空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響

　　摘要：近年來，隨著人民生活水平提高，室內(nèi)空氣品質(zhì)越來越受到人們的重視。很多國內(nèi)外專家都開始研究如何創(chuàng)造健康建筑，避免病態(tài)建筑的產(chǎn)生。影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的因素很多，本文主要從民用建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方面，探討如何防止病態(tài)建筑產(chǎn)生，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，從而使人們享受舒適現(xiàn)代生活的同時，不會被病態(tài)建筑綜合癥侵擾。文章在新風(fēng)量標(biāo)準、新風(fēng)處理和新風(fēng)質(zhì)量、空調(diào)系統(tǒng)運行工況及節(jié)能措施等方面展開了討論，指出空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響。筆者迫切希望廣大設(shè)計人員加強預(yù)防病態(tài)建筑的意識，及時參考國內(nèi)外新技術(shù)研究資料，結(jié)合實際工程，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，從而為提高室內(nèi)空氣品質(zhì)打下良好的基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)空氣品質(zhì)新風(fēng)質(zhì)量二次污染

　　引言

　　近年來，隨著人民生活水平提高，室內(nèi)空氣品質(zhì)IAQ(IndoorAirQuality)越來越受到人們的重視。因為人類與建筑的關(guān)系是非常密切的，人的一天中大約有80%的時間是在建筑物中度過的。人們的生活質(zhì)量、工作效率及身體健康程度都與建筑內(nèi)環(huán)境相關(guān)。隨著空調(diào)系統(tǒng)大量應(yīng)用于建筑，極大地提高了室內(nèi)舒適度，但也暴露出許多問題。很多國內(nèi)外專家都開始研究如何創(chuàng)造健康建筑(HealthyBuilding)，避免病態(tài)建筑(SickBuilding)的產(chǎn)生。所謂健康建筑，就是空調(diào)系統(tǒng)運行良好，并且用較低能耗，保證優(yōu)良的室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適環(huán)境。與之相反的建筑，被稱為“病態(tài)建筑”。而“病態(tài)建筑綜合癥”(SickBuildingSyndrome)，具體地講，這類建筑輕者能引起人們頭腦發(fā)昏、嗜睡、眼睛受到刺激、呼吸系統(tǒng)不適，嚴重的會導(dǎo)致疾病的傳染，造成各種各樣的健康問題。影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的因素很多，從其性質(zhì)來講,大至可分為三類。第一類是化學(xué)的,其成份多為揮發(fā)性的有機物，即VOC(VolatileOrganicCompounds)。這些污染主要來自裝修使用的各種建筑材料、裝飾材料等。第二類是物理方面的,主要來自室外及室內(nèi)的電器設(shè)備,成份為噪聲、電磁輻射、光污染等;第三類是生物的,主要是細菌滋生等。國內(nèi)外許多學(xué)者對不同建筑的室內(nèi)空氣品質(zhì)進行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，大約53%的建筑（280個）中室內(nèi)空氣品質(zhì)問題是由于不合適的通風(fēng)[1]。對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計來講，影響IAQ的原因主要有：新風(fēng)量不足、新風(fēng)質(zhì)量、氣流組織、空調(diào)系統(tǒng)的二次污染、噪音等問題。

　　本文主要從民用建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方面，探討如何防止病態(tài)建筑的產(chǎn)生，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，從而使人們享受舒適現(xiàn)代生活的同時，不會被病態(tài)建筑綜合癥侵擾。文章在以下幾個方面展開討論：

　　新風(fēng)量標(biāo)準

　　新風(fēng)處理和新風(fēng)質(zhì)量

　　氣流組織

　　運行工況

　　節(jié)能措施

　　新風(fēng)量標(biāo)準

　　新風(fēng)對于提高室內(nèi)空氣品質(zhì)有非常積極的作用，它可以稀釋和帶走在室內(nèi)產(chǎn)生的污染物。目前國內(nèi)尚無室內(nèi)空氣品質(zhì)評價標(biāo)準。美國ASHRAE標(biāo)準62-1999給出的可接受室內(nèi)空氣品質(zhì)(AcceptableIndoorAirQuality)定義為室內(nèi)已知的污染物沒有達到權(quán)威機構(gòu)所確定的有害濃度,處于該空氣中的絕大多數(shù)人員(≥80%)沒有感到不滿意[2]。它的定義包括了主、客觀評價兩個方面，比較適合我國國情。該標(biāo)準還規(guī)定，由于人們對絕大多數(shù)氣味適應(yīng)很快,所以最小通風(fēng)量的確定是依據(jù)已適應(yīng)者(室內(nèi)人員)而不是未適應(yīng)者(來訪者)。

