室内空气品质的不确定性及其灰色系统方法

室内空气品质的不确定性及其灰色系统分析方法摘要：人们对室内空气品质这一概念的认识有一个不断发展的过程，室内空气品质的影响因素，室内空气品质模型，室内空气品质的评价等方面都存在着不确定性。因此室内空气品质是一门综合科学，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。针对室内空气品质存在的“灰性”，本文进而提出了运用灰色系统理论，进行室内空气品质的灰色系统分析，室内空气品质灰色模型，室内空气品质灰色评价的研究方法。关键字：室内空气品质灰色系统理论室内空气品质问题已成为当前建筑环境领域的一个研究热点，近20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，加深了对室内空气品质的认识，并取得了一系列的成果。随着研究的深入，人们也认识到了其中蕴含着的不确定性，本文将分析室内空气品质的不确定性，并在此基础上提出其灰色系统分析方法。1室内空气品质问题的不确定性1.1室内空气品质问题认识不确定性最初，室内空气品质被认为是一系列污染物的浓度指标。随着研究的开展，人们认识到这种纯客观的定义并不全面，它没能完全覆盖室内空气品质的内涵。我们要求提供的是新鲜宜人，激发活力并且对健康无负面影响的室内空气，并应该提供一个为绝大多数室内人员认可的舒适的热环境。这反映了室内空气品质与人类舒适和健康的密切联系，因此对室内空气品质的全面定义应表达室内空气环境对人类舒适和健康的影响。ASHRAE标准62－1999提出了可接受的室内空气品质的概念[1]，涵盖了客观指标和人的主观感受两方面的内容，比较科学和全面。同时这也是暖通空调系统在这一方面应达到的目标。在研究过程中人们不断根据最新的研究成果，修正对室内空气品质问题的认识。由此可见，室内空气品质这一问题的研究正向深度和广度两个方向发展，其涉及的范围将发生变化。1.2室内空气品质影响因素的不确定性室内空气品质是一系列因素作用的结果，这些因素包括：室外空气质量，建筑围护结构的设计，通风系统的设计，系统的操作和维护措施，污染物源及其散发强度等等。室内空气污染一部分是外界环境污染由围护结构渗入或由空调系统新风进入，其随地点、季节、时间等有较大的变化；绝大部分是由室内环境自身原因所造成的，污染程度随室内环境（如室内容积、通风量、自然清除等）和室内人员活动的不同有较大范围的变化。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。室内空气品质不良的根本原因是室内存在种类繁多的污染物。室内空气污染与对健康的危害之间存在什么样的关系呢？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。采用工业卫生学的方法未能确定室内人员对室内空气品质抱怨问题的原因。室内空气污染物对人体的影响是复杂的，太多的因素在系统中不断运转，明确地把因果关系分离出来是很艰难的工作。研究对象间存在着个体差异，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[2]？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。1.3室内空气品质模型的不确定性室内空气品质模型的研究内容涉及到污染物在室内空间的传递、扩散、分布，以及污染物对人群舒适感和健康的效应。从狭义上来说，室内空气品质模型是描述室内各种污染物随时间、空间迁移转化规律的数学方程，是室内空气品质预测、控制和评价的重要工具。几十年来，研究者根据对其内在规律性的认识，提出了许多种模型，如均匀混合和分布模型、考虑混合和分布不均匀性的修正模型、双区模型等[3]。然而，系统的发展及其变化又存在着不确定性。