國外非工業(yè)建筑室內(nèi)空氣品質研究動態(tài)

1、國外非工業(yè)建筑室內(nèi)空氣品質研究動態(tài)作者:馬仁民西安建筑科技大學簡介:以1997年健康建筑和室內(nèi)空氣品質國際會議文獻為基礎,概略介紹了國際上的有關研究近況,涉及病態(tài)建筑綜合癥和室內(nèi)空氣污染問題以及減少污染的辦法和手段,闡述了作者對我國室內(nèi)空氣品質問題的看法。關鍵字:病態(tài)建筑綜合癥室內(nèi)空氣品質暖通空調空氣污染International development in research of indoor air quality in non-industrial buildings ByMa Renmin Abstract Based on the literatures on the Health

2、y Building/IAQ'97,outlines the state of the art in related research in the world,including sick building syndrome,indoor air pollution and means to reduce them.Expresses the author's opinion on the issue of IAQ in China.Keywords sick building syndrome,indoor air quality, HVAC,air pollution1引

3、言70年代以來,由于世界范圍的節(jié)能要求,建筑物加強了密閉性,相應減少了空調新風量。另一方面,有機合成材料在室內(nèi)裝飾及設備用具方面的廣泛應用,致使揮發(fā)性有機化合物(VOC氣體大量散發(fā),嚴重惡化了室內(nèi)空氣品質,出現(xiàn)了各種癥候,被統(tǒng)稱為病態(tài)建筑綜合癥(SBS。在1976年發(fā)生了一起軍團病事件,引起了有關國際組織、政府部門以及科學技術界的高度重視。世界衛(wèi)生組織首先于1979年召開了室內(nèi)空氣品質與健康國際會議,1984年和1986年由歐洲共同體和ASHRAE 分別召開了IAQ會議。1991年ASHRAE與國際建筑研究學會(CIB聯(lián)合舉辦了首次健康建筑與IAQ國際會議(Healthy Building/I

4、AQ91,到1997年又召開了第3次同樣的會議。此前,各種小型IAQ會議幾乎每年都有。就建筑與IAQ聯(lián)合舉辦會議,更有利于交流和解決問題,與會人員有建筑師、房產(chǎn)業(yè)主、建筑材料制造專家、暖通空調專家、衛(wèi)生學家、管理及政府部門人員等。1997年10月在華盛頓召開的這次國際會議目的是為了獲取信息,使有關與會人員對IAQ和SBS在各類非工業(yè)建筑中的狀況有所了解,也是為居住者提供實現(xiàn)安全、健康和舒適環(huán)境的途徑與方法。會議將建筑按功能分為學校建筑、辦公建筑、公共建筑和住宅等4類。將全球按氣候劃分為8個氣候區(qū),北京和紐約、柏林等屬于多雨的、冬季氣溫低于0、夏季溫度高于22的第4區(qū)?？紤]IAQ問題是全球性的,

5、按地區(qū)的局部解決是可能的。會議發(fā)表了來自39個國家的287篇論文,交流了各類建筑中空氣品質惡化對人體健康的危害,室內(nèi)空氣污染源散發(fā)有害物質的機理及其發(fā)散量的計算方法,空調系統(tǒng)對送入空氣的污染,減少污染和改善空氣品質的方法等研究成果。可以認為,從全球看室內(nèi)空氣品質的研究正向深度和廣度兩個方向發(fā)展著。2室內(nèi)空氣品質惡化在各類建筑中的危害 2.1在學校建筑中(教室為典型代表多篇文章認為室內(nèi)新風量不足,CO2濃度過高,有的超過2500×10-6。揮發(fā)性有機化合物(VOC、呼吸性灰塵和細菌也污染了室內(nèi)空氣。在這方面美國明尼蘇達大學、伯克利加州大學勞倫斯實驗室有建筑因素對學校建筑IAQ影響的論文

6、。美國國家職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所NIOSH(National Institute for Occupational Safety and Health對上千所學校(中、小學為主調查評估的77份報告中有49份列出了一個以上與綜合癥有關的建筑因素,其中主要是室內(nèi)污染源問題、通風相關問題、建筑圍護結構以及暖通空調設備系統(tǒng)疏于維護和清理問題,造成IAQ的惡化,導致普遍存在于學校的過敏和哮喘等癥狀。過敏癥患者在美國有5000萬人,占總人口,哮喘患者有3000萬。在瑞典每10個在學兒童就有4個過敏患者。哮喘與過敏是緊密聯(lián)系著的,美國人很多是在兒童時期就患哮喘,在學校因慢性病請假者哮喘為首位。90年代初美國在