　　按照現(xiàn)行規(guī)范，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的標(biāo)準是取人員最小新風(fēng)量和維持房間正壓所需新風(fēng)量中的較大值，并不應(yīng)小于總送風(fēng)量的10%[3]。

　　關(guān)于人員新風(fēng)標(biāo)準，國內(nèi)外標(biāo)準不徑相同。美國ASHRAE標(biāo)準62-1999給出了不同建筑物中人員新風(fēng)量的標(biāo)準，比以前版本提高了很多。例如辦公室人員新風(fēng)標(biāo)準為36m3/h.p，人員最大密度為14.3m2/人（7人/100m2）。北京市建筑設(shè)計院設(shè)備專業(yè)技術(shù)措施中，普通辦公室人員新風(fēng)標(biāo)準為25m3/h.p，按照國內(nèi)辦公室人員密度大約為6～10m2/人（10～16人/100m2）。有文獻提出人員新風(fēng)標(biāo)準應(yīng)為33～42m3/h.p。文獻[4]實測了7幢辦公樓的新風(fēng)量發(fā)現(xiàn)，人員數(shù)量波動性比較大，所以人均新風(fēng)量差別比較大。但是按面積平均卻相差不大，新風(fēng)量實測值為2.2～3.92m3/h.m2。實際工程設(shè)計中，就目前我國辦公室人員密度來講，維持房間正壓所需新風(fēng)量一般小于人員最小新風(fēng)量，筆者認為新風(fēng)標(biāo)準應(yīng)為25～30m3/h.p（2.5～5m3/h.m2）。

　　因為室內(nèi)人員的數(shù)量難以估計準確，所以筆者認為制定新風(fēng)量標(biāo)準時，應(yīng)該參考國外標(biāo)準，根據(jù)建筑物功能，給出新風(fēng)量標(biāo)準，同時也要給出人員密度指標(biāo)。

　　許多專家提出應(yīng)該考慮建筑污染，通風(fēng)量應(yīng)為人員和消除室內(nèi)污染兩部分之和。但室內(nèi)污染程度難以估計，所以新風(fēng)量標(biāo)準如何修改，目前尚無定論。

　　新風(fēng)量不是越大越好，有文獻認為新風(fēng)量從25%到100%，對病態(tài)建筑綜合癥而言并沒有什么區(qū)別，所以提高新風(fēng)量的同時，要注重新風(fēng)的處理與品質(zhì)。

　　新風(fēng)處理與新風(fēng)質(zhì)量

　　室外空氣首先要經(jīng)過濾除塵，然后再通過加熱或冷卻等手段，達到所需參數(shù)。新風(fēng)過濾對維護室內(nèi)空氣品質(zhì)極為重要。一般空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置兩級過濾，第一級過濾采用效率30%的粗效過濾器，第二級過濾采用效率為65%～85%的中效過濾器。對于凈化空調(diào)機組，應(yīng)采用三級過濾，除初中效過濾器外，還要增加亞高效過濾器。

　　需要指出的是，目前新風(fēng)過濾主要考慮室外顆粒污染物的除去,而室內(nèi)空氣品質(zhì)涉及到的除室外固體污染物外,還有室外氣態(tài)污染物。因此,新風(fēng)處理還必須考慮室外氣體污染物的過濾和吸附,從而使新風(fēng)質(zhì)量達到應(yīng)有的標(biāo)準。

　　空氣過濾器的清洗和更換是目前空調(diào)運行管理的難點，尤其是常用的玻璃纖維過濾器無法清洗，而無紡布過濾器只能清洗數(shù)次。與超聲波配合的靜電除塵器可以獲得很高的除塵效率并且不使粉塵積存在電極上，通過機械裝置可實現(xiàn)自動清灰。應(yīng)該成為今后的發(fā)展和研究方向。空氣過濾器應(yīng)設(shè)置自動清灰裝置，以減輕人工清洗的維護工作量和防止灰塵的二次飛揚污染。簡單的方法是安裝過濾器阻力聲光報警裝置，以便監(jiān)督及時清洗。

