第27页/共95页28室内污染物的来源第28页/共95页29

CO2：新陈代谢

气味：汗液蒸发、呼吸、有机物排泄、微生物分解、氨气等衣服上的灰尘、细菌

烟草的烟气：VOC和CO室内空气污染物的来源之三：人体生物污染第29页/共95页30室内空气污染物的来源之三：人体生物污染新鲜空气与人体呼气的成分(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若干第30页/共95页31空气污染物的种类及其所造成的污染

气体污染物

CO2

氡

氨挥发性有机化合物VOC

气味分子污染

悬浮颗粒物

微生物（病毒、细菌、尘螨）

其它（油烟、烟草烟雾、臭氧等）第31页/共95页32CO2

常用指标

室内来源主要为人体代谢过程：人体呼出的空气中约占4％，与人体代谢率有关；儿童为成年人的50%。排出CO2越多，同时排出其它代谢废气也越多。有机物燃烧过程：炊事、抽烟在室外空气中的浓度

CO2为300－400ppm，O2为209460ppm

目前居住建筑的控制标准高级客房：700ppm

普通居住空间：1000ppm

过渡空间：2000ppm第32页/共95页33CO2

常用指标

作用一般浓度下，无毒，无臭。超过700ppm，敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；超过1000ppm，较多人感到不舒服；超过10000ppm，呼吸深度显著增加。为什么测CO2作指标？易测反映了其它人体代谢污染物产生的水平不能反映其它过程产生污染物的水平第33页/共95页34CO2作为空气污染的指标浓度及其意义(日本)浓度ppm 意义

7l0 连续在室的可容许值

1000 一般场合的可容许值

1500 通风换气计算用的上限值

2000-5000不良状态

5000以上非常不良状

40000—50000

呼吸中枢神经受刺激,呼吸急促加深(4-5%) 连续呼吸10分钟,则发生强烈的呼吸 困难，头疼18%以上 致命的第34页/共95页35氨

特性：无色，有强烈刺激性气味。碱性物质，可感觉最低浓度为5.3ppm。来源：冬季施工过程中在混凝土中添加氨水作为防冻剂，释放期较长，危害大。装饰材料中的添加剂和增白剂，释放期较短，危害较小。第35页/共95页36氨

危害对皮肤组织、上呼吸道有腐蚀作用，造成流泪、咳嗽、呼吸困难，严重可发生呼吸窘迫综合症；通过三叉神经末梢反射作用引起心脏停搏和呼吸停止；通过肺泡进入血液，破坏运氧功能。防止污染措施禁止使用氨作防冻剂第36页/共95页37氡(Rn)：Radon

氡是一种无色、无味、自然界唯一的天然放射性惰性气体，由镭蜕变产生。在放射疗法中可用作辐射源，在科研中可用于制造中子。它最稳定的同位素是Rn222。半衰期为3.82天。原子序数86；熔点-71℃；沸点-61.8℃；比重（固态）4。来源地基土壤中有镭。花岗岩、水泥、石膏、部分天然石材中含有镭。天然气中含有氡。第37页/共95页38氡(Rn)：Radon

危害易扩散，溶于水和脂肪。极易进入人体呼吸系统造成放射性损伤。肺癌的第二大诱因，潜伏期15年以上。防护建材局与卫生部1993年的天然石材的放射性控制标准：A类可居室内使用，C类只能在外表面使用表面涂层可阻挡氡的逸出；加大通风换气次数，降低室内氡气浓度。第38页/共95页39VOC

(VolatileOrganicCompounds)

常见种类数10种到上百种，主要由脂肪族碳水化合物，芳香族碳水化合物组成。例如酒精类、甲醛、甲苯、四氯化碳等，主要对人体的呼吸器官和神经器官有影响。

根据沸点不同可分50---100℃VVOC(VeryVOC)100---260℃VOC260---400℃SVOC(Semi-VOC)400℃以上POM(Particulateorganicmatter)第39页/共95页40VOC

(VolatileOrganicCompounds)

特点单独浓度不高，但多种微量VOC的共同作用不可忽视。长期低剂量释放，对人体危害大。引起头痛、恶心等症状。来源：

各种漆、涂料、胶粘剂、阻燃剂、防水剂、防腐剂、防虫剂室内建材家具第40页/共95页41VOC

(VolatileOrganicCompounds)影响室内IAQ的主要是50---100℃的VVOC和100---260℃的VOC

由于VOC种类很多，难以检测和分类，世界卫生组织WHO在1987年给出了一个室内总VOC(TVOC)的含量不能超过300g/m3的上限值；我国民用建筑工程室内环境指标TVOC指标为500g/m3