上述模型的系统输入和输出常常表现出即具有某种因果规律，但又非唯一而呈区间变化的不确定性关系。这不确定性除了统计意义上的随机性之外，更重要的是对客观事物认识的不确定性和系统信息的不完全性。这可以归为两种来源，一是系统本身的不确定性，受实际情况和各种偶然因素的影响，模型参数会在较大的区间变化，系统结构或参数关系也表现出可变与非唯一性；二是系统输入的不确定性，表现为系统输入变量的区间变化性。系统本身和系统输入的不确定性均为系统的“灰色”特性，可采用灰色系统方法加以研究。1.4室内空气品质评价的不确定性室内空气品质评价涉及到室内空气污染物对室内人员的健康危害和室内人员对室内空气的主观反应，这两个方面的影响因素都非常复杂，有很多不确定的因素在起作用。人对室内空气品质的感受是多种因素作用的结果，它既与室内客观存在的多种污染物有关，又是一个精神的主观的反应；室内空气品质的一个等级不可能对应于一组污染物的浓度确定值，而是可能关联一个浓度范围；室内空气品质的评价是多因子综合评价。在评价室内空气品质时，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，一种是分解的方法，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（TVOC）。另一种是归纳的方法，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。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品质状况。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。2室内空气品质的灰色系统研究方法由上述分析可知，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。灰色系统理论的研究对象是“部分信息已知，部分信息未知”的“贫信息”不确定系统，它通过对“部分”已知信息的生成、开发实现对现实世界的确切描述和认识[4]。因此，灰色系统理论为室内空气品质不确定性问题的解决提供了很好的理论手段。2.1室内空气品质的灰色系统分析隙为了对信诞息不确定置的灰色系姓统的系统粮行为进行音分析，灰猴色系统理肯论发展了锤一系列灰招色系统的昆综合分析唯方法。这帝些分析方郊法包括灰虽色关联分岂析、灰色脸聚类分析肯、摘灰色决策墓等。灰色抱关联分析车方法的基燥本思想是扰根据序列喷曲线几何夺形状的相腐似程度来扛判断其联矮系是否紧哄密，并在易数学上用济灰色关联适度来衡量植这种相似虎程度。曲玻线越接近弃，相应序厘列之间的省关联度就罗越大，反品之就越小作。在进行庆通风空调差系统的设躲计和室内环空气品质畏的管理中温，我们需怠要了解哪练种污染物点对室内空薪气品质的棵影响最大狸，哪种污茎染物会引奸起某一种搞感觉症状伤，其浓度腹的增加会制明显使室稠内空气品妖质恶化。造因此我们办可以运用瑞灰色关联呆思想分析艺室内污染嚷物影响室杜内人员主牛观评价的恶特点，计阵算室内污拆染水平与桶空气品质怎不接受率悟和室内人劳员不良症隔状之间的侄灰色关联控度，通过追对系统动集态过程发陕展态势的重量化比较测分析，展远现有关因朝素之间的亭关系，为朝建筑室内桐环境系统映的设计和槐维护提供害了关注的赏重点和依办据薯[5]酷。此外，泪还可以通委过灰色聚你类对污染亏物的类别磨进行归并酒简化，可避以减少不稳必要数据土的收集，产降低室内耗空气品质吗评价的费皮用，缩短森评价时间茂，而又不扎影响评价陡结果。爆2.2秩困室内空气划品质灰色陡模型娱以前提出塌的许多模婶型对室内胃环境系统衰进行了某因些假设，文虽然考虑煎问题的重诵点各有不奋同，但都顽为确定性提模型，并扰没有考虑帮各种不确误知因素和坑各种偶然基因素（灰饰色因素）泛的影响。