　　室外空氣的質(zhì)量只要不處于工業(yè)區(qū)，一般不會有太大問題。如果新風(fēng)入口靠近裝卸碼頭或高速公路，應(yīng)裝設(shè)一氧化碳檢測器，當(dāng)室外空氣質(zhì)量較差時，以減少進入建筑物的室外新風(fēng)量。工程設(shè)計中新風(fēng)吸入口要避免污染，百葉窗應(yīng)加防水罩等措施，防止雨水或雪水滲入新風(fēng)引入口污染過濾器。新風(fēng)口應(yīng)該與排風(fēng)口保持一定距離，或在不同方向設(shè)置，不要被冷卻塔飄逸的水滴污染。新風(fēng)開口面積應(yīng)滿足全新風(fēng)運行要求。

　　有文獻提出空氣齡的概念，指出入室新風(fēng)空氣齡越小，途徑污染越少，新風(fēng)品質(zhì)越好，對人的作用越大。空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，要加強新風(fēng)過濾，提高入室新風(fēng)的效率，縮短新風(fēng)途徑，減少室內(nèi)空氣停留時間，保證入室新風(fēng)的品質(zhì)。有人提出新風(fēng)口和排風(fēng)口采用“隨風(fēng)轉(zhuǎn)向風(fēng)帽”，通過風(fēng)向標(biāo)，能靈活地將風(fēng)口始終迎向或背向風(fēng)吹來的方向，從而有效地利用風(fēng)壓的正壓或負壓，達到節(jié)能目的。

　　高品質(zhì)的新風(fēng)要直接送入室內(nèi)，而不能只送到吊頂內(nèi)。良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)不僅與新風(fēng)有關(guān)，很大程度上與空調(diào)系統(tǒng)氣流組織有關(guān)。

　　氣流組織

　　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的氣流組織對IAQ影響很大，氣流組織設(shè)計合理,不僅可以將新鮮空氣按質(zhì)按量地送到人員活動區(qū),還可及時將污染物排出。如果設(shè)計不當(dāng)，容易造成送、回風(fēng)短路，房間內(nèi)有空氣滯留區(qū)。

　　工程設(shè)計中受各種條件限制，房間氣流組織大多采用上送上回形式,送風(fēng)散流器大都是平流型(射流的射出角度大于40°),送風(fēng)形成貼附,很容易經(jīng)回風(fēng)口帶走而短路。因此,選用散流器時應(yīng)用射出角度小于40°的直流型，這種散流器能較好地將風(fēng)送至人員活動區(qū)，避免了短路，提高了人員活動區(qū)的空氣質(zhì)量。布置送、回風(fēng)口時，應(yīng)盡量布置合理，避免產(chǎn)生房間死角。例如旅館標(biāo)準客房的臥式安裝風(fēng)機盤管，因為條件限制，只能位于門口上方位置，建議側(cè)送風(fēng)口采用雙層或三層百葉送風(fēng)口，以便通過調(diào)節(jié)水平、垂直葉片，改變送風(fēng)傾角和射流擴散角，達到減少空氣滯留區(qū)的面積，以保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。

　　如果有條件的話，盡量采用上送下回的形式，因為對工作區(qū)來講，這種送風(fēng)形式比上送上回系統(tǒng)排除污染物的能力強。

　　作為設(shè)計人員，設(shè)計理念應(yīng)該從空調(diào)為建筑服務(wù)，轉(zhuǎn)變到“以人為本”的觀點上來。在風(fēng)口布置、風(fēng)量選擇、風(fēng)速確定等方面改善空氣分配，滿足工作區(qū)需求，及時消除污染物。

　　運行工況

　　目前，空調(diào)系統(tǒng)的二次污染問題日益突出，國內(nèi)外研究重點已經(jīng)轉(zhuǎn)移到研究建筑結(jié)構(gòu)與通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的二次污染。所謂二次污染是由于空調(diào)系統(tǒng)自身問題如盤管、凝水盤、水封、加濕器、長期處于高濕度下的空氣過濾器所引起的局部積塵和高濕度（一次污染），或建筑結(jié)構(gòu)與材料吸潮積塵導(dǎo)致細菌大量定植、繁殖，產(chǎn)生大量有害的代謝物，大大降低了空氣品質(zhì)的可接受性，使人過敏，危害健康（二次污染）。

