室 内 空 气 品 质 预 测 新 方 法
山 东 科 技 大 学 刘 玉 峰 ☆
同 济 大 学 沈 晋 明
摘 要 分 析 了 常 用 的 室 内 空 气 品 质 预 测 方 法 中 存 在 的 问 题 ,根 据 室 内 空 气 品 质 不 满 意 率
和 化 学 污 染 物 对 数 评 价 指 标 间 的 线 性 关 系 ,在 室 内 污 染 物 浓 度 场 预 测 的 基 础 上 提 出 了 一 种 预
测 室 内 空 气 品 质 的 新 方 法 。 该 方 法 简 单 可 行 ,且 能 综 合 体 现 主 、 客 观 评 价 结 果 。
关 键 词 室 内 空 气 品 质 不 满 意 率 化 学 污 染 评 价 指 标
N e w m e t h o d f or p re di c ti n g i n d o or a ir q u a lit y
By Liu Yufeng★ and Shen Jinming
Abst ra ct A nalyses t he p roblems existed in conventional p rediction met hods of indoor air quality.
According t o t he linear relationship between t he p ercentage of dissatisf action of indoor air quality and t he
logarit hm evaluation index of chemical contamination , p resents a new met hod t o p redict indoor air quality
based on t he indoor contamination concent ration. This met hod is simple and p racticable , f urt hermore , it
reflects t he assessment results of subjective and objective synt hetically.
Keywords indoor air quality , percentage of dissatisf action , chemical p ollution , evaluation index
★ Shandong University of Science and Technology , Qingdao , Shandong Province , China
3
0 引 言
室 内 空 气 品 质 预 测 技 术 是 建 立 在 了 解 室 内 空
气 品 质 影 响 因 子 、 变 化 规 律 、 主 客 观 评 价 方 法 的 基
础 上 ,运 用 过 去 和 现 在 掌 握 的 有 关 知 识 ,对 拟 建 建
筑 物 中 的 室 内 空 气 品 质 状 况 及 其 影 响 进 行 推 测 。
室 内 空 气 品 质 预 测 属 于 主 观 判 断 ,预 测 结 果 的 准 确
性 取 决 于 评 价 方 法 的 可 靠 性 、 预 测 模 型 的 合 理 性 、
预 测 条 件 与 实 际 条 件 的 吻 合 程 度 等 因 素 。
在 室 内 环 境 研 究 领 域 ,文 献 [ 1~ 4 ]利 用 模 糊 评
价 方 法 对 室 内 热 舒 适 性 、 室 内 空 气 品 质 等 问 题 进 行
了 评 价 或 预 测 。 预 测 技 术 对 有 效 改 善 和 控 制 室 内
空 气 品 质 具 有 重 要 的 意 义 ,表 现 在 以 下 几 个 方 面 。
a) 预 测 技 术 是 认 识 观 念 上 的 重 要 改 变 。 预 测
技 术 将 室 内 空 气 品 质 视 为 过 程 的 产 物 ,一 切 与 室 内
空 气 品 质 有 关 的 因 素 都 随 时 随 地 地 影 响 着 室 内 空
气 品 质 ,空 气 品 质 也 不 再 是 特 定 建 筑 物 内 的 “ 静 态 ”
的 空 气 品 质 ,而 是 “ 实 时 ” 的 空 气 品 质 ,是 一 动 态 变
量 [5 ] 。
b) 预 测 技 术 是 控 制 策 略 的 重 要 转 变 。 要 想 有
效 地 改 善 或 解 决 室 内 空 气 品 质 问 题 ,必 须 重 视 其 形
成 过 程 ,在 过 程 中 予 以 控 制 ,以 获 得 理 想 的 结 果 。