7、哮喘病上花費6.2億美元。瑞典報名參軍人員中許多由于哮喘而被拒絕入伍或參軍后又退伍。東西德統(tǒng)一前,東德哮喘者遠低于西德,而統(tǒng)一后二者拉平了。說明社會經(jīng)濟文化背景與此有關。應該指出,國外建筑中尤其是住宅公寓中,室內(nèi)多鋪有全室性地毯,貼地一側與水泥或其它材料的地板膠粘起來而固定,易于蓄積灰塵,毯下滋生一種小蟲稱為塵螨(dust mite,此物能引發(fā)哮喘。此外,國外多養(yǎng)寵物,極易傳播各類病癥,這是一種文化背景,實際是一種陋習。瑞典現(xiàn)已向社會提出勸告,動員在室內(nèi)不養(yǎng)寵物,采用活動地毯等。目的就是為預防兒童過敏。 2.2在公共建筑與辦公建筑中普遍存在的癥狀是頭痛、胸悶、神經(jīng)衰弱與惡心,特別是眼炎與鼻炎等

8、。這些癥狀大部分起因于過敏。這類建筑中主要是圍護結構表層裝修材料和辦公用具(如計算機、復印機等散發(fā)的VOC蒸氣,NOx和COx,甲醛與細菌以及呼吸性灰塵和其他懸浮微粒等等污染了空氣,使室內(nèi)的有機物質濃度可高達室外的幾倍。至于肺病、肺炎主要是由潮濕所引發(fā),這與建筑外殼漏水使室內(nèi)受潮有關,室內(nèi)常處于相對濕度為70%以上時即可滋生細菌。此外空氣處理設備濕表面或積水容器中也容易滋生細菌、真菌和生物污染物,這些污染物是不易消散和稀釋的,致使室內(nèi)污染程度有時可高出允許上限的25倍,盡管相當部分的污染濃度是低的,但同時存在的污染物種類很多,由于人員是受到綜合作用和長期影響,許多人患病是必不可免。此次會議論文

9、中也涉及相當數(shù)量的現(xiàn)場實測。美國在19941996年間在16個城市中隨機抽取了41幢公共或私人辦公樓,進行了VOC 的檢測,在其有機化合物中有50種不同的物質,其中乙醇、丙酮和2-丙烷3種最大平均濃度為79,48和30mg/m3,各自最大濃度為300,240和570mg/m3。日本在不同城市8幢辦公樓中選取16個房間測量VOC的結果是,單項VOC值低于世界衛(wèi)生組織(WHO規(guī)定的300mg/m3,而綜合值TVOC10之值在許多情況下大于300mg/m3。發(fā)現(xiàn)在日間1400和1900出現(xiàn)最高值,可達800和850 mg/m3,而在夜間則在400mg/m3以下。節(jié)假日較平穩(wěn),在400mg/m3左右,

10、說明有工作人員在內(nèi)時也散發(fā)了有害物質。 2.3對居住建筑進行了大量調查,東歐、北歐和日本都有多篇論文,研究了有害物質的發(fā)生及其發(fā)散規(guī)律。他們多是選擇公寓式住宅為研究對象進行測定分析。有的測定了氡物質的散發(fā),其中羅馬尼亞在兩種房屋中作了對比測試,在單獨獨立房屋中年平均濃度為452000Bq/m3,在集合公寓中為30240Bq/m3,濃度超過室外518倍。眾所周知,氡是致癌物質。日本分別在公寓住宅中詳測了甲醛和VOC的散發(fā)規(guī)律和濃度,在無人住的房子里甲醛濃度是216×10-9,在有人房間是mg/m3。而美國環(huán)保局(EPA規(guī)定的PM10年平均為50mg/m3,24h平均為150mg/m3。