　　各項研究結(jié)果表明，當(dāng)室內(nèi)相對濕度高于70%,有利于微生物滋長。而降低微生物污染的最有效手段是控制塵埃和濕度。關(guān)于空氣過濾的問題，文章前面已經(jīng)討論過。空調(diào)系統(tǒng)中盤管、凝水盤和加濕器是微生物的主要生長地。

　　對于新風(fēng)加風(fēng)機盤管系統(tǒng)，新風(fēng)機組可采用低溫送風(fēng)，承擔(dān)全部室內(nèi)濕負荷，使風(fēng)機盤管處于干工況運行，減少細菌滋生。增加的新風(fēng)負荷可通過全熱或顯熱排風(fēng)熱回收裝置，如轉(zhuǎn)輪式全熱交換器等，達到節(jié)能目的。

　　空調(diào)加濕介質(zhì)應(yīng)優(yōu)先采用蒸汽源，但蒸汽中必須不含對人體有害的物質(zhì)。如果采用循環(huán)水加濕時，水質(zhì)應(yīng)達到飲用水標(biāo)準。循環(huán)水應(yīng)經(jīng)過處理，防止細菌滋生，如可采用紫外線消毒的方法。

　　工程中常用CO2濃度監(jiān)測室內(nèi)空氣，但是室內(nèi)空氣中CO2濃度并不能真實反映室內(nèi)空氣的污染程度。許多研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)VOC濃度很高，而且大多數(shù)場合室內(nèi)單項的揮發(fā)性有機物往往不會超過上限值，總的揮發(fā)性有機物（TVOC）卻常常超標(biāo)，從而引起對人的綜合的負面影響[5]。空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)回風(fēng)中VOC濃度非常高，新型高性能吸附材料活性碳纖維具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)良的吸附性能，對各種無機物和有機化合物都能有效吸附，特別適用于低濃度物質(zhì)的吸附。因此，設(shè)計時應(yīng)考慮在回風(fēng)管道中安裝具有吸附ＶＯＣ功能的活性碳過濾器，降低VOC濃度。

　　在空調(diào)系統(tǒng)實際運行中，應(yīng)根據(jù)季節(jié)變化，調(diào)節(jié)新風(fēng)量大小，夏、冬季保證最小新風(fēng)量，過渡季盡量使用全新風(fēng)。必須指出的是,在變風(fēng)量系統(tǒng)VAV(VariableAirVolume)中，應(yīng)該注意變風(fēng)量控制過程中，采取措施保證新風(fēng)量至少為設(shè)計值的90%以上。

　　對于雙風(fēng)機組合式空調(diào)機組，設(shè)計時應(yīng)該注意送、回風(fēng)機風(fēng)壓的匹配，使機組風(fēng)壓零點達到預(yù)定點。否則，如果回風(fēng)機風(fēng)壓過高，新風(fēng)、排風(fēng)段成為正壓，新風(fēng)就很難進來。如將送風(fēng)機段和回風(fēng)機段脫開布置，采用平行或垂直重疊布置，用新、回、排風(fēng)管道及風(fēng)閥在機外連接等形式，可以解決問題。

　　對空調(diào)設(shè)計工程師來講，還應(yīng)注意噪音對室內(nèi)IAQ的影響。空調(diào)系統(tǒng)的噪音大致有設(shè)備噪音、振動噪音、配件噪音等。設(shè)備噪音是由冷水機組、水泵、風(fēng)機、空調(diào)機等設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生。選購產(chǎn)品時可選擇質(zhì)量好、低噪音的名牌產(chǎn)品，基礎(chǔ)及支架處做減振處理。與設(shè)備連接的水管、風(fēng)管應(yīng)安裝相應(yīng)的軟接頭，以免發(fā)生共振，產(chǎn)生噪音。在施工安裝過程中，風(fēng)管應(yīng)注意制作安裝質(zhì)量，風(fēng)管彎頭弧度應(yīng)夠大并裝設(shè)導(dǎo)流片等。穿墻穿樓板的管道應(yīng)安裝套管，套管與管道之間進行消聲處理，在建筑物伸縮縫處安裝長度大于縫寬的軟接頭和帆布軟接等。水管設(shè)計中應(yīng)注意減少彎頭數(shù)量，減少急彎，管道變徑應(yīng)緩和，系統(tǒng)高點應(yīng)注意安裝排氣閥等。配件設(shè)計上應(yīng)選擇消聲型的，如止回閥可采用緩閉消聲止回閥，送回風(fēng)口采用固定百葉或消聲百葉等。