改基于灰色岗系统理论喜，为了能粪够反映各杯种灰色因什素对系统号行为的影亿响，我们漠将系统结栗构扩展为招灰结构，丢系统参数桌扩展为灰咏参数，系响统输入扩忧展为灰变议量，于是株得到基于娱相应确定砍性模型的画室内空气仙品质灰色母模型。由搞此得到的辰模型有物信理原型并翅且部分信归息可直接栋观察，但慕又存在部前分信息不下确定、不采完全的问棍题，我们滨称之为室仰内空气品德质非本征篇灰色模型厕。灰色模刚型和确定务性模型在钥形式上完劣全相同，之两者是同炉构的，只桂是参数换扔成了意义昂完全不同完的灰色量解。这是灰研色系统方情法的特点菊，也为室欺内空气品左质灰色模纤型的识别学提供了解康决思路。赏通过参数球估值方法论识别系统妄灰色量的贷最优值，仇建立室内唤空气品质馆的灰色模竟型，可以扇研究室内偶污染物的搁变化规律闯。室内空盐气品质灰范色模型充知分吸收了步现有物理泽系统的验启前知识和洞可观测信夏息，又用巨灰变量（衣或灰序列棒）、灰结伯构和灰参瞒数描述了踩系统环节协中既重要鹿但又缺乏扛可直接观革测信息的倦非确知部精分，综合吊反映了各洗种确知因难素和灰色庭因素对系或统行为的滥影响型[6]诱。漫2.3桑严室内空气池品质的灰宣色综合评捧价方法袍在多因子御综合评价索时，我们校经过实测晋，得到某退一评价对炼象的由多逝个参数组味成的序列影，要对它佣做出等级抹评价也就亭是判断它浸与哪一级光评价标准两更接近，望关系更密削切。根据胆灰色系统筐理论可以极建立室内袍空气品质券评价的灰呢色方法，水取参考序召列为评价渠对象的实凳测值，比筐较序列为仰室内空气岛品质评价授的评价标刘准序列。左室内的各键种污染物堪有很宽的框浓度变化家范围，并规且对其强督度的感觉颂近似遵循版对数关系为，在综合酬评价时可巨以仿照声目音的处理餐方法，对嫁各污染物橡浓度的数犬值进行预穷处理，使臂之能反映线人体感觉翅的大小，霜且能在不既同的污染样物之间进众行比较。吨评价时得煌出的关联询矩阵提供乒了的丰富增信息，每泻一行的元循素均为某究一待评价剂对象与不怎同室内空耕气品质等甩级的灰色身关联系数屯；与某一歪等级的关漂联系数越卷大说明其均与该等级贡的联系越繁紧密，因洪此最大关忘联系数对丸应的等级伪即为该对饥象的室内绪空气品质埋的等级。印关联矩阵赞中每一列捡的各元素统为某一室拼内空气品蒸质等级与粥相应评价萄对象的灰葡色关联系短数匹，套肚因为矩阵搏中任意元络素的比较帖都是有意藏义的，因可此可以通文过比较任确意两行的酬相应元素叨来比较任沾意两评价向对象的室退内空气品壤质的优劣按[7]已。3总结旱运用灰色请系统理论鹿研究室内汗空气品质铲的不确定春性问题是糊项全新的适工作，本原文在这一条方面做了涨一些探索种。除灰色夸系统理论丰外，随机铁分析和模谎糊数学也骑是常用的郑不确定系抽统的研究露方法。虽晋然它们的搅研究对象带都具有某浇种不确定尽性，但模学糊数学着医重研锅究担“居认知不确蒸定姻”芽问题，随臭机分析着垄重研嗽究强“罗随机不确筝定划”股问题。在厚室内空气冤品质的灰仅色系统方蓄法研究，仿如何结合千运用随机坝分析和模臣糊数学的笛方法将是淘一个有意沸义的课题摔。挎参考文献阴：域[1]择ASHR叛AE.宪ASHR币AES灿tand易ard封62-1魂999,稿Ven结tila爸tion洞for厨Acc喇epta亿ble虚Indo喂orA割irQ装uali粪ty.索Atla煌nta:毫AMER钞ICAN拦SOC玩IETY们OF晌HEAT怪ING,街REF股RIGE锦RATI意NGA套NDA拨IR-C遵ONDI逐TION膨ENG抵INEE剂RS,抵INC.屋,199典9历[2]麻Deme仰trio统s蓝J童．俭Mosc岩hand链reas洒.嘱腥室内空气冰品质研究咳的趋势和起面对的挑秒战箭.要啄洁净与空崭调技术蔑，到200阅3桃，君（笑3莲）特：桶3-7浙[3]酬喂亢燕铭，逼钟柯，杨撒龙躲军俘.摸恳暖通空调值，毒200则1弦，炕3州2伸（攻1有）辟：振9麦3缩－间