11、結論是中國不少的鄉(xiāng)村區(qū)域存在肺癌危險。3建筑因素作為室內(nèi)空氣污染源的研究 3.1室內(nèi)污染源普遍認為室內(nèi)空氣污染源不外乎4個方面:建筑圍護結構及其表層材料,室外環(huán)境,室內(nèi)人員數(shù)量及其活動情況,暖通空調設備及系統(tǒng)。關于建筑結構表層材料有害物質的發(fā)散機理、散發(fā)規(guī)律、定量計算方法以及測量技術和控制方法等已有一些新探討和研究成果,其中有從木材和以木為基礎的產(chǎn)品中散發(fā)VOC的研究、合成建筑材料散發(fā)有害物質的計算模型、從家具和表層木材產(chǎn)生的VOC散發(fā)量的確定和限制過程等等,包括德國、英國、美國、加拿大和芬蘭等都有論文。筆者以為只要對各種材料散發(fā)有害物的機理、發(fā)散過程的特性有進一步了解就能在設計中進行選擇和控

12、制。有些有害物揮發(fā)量與溫度有關,有些隨時間的推移衰減很快或是較慢,有些有害氣體有可能用某些植物置于室內(nèi)而加以吸收。這些研究的深入發(fā)展將有利于室內(nèi)空氣污染的減少和精確計算。3.2室外環(huán)境的影響室外環(huán)境與室內(nèi)是有聯(lián)系的,室外的環(huán)境污染必定影響室內(nèi),室外空氣在沒有工業(yè)污染的情況下主要受交通車輛散發(fā)的VOC 氣體影響,交通車輛散發(fā)的VOC量與車型、車齡、車速、燃料與燃燒條件以及發(fā)散規(guī)則有關。巴西有一篇文章專門研究了VOC揮發(fā)物的垂直分布,認為建筑的一層受室外影響較大,但無論室內(nèi)室外,總是離地面愈高VOC含量愈少。經(jīng)對在美國7個城市大氣中碳氫化合物的研究,一致認為室內(nèi)的一系列污染源造成的TVOC濃度總是

13、高于室外。例如巴西的里約熱內(nèi)盧城室內(nèi)平均TVOC濃度為304.31679.9mg/m3,而室外則為22643.2mg/m3。該城市代表性建筑中TVOC濃度均高于世界衛(wèi)生組織(WHO規(guī)定值300mg/m3。3.3空調系統(tǒng)往往成為入室空氣的污染源美國國家職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所(NIOSH曾評估過,529個建筑存在空氣質量問題。其中280座建筑物通風不合格,占調查總數(shù)的53%,而建材污染僅為21座占4%,可見空調系統(tǒng)對室內(nèi)空氣的污染充當了重要角色,這就完全違背了設置空調的目的。美國明尼蘇達大學和加州伯克利大學勞倫斯實驗室論文指出NIOSH對上千所學校調查評估的49份報告得出了如下結論:新風量不足84%

14、建筑圍護結構漏水57%空氣分布無效45%HVAC的維護不良39%新風入口位置不當20%送風風道和空氣處理機臟污18%過濾器效率低下22%冷凝水排放不利12%其中最嚴重的問題是新風量不夠。赫爾辛基大學對空氣處理機和空調系統(tǒng)做了認真的實驗測定,采用的實驗方法是嚴格的,結果指出,幾乎所有組成構件都是污染源和臭味源。其中包括過濾器、盤管、熱回收器、風機和消聲器,各組成構件的惡化作用并不相同,其中最嚴重是過濾器(纖維型,污染的主要原因是油、塵和污表面,新過濾器也可能同樣發(fā)生氣味,有的構件可能在生產(chǎn)過程中就被灰塵或油污染了。此外多篇文章揭示了由于空調系統(tǒng)維護不良發(fā)生的空氣污染問題,有的學校的空調系統(tǒng)使用了

15、15年未曾檢修和清理過,導致盤管積垢,空氣處理機內(nèi)細菌和微生物叢生。一個教室熱泵系統(tǒng)風機反轉,結果教室內(nèi)沒有新風,CO2濃度超過2500×10-6。這種實例還相當多。此外有一份空調設計本身很有些問題,卻被不斷轉手采用,結果是謬種流傳。4改善室內(nèi)空氣質量方面的措施概括起來有3方面,一是建筑設計與施工特別是表層材料的選用如何完善,二是保證足夠新風量和加強新風與回風的過濾,三是切實保證空調系統(tǒng)的正確設計和嚴格的運行管理和維護。國外已提出一些規(guī)定細則如下。 4.1瑞典斯德哥爾摩市環(huán)境與健康保護部提出了健康建筑的實施計劃,其中提到:在房屋建造和取材時必需選用堅固耐久而不放散有害物質的材料,不得