。疑问：IAQ差

超标，浓度指标合适吗？第41页/共95页42甲醛(HCOH)

特点无色，有强烈刺激性气味。水溶液为福尔马林大气中平均浓度0.005-0.01mg/m3，低于0.03mg/m3，新装修宾馆可达0.85mg/m3，控制标准为0.12mg/m3

来源工业废气、汽车尾气、光化学烟雾建筑材料：地毯、人造板、泡沫树脂保温板***装修材料：胶粘剂、涂料***日化产品：清洁剂、消毒剂、液化石油气第42页/共95页43甲醛

危害浓度0.1mg/m3有异味影响

0.5mg/m3以上刺激粘膜(眼、呼吸道等)，产生变态反应(眼红、流泪、咽干等)、恶心、胸闷等。

6.5mg/m3以上引起肺炎、肺水肿，甚至导致死亡。有致畸、致癌作用。对神经系统、免疫系统、肝脏都有危害。释放特性释放期长，3－15年。高温、高湿条件下甲醛散发力度加大。第43页/共95页44气味分子污染

影响空气的新鲜度和IAQ的可接受性。低浓度污染，不会超过权威机构的上限值。分子的重量为1m微粒的1/1010倍，扩散速度极快，难以控制。因此源控制最重要。来源厨房、卫生间人体生物污染烟草烟雾低浓度VOC和其它有气味的污染物第44页/共95页45包括烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉，其中直径小于10m的微粒称为可吸入颗粒物。按质量计，大气尘中10m以下占72%；工业过程产尘，10m以下占30%，可吸入并停留在呼吸道中，造成矽肺和肺癌。来源

室外来源和生产过程人员活动：行走、抽烟石棉建材一、二次扬尘和室内湿度过低是其产生的主要原因。避免扬尘、增强过滤、控制湿度等方式以及控制产生源等手段来避免污染悬浮颗粒物第45页/共95页46微生物

病毒和细菌附于悬浮颗粒物上传播，是传染病的来源霉菌：滋生于潮湿阴暗的土壤、水体、空调设备中军团病(legionnaires'disease)：一种大叶性肺炎1976年在美国费城的宾西法尼亚美军军团会议的参加者中发生的军团病是典型的例子。死亡率高达15-20%。军团肺原菌是一种普遍存在的嗜水性需氧细菌：Legionella，可通过风道、给水系统进入室内空气。第46页/共95页47微生物

尘螨

适宜环境20－30℃，75－85％，空气不流通场所可引起哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎孳生地：纯毛地毯、床垫控制方法：通风换气，保持清洁第47页/共95页48烟草烟雾：最常见的室内空气污染危害：刺激和臭味香烟烟气的典型组成成分(mg/支)：成分主流烟气二次烟气燃过的烟草350400全部颗粒2045尼古丁11.7一氧化碳2080二氧化碳6080氧化氮0.010.08丙稀醛0.08-----产生烟气时间20s550s第48页/共95页49臭氧

臭氧(O3)：一种刺激性气体，主要来自室外的光化学烟雾。室内的电视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器等在使用过程中也都能产生臭氧。性质：可氧化空化合物而还原，可杀菌；可被橡胶、塑料等吸附。臭氧对眼睛、粘膜和肺组织都具有刺激作用，能破坏肺的表面活性物质，并能引起肺水肿、哮喘等。第49页/共95页50污染物的控制方法“堵源”─建筑设计与施工特别是围护结构表层材料的选用中，采用VOC等有害气体释放量少的材料；“节流”─切实保证空调或通风系统的正确设计、严格的运行管理和维护，使可能的污染源产污量降低到最小程度；“稀释”─保证足够的新风量或通风换气量，稀释和排除室内气态污染物。这也是改善室内空气品质的基本方法。“清除”─采用各种物理或化学方法如过滤、吸附、吸收、氧化还原等将空气中的有害物清除或分解掉。第50页/共95页51通风换气或空气调节稀释方法

通风自然通风：依靠自然风压、热压作用进行通风机械通风：利用风机等机械设备进行通风空气调节传统方式：调节温湿度、流速、洁净度新方式：空气成分、气味污染严重：直流式系统（即机械通风系统）污染不很严重：部分回风系统第51页/共95页52MG，C0CVC全面通风的基本微分方程式（稀释方程）GC0d+Md-GCd=VdC