c) 预 测 技 术 从 根 本 上 改 变 了 HVAC 在 室 内
空 气 品 质 控 制 中 的 角 色 ,变 被 动 的 通 风 控 制 (终 点
控 制 [5 ] ) 为 主 动 的 室 内 空 气 品 质 预 测 ,从 总 体 上 指
导 室 内 空 气 品 质 的 控 制 过 程 。
d) 室 内 空 气 品 质 预 测 是 改 善 室 内 空 气 品 质 的
动 力 。 通 过 预 测 ,可 以 预 知 即 将 建 成 的 建 筑 物 内 室
内 空 气 品 质 状 况 ,提 醒 建 筑 物 的 设 计 、 施 工 、 运 行 和
管 理 等 有 关 人 员 注 意 自 己 的 行 为 过 程 所 产 生 的 后
果 ,从 而 自 觉 地 采 取 技 术 措 施 ,规 范 自 己 的 行 为 过
程 ,以 获 得 满 意 的 结 果 。
1 室 内 空 气 品 质 预 测 新 方 法
·8· 专 题 研 讨 暖 通 空 调 HV &A C 2005 年 第 35 卷 第 5 期
3☆ 刘 玉 峰 ,男 ,1965 年 1 月 生 ,博 士 ,副 教 授
266510 山 东 省 青 岛 市 经 济 技 术 开 发 区 前 湾 港 路 579 号 山
东 科 技 大 学 土 建 学 院
(0532) 6057564 (0) 13789879165
E2mail : lyf1203 @163. com
收 稿 日 期 :2003 06 10
修 回 日 期 :2003 08 25
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
过 去 有 关 室 内 空 气 品 质 的 预 测 方 法 可 以 分 为
两 种 。
一 种 方 法 是 在 大 量 调 查 研 究 和 分 析 判 断 的 基
础 上 ,建 立 室 内 状 况 (如 通 风 状 况 、 污 染 源 状 况 等 )
与 室 内 空 气 品 质 控 制 目 标 (通 常 是 人 的 接 受 水 平 或
不 满 意 率 )之 间 的 关 系 ,并 以 此 为 依 据 ,对 室 内 空 气
品 质 进 行 预 测 , 判 断 其 是 否 满 足 人 们 的 要 求 。
ASHRA E 标 准 62 — 1999 中 可 接 受 的 室 外 空 气 量
的 确 定 方 法 就 体 现 了 这 种 思 想 。 该 方 法 在 综 合 人
的 生 理 需 求 、 主 观 评 价 、 专 家 判 断 等 因 素 的 基 础 上 ,
将 室 内 空 气 品 质 的 控 制 转 变 为 新 风 量 的 确 定 问 题 ,
用 以 稀 释 来 自 室 内 人 员 的 生 物 释 放 物 和 非 人 员 产
生 的 污 染 物 至 可 接 受 的 水 平 。 该 方 法 简 单 ,易 于 被
广 大 工 程 技 术 人 员 接 受 。 但 风 量 的 确 定 要 考 虑 室
内 人 员 密 度 、 建 筑 物 类 型 、 通 风 效 率 等 因 素 ,当 实 际
条 件 与 既 定 条 件 不 符 时 ,预 测 结 果 或 风 量 的 确 定 也
就 失 去 了 依 据 。
另 一 种 方 法 是 建 立 在 室 内 污 染 物 可 接 受 水 平
(即 室 内 空 气 品 质 标 准 )的 基 础 上 ,通 过 求 解 室 内 污
染 物 的 守 恒 方 程 确 定 室 内 污 染 物 的 浓 度 场 来 进 行
室 内 空 气 品 质 预 测 。 于 是 ,室 内 空 气 品 质 的 预 测 也
就 转 变 为 室 内 浓 度 场 的 预 测 。 该 方 法 的 关 键 是 可
接 受 水 平 的 确 定 ,实 际 上 也 可 理 解 为 室 内 空 气 品 质
客 观 评 价 方 法 的 应 用 。 室 内 空 气 品 质 调 查 研 究 表
明 ,绝 大 多 数 室 内 污 染 状 况 能 够 满 足 空 气 质 量 标
准 ,或 者 说 能 够 满 足 不 致 病 准 则 (不 会 对 健 康 产 生
直 接 的 伤 害 ) ,但 室 内 不 满 意 率 (或 不 接 受 率 ) 仍 居
高 不 下 ,即 不 一 定 满 足 绝 大 多 数 室 内 人 员 的 要 求
(或 舒 适 性 准 则 ) [ 6 ] 。 这 表 明 ,要 么 是 标 准 不 够 完
善 ,要 么 是 直 接 利 用 浓 度 进 行 预 测 的 方 法 不 可 靠 。