16、采用熱帶木材,圍護結構和材料必須防水隔潮。對通風空調提出規(guī)定如下:建筑必須很好保溫,并保證良好的氣密性;設計時必須考慮南向開窗以獲取能量;避免冷表面,不滲風;盡可能在北向取入新風;外部污染決定新風入口位置;適當?shù)膿Q氣量和回風量,空氣直送到人;應有再分配入室空氣的可能性,特別是夜間送到臥室;必須避免在風道中滋生微生物并且有清掃的可能;使住戶易于明了如何實現(xiàn)和保持清潔通風。此外也有一些人提出健康建筑應該達到的目標為:最少的懸浮微粒和生物污染;控制室內(nèi)相對濕度水平;最少的滲風量(滲入和滲出;減少VOC的揮發(fā);提高能量利用效率和資源利用效率;為居住者提供對通風的控制。芬蘭對公寓建筑提出了良好室內(nèi)氣候標

17、準,是經(jīng)芬蘭“室內(nèi)空氣質量和室內(nèi)氣候學會”提出并經(jīng)有關高校和研究所共同完善的文件,雖非政府法規(guī),但已作為業(yè)主、設計者、施工者、設備廠家和供應材料的廠家應遵循的依據(jù),見下文。芬蘭良好室內(nèi)氣候標準室內(nèi)氣候規(guī)定值(SI房間溫度/2122(冬22 25(夏空氣流速/m/s<0.1(冬<0.15(夏相對濕度/%2545(冬3060(夏HVAC 設備A聲級噪聲/dB<25換氣次數(shù)/h-1>0.8散發(fā)物氨/mg/m3<0.02甲醛/mg/m3<0.03全部揮發(fā)性有機化合物/mg/m3<0.2氣味強度/decipol<2CO2/mg/m3<1800全部懸浮

18、微粒/mg/m3<0.06散發(fā)物(表層材料的必要條件(M1全部揮發(fā)性有機化合物/mg/(m2.h<0.2甲醛/mg/(m2.h<0.05氨/mg/(m2.h<0.03致癌混合物/mg/(m2.h<0.005不滿意氣味/%< 15上述規(guī)定是相當嚴格的,這就要求各項技術具有高水平和各工種工程質量的嚴格把關。4.2關于新風量在許多IAQ的調查結論中都提到新風量供應不足。有的在學?？照{系統(tǒng)改造中加大了新風量(赫爾辛基大學,這自然有利于改善空氣品質。實際上在ASHRAE修訂的62-1989標準中新風量已經(jīng)是按人體要求和稀釋室內(nèi)污染所需這兩部分確定的。問題是由于入室新風

19、往往因受空調系統(tǒng)污染而質量變壞,在這種情況下即使增加新風量也難以改善室內(nèi)空氣品質。另外,由于送入空氣中混有相當比例的回風,而一般過濾器又難以清除回風中所含低濃度VOC氣體和細菌等,從這一角度看,減少回風加大新風量甚至采用全新風系統(tǒng),當可更有利于改善IAQ。加拿大的C-2000計劃即準備開發(fā)帶有全熱交換器的大溫差全新風空調系統(tǒng),這是值得重視的。荷蘭目前就有人主張不用密閉窗加空調系統(tǒng),而改用活動窗和機械通風系統(tǒng)(認為按荷蘭氣候條件可以不用空調,其實也有道理,其目的是便于個人調節(jié)室外進風量,認為新風質量優(yōu)于室內(nèi)空氣。關于這一作法尚在爭論著。4.3空氣過濾技術的新發(fā)展目前通用的空氣過濾器只是過濾灰塵,

20、還不具備清除有害氣體和細菌的功能?？墒菬o論室內(nèi)外空氣都含有VOC氣體和細菌類,當前分離低濃度的氣體污染物質和細菌是國際上至為關心的問題,這對改善室內(nèi)空氣品質至為重要。目前日本已經(jīng)開發(fā)了一種清除細菌的活性碳過濾和粒子分離過濾器,它可以吸收VOC物質。不過吸收劑作用期限短,維持費用高,而且目前還缺乏可利用的吸收劑能夠分離所有氣體混合物。所以日本還有人提出一種新的過濾技術,它是利用氣粒轉換依靠光輻射和催化劑相結合的作用,來分離NOx和苯蒸氣?？梢詫⒊鞘写髿鈨艋尚迈r空氣。NOx和苯的分離效率隨著苯的初始濃度的增加而降低,當NOx初濃度增加時,清除苯的效率降低而分離NOx的效率則增加,現(xiàn)在前一種過濾器