在通风量一定、室内初始浓度为C1的时候，求C2与通风时间的关系：稳定状态的关系式：第52页/共95页53新风通风换气量

决定因素室内污染物允许浓度室外污染物浓度室内污染物发生量：发生量已知否？？？室内污染物产生对换气量的要求人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数为指标确定换气量消除烟臭的要求根据吸烟量确定污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测，通风量的确定仍然是需要研究的问题。ASHRAEST62－1989R虽合理但目前无法操作。第53页/共95页54新风通风换气量常用民用建筑新风量范围以坐为主、少吸烟、久逗留场所第54页/共95页55通风量与IAQ美国(欧洲)对学校，办公室的最新研究表明新风量与SBS之间有着一定的关系，当新风量小于36m3/h人时，SBS问题变得显著。关于人体代谢污染的问题，第一印象(FirstImpres

sion)使80%的人能够满意的最小新风量是27m3/h人，对于已适应了室内环境的90%的人能够满足的最小新风量只需9m3/h人。第55页/共95页56第56页/共95页57自然通风

基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有空气流过开口。流过的风速为：热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差。风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差。第57页/共95页58热压通风hwnba第58页/共95页59热压通风的基本概念余压第59页/共95页60多层建筑的热压引起的自然通风余压第60页/共95页61热压作用模拟的建筑模型

每层有上下两个开口第61页/共95页62室内空气速度分布第62页/共95页63室内空气温度分布第63页/共95页64风压作用下的自然通风第64页/共95页65风压作用下的自然通风Pf

往往采用CFD或风洞模型实验的方法求取K值。风压系数第65页/共95页66风洞模型实验第66页/共95页67风洞模型实验第67页/共95页68风压和热压的联合作用第68页/共95页69风压和热压的联合作用第69页/共95页70气流分布与IAQ向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？室内空气更新的快慢如何？室内污染物被转移出去的迅速程度又如何？第70页/共95页71置换通风数值求解方法的空间模型1-壁橱，2-桌子，3-计算机，4-人，5-灯，6-送风口，7-回风口气流分布的研究方法

数值求解法半经验公式法示踪气体实验法第71页/共95页72置换通风的速度场第72页/共95页73置换通风的温度场第73页/共95页74置换通风的污染物浓度场置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方。第74页/共95页75置换通风的空气年龄场置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上方。年龄单位：秒第75页/共95页76气流分布性能评价：空气年龄Airage污染物的浓度衰减曲线第76页/共95页77空气年龄

平均空气年龄：换气时间：r=2

活塞流：

＝出口/2

r＝出口充分混合流：

＝出口，r＝2出口

非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年龄最老。排出空气浓度第77页/共95页78换气效率不涉及污染源的位置

理论上最短的换气时间是多少？活塞流所用时间：n＝V

/G

换气效率定义：第78页/共95页79通风效率：涉及污染源的位置

充分混合流E＝1

活塞流均匀污染源E＝2

如果污染源在出口呢？污染源在入口呢？第79页/共95页80其它指标

能量利用系数：类似通风效率，但用得热代替污染物，温度代替污染物浓度。不均匀系数：反映气流温度场和速度场的不均匀程度。t均方根偏差第80页/共95页81换气效率和能量利用系数第81页/共95页82其它清除空气污染的方法

空气过滤去除悬浮颗粒物活性炭吸附气体污染物光催化纳米材料TiO2

空气离子化紫外线杀菌与臭氧消毒第82页/共95页83截留效应惯性效应扩散效应重力作用静电效应空气过滤：去除悬浮颗粒物

不同捕集机理的捕集效率对不同粒径的尘粒是不同的。第83页/共95页84空气过滤：去除悬浮颗粒物(a)截留效应：粒径小的粒子惯性小，粒子不脱离流线。在沿流线运动时，可能接触到纤维表面而被截留。

(b)惯性效应：粒子在惯性作用下，脱离流线而碰到纤维表面。

(c)扩散效应：随主气流掠过纤维表面的小粒子，可能在类似布朗运动的位移时与纤维表面接触。

(d)重力作用：尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表面上。

(e)静电效应：由于气体摩擦和其它原因，可能使纤维带电。第84页/共95页85第85页/共95页86活性炭吸附气体污染物

材料：硬质的植物和果核原理：经过活化加工后，碳的内部形成了极小的空隙，表面积很大，1g的活性炭的有效表面积可以达到1000m2，具有极强的吸附性。性能：吸附量一般是其自身重量的1/6—1/5，到了饱和状态就会失效，需要更换。第86页/共95页87活性炭的吸附性能物质名称饱和吸附量(%) SO2 10 Cl215 CS2