　　筆者迫切地希望廣大設(shè)計人員加強病態(tài)建筑意識，優(yōu)化設(shè)計，從根本上杜絕病態(tài)建筑產(chǎn)生。建議我國應(yīng)盡快制定有關(guān)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)清洗消毒的法規(guī),以便有法可依,盡可能地降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)本身對IAQ的污染。

　　節(jié)能措施

　　由于新風(fēng)對室內(nèi)IAQ的積極作用，所以今后的發(fā)展趨勢將增大系統(tǒng)的新風(fēng)比，為了減輕或消除相應(yīng)的額外負荷，可以采用全熱交換、低溫水、閉式單環(huán)路熱回收再熱系統(tǒng)等新風(fēng)預(yù)處理技術(shù)，并與目前常規(guī)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備和運行技術(shù)相結(jié)合組成A方案[5]。

　　目前出現(xiàn)了不少空調(diào)新技術(shù)，如置換通風(fēng)、動態(tài)工位調(diào)節(jié)、椅下低速送風(fēng)及波動送風(fēng)等。文獻提出一種波動送風(fēng)的工作區(qū)---背景區(qū)設(shè)備。經(jīng)過計算實例，比傳統(tǒng)風(fēng)機盤管和VAV節(jié)能20%。國家大劇院工程觀眾廳采用了變新風(fēng)比的置換通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)過模擬計算與常規(guī)系統(tǒng)比較發(fā)現(xiàn)，采用置換通風(fēng)后，衛(wèi)生狀況改善，變新風(fēng)比節(jié)能效果可達到7%。

　　筆者以前研究的間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)IEC(IndirectEvaporativeCooling)冷卻新風(fēng)，節(jié)能效果也很明顯。在我國西北部地區(qū)應(yīng)用效果十分顯著。我院承接的新疆體育館工程實際應(yīng)用效果良好。對于我國東南部夏季室外空氣濕度大，可以先進行除濕，然后再用IEC冷卻。除濕劑的再生可用低品位能源（太陽能、廢熱等）。

　　綠化對于節(jié)能也有很大幫助。文獻[6]通過實測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在建筑物外面種植多年生攀緣類植物后，室內(nèi)環(huán)境溫度較室外氣溫低3～9℃。可降低墻體外表面（極端情況）約23℃，室內(nèi)表面溫度約0.8～1.7℃。西墻綠化時，在其他條件不變時，對于建筑外圍護單位面積通過或放出的熱流較普通外圍護少約397W/m2。綠化狀態(tài)下可減少空調(diào)負荷約12.7%，中午高溫時刻可達到20%。

　　結(jié)論

　　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計對IAQ的影響很大，許多建筑由于不合適的通風(fēng)而室內(nèi)空氣品質(zhì)降低。新風(fēng)標(biāo)準應(yīng)因地制宜，根據(jù)建筑物的不同功能，制定人員新風(fēng)量標(biāo)準，同時應(yīng)給出人員密度。

　　新風(fēng)不是越多越好，還應(yīng)注重新風(fēng)處理和新風(fēng)質(zhì)量。空調(diào)系統(tǒng)至少需要兩級過濾，應(yīng)研制和開發(fā)新型高效和易清洗的過濾器。新風(fēng)空氣齡越小對人體越有益。

　　房間氣流組織設(shè)計要合理，避免空氣短路和產(chǎn)生滯留區(qū)。空調(diào)系統(tǒng)的二次污染問題已經(jīng)提到議事日程上來。控制室內(nèi)相對濕度，可抑制微生物生長。對于新風(fēng)加風(fēng)機盤管系統(tǒng)，新風(fēng)承擔(dān)全部濕負荷，使風(fēng)機盤管干工況運行。設(shè)計雙風(fēng)機系統(tǒng)時應(yīng)合理選擇風(fēng)壓，以免新風(fēng)難以進入。設(shè)計和施工中要控制好系統(tǒng)的運行噪音。

　　未來發(fā)展趨勢會增加新風(fēng)比，為了節(jié)約能源，可采用熱回收和一些空調(diào)新技術(shù)，如置換通風(fēng)、IEC等手段能降低空調(diào)能耗。建筑物綠化對空調(diào)節(jié)能也有很大幫助。

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