21、已形成產(chǎn)品。5感想和幾點看法綜上可見,國外對IAQ問題是十分重視和認真對待的,在1997年這次會議的合作發(fā)起者中就列入了美國國務院和環(huán)保局以及能源部。由于IAQ問題涉及面廣,比較復雜,還看不出在理論和實踐上的重大突破,但總體上的調查實踐和深入的單項研究所共同取得的成果是巨大的。限于筆者了解膚淺,報道的內(nèi)容不一定全面和準確,簡介而已。下面再談幾點看法。我國對室內(nèi)空氣品質的注意已經(jīng)開始了,有些同行已經(jīng)發(fā)表過不少文章,開展了實踐活動,取得了成績,但從總體看關注和宣傳的力度還遠不夠。廣大建筑工作者和暖通工作者對于建筑因素包括空調系統(tǒng)對室內(nèi)空氣的污染及其危害,恐怕尚缺乏了解和重視。至于建筑病態(tài)綜合癥(S

22、BS在我國情況如何呢我國目前設置中央空調、門窗密閉的建筑雖還不多,但隨著經(jīng)濟的發(fā)展必會日益增加。隨著生活水平的提高和觀念的變化,室內(nèi)裝修已司空見慣,鋪全室地毯和養(yǎng)寵物者也已不乏其人,建筑因素對空氣的污染威脅是在增加著,這就是SBS的禍源之一。至于在某些現(xiàn)代化辦公大樓、百貨商場、計算機房中SBS癥狀早就有所表現(xiàn)。筆者1984年在成都所接觸的四川省計算中心和青城山某大型計算機房的工作人員就有相當數(shù)量患有頭昏、胸悶、惡心和神經(jīng)衰弱等癥。計算中心認為新風量不夠,經(jīng)檢測每人約合70100m3/h,顯然是足夠的,說明那里的情況是確實的SBS。我國西北和東北地區(qū)廣大農(nóng)村民居的火炕、火爐和灶房所散發(fā)的污染物也

23、是亟待解決的,當然那首先是改善器具、提高燃燒效率的問題。但是不容忽視,不能只作為外國人的調查研究對象。建筑與暖通人員需要轉變觀念,建立新意識,在設計伊始就要慎選材料,考慮建筑污染因素,建立衛(wèi)生空調觀點,改變對空氣的單一熱濕處理,加入生物化學處理,積極開發(fā)新技術和新產(chǎn)品。在設計中考慮送風實效,采用縮短送風風管和通風效率高、新風接近人的氣流組織形式。最好是組織人力進行現(xiàn)場實測,檢測空調系統(tǒng)對空氣的污染狀況,檢測室內(nèi)建筑裝修材料和器具設備放散的有害物質及其對室內(nèi)空氣的污染。這當然要爭取有關部門專業(yè)的配合,還要爭取環(huán)衛(wèi)部門、衛(wèi)生保健部門等的支持。建議暖通空調設計規(guī)范中有關章節(jié)條文進行必要的修改、增刪。

24、空調系統(tǒng)的運行維護管理工作至關重要,必須保證系統(tǒng)內(nèi)部的定期清理,避免污染送風氣流。對此應制定管理和運行維護法規(guī),督促執(zhí)行。作者簡介:馬仁民,男,1928年11月生,大學,教授710055西安建筑科技大學環(huán)境工程系(0295525170參考文獻1Bascom B.Indoor air quality in school.2Bjorkroth M,Torkki A,Seppanen O. Components of the air handling unit and air quality.3Angell W J,Daisey J.Building factors associated with

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26、r quality measurements in Japanes apartments houses.Part,VOC measurement.7G E Hadwen,J F McCarthy,et al.Volatile organic compound concentrations in41office buildings in the continental United States.8Masanori Fujii,Susumu Yonetsu. Measurement of office VOC concentration in Japan.9Leila,Brickss,et al.Vertical distribution of volatile organic compounds in the indoor commercial building environment. 10K J Helsing,B L Cohen.Residential radon levels in Washington country,MD.11Hana Drahonovska,Petr Cajdos.Indoor air pollution in dwellings.12K R Smith.Household air