综 合 分 析 国 内 室 内 空 气 品 质 研 究 状 况 ,接 受 性
问 题 是 室 内 空 气 品 质 的 主 要 问 题 ,化 学 污 染 所 产 生
的 不 良 异 味 和 刺 激 作 用 将 主 导 室 内 人 员 的 主 观 感
受 ,因 此 ,化 学 污 染 物 的 评 价 成 为 室 内 空 气 品 质 评
价 的 主 要 内 容 。 笔 者 认 为 ,根 据 室 内 空 气 品 质 不 满
意 率 和 化 学 污 染 物 对 数 评 价 指 标 之 间 的 线 性 关
系 [7 ] ,在 室 内 污 染 物 浓 度 场 预 测 的 基 础 上 进 行 室 内
空 气 品 质 的 预 测 是 简 单 可 行 的 。 该 预 测 方 法 克 服
了 上 述 两 种 预 测 方 法 的 缺 点 ,既 考 虑 了 实 际 的 室 内
空 气 品 质 污 染 状 况 ,又 考 虑 了 主 观 评 价 结 果 ,是 一
种 较 为 完 善 的 预 测 方 法 。
1. 1 室 内 空 气 品 质 预 测 新 方 法 的 依 据
1. 1. 1 室 内 化 学 污 染 物 评 价 指 标
将 二 氧 化 碳 (CO2 ) 、 甲 醛 ( HCHO) 作 为 室 内 化
学 污 染 物 的 评 价 指 标 是 符 合 我 国 国 情 的 [ 8 ] 。 在
Weber/ Fechner 定 理 基 础 上 所 建 立 的 对 数 评 价 指
标 [ 7 ] 不 仅 能 更 好 地 反 映 人 的 主 观 感 受 和 感 受 的 变
化 ,而 且 能 保 证 化 学 污 染 物 对 数 评 价 指 标 与 人 们 熟
知 的 声 压 级 具 有 完 全 相 同 的 数 量 级 。
对 于 具 有 刺 激 性 的 化 学 污 染 物 来 说 ,其 刺 激 作
用 一 般 呈 现 相 加 作 用 [9 ] 。 因 此 ,可 用 下 式 确 定 室 内
化 学 污 染 物 评 价 指 标 :
ICc = k1 ICO2 + k2 IHCHO (1)
式 中 ICc为 室 内 化 学 污 染 物 评 价 指 标 ; ICO2 , IHCHO
分 别 为 CO2 , HCHO 的 对 数 评 价 指 标 [ 5 ] ; k1 , k2 为
常 数 项 ,反 映 了 CO2 , HCHO 所 产 生 的 刺 激 作 用 对
人 体 接 受 性 的 影 响 程 度 。 根 据 所 获 得 的 数 据 资 料
和 实 测 结 果 分 析 ,在 具 有 相 同 的 对 数 评 价 指 标 的 刺
激 物 的 刺 激 下 ,主 观 评 价 结 果 (不 满 意 率 )是 十 分 接
近 的 ,这 正 好 反 映 了 相 似 现 象 服 从 同 一 规 律 的 理
论 ,也 是 人 的 感 觉 量 与 刺 激 量 的 对 数 成 正 比 的 体
现 。 因 此 ,可 取 k1 = k2 = 1 来 计 算 室 内 化 学 污 染 物
评 价 指 标 。
1. 1. 2 对 数 评 价 指 标 与 主 观 评 价 指 标 间 的 线 性 相
关 关 系
根 据 Weber/ Fechner 定 理 ,对 数 评 价 指 标 与
主 观 感 受 (如 气 味 强 度 、 不 满 意 率 等 )之 间 存 在 线 性
相 关 关 系 ,该 结 论 也 通 过 主 、 客 观 调 查 结 果 得 以 证
实 。 由 于 对 数 评 价 指 标 与 不 满 意 率 之 间 存 在 线 性
相 关 关 系 ,因 此 ,按 式 (1)确 定 的 化 学 污 染 物 评 价 指
标 与 不 满 意 率 之 间 也 必 定 存 在 线 性 相 关 关 系 。 于
是 ,可 以 建 立 关 系 式 :
PD = k3 Icom + 5. 98 (2)
式 中 PD 为 室 内 空 气 品 质 不 满 意 率 , % ;5. 98 为
修 正 值 , % ,反 映 了 个 性 的 差 异 [ 10 ] ,即 当 化 学 污 染
物 的 评 价 指 标 为 0 (对 应 于 刺 激 的 阈 值 ) 时 ,仍 有
5198 %的 人 不 满 意 ; k3 为 常 数 项 ,可 利 用 主 、 客 观
调 查 结 果 进 行 分 析 确 定 。 笔 者 根 据 测 试 结 果 ,分 别
确 定 了 适 用 于 适 应 人 (在 室 内 驻 留 时 间 超 过 15 s ,
通 常 理 解 为 室 内 工 作 人 员 ,至 少 在 一 定 程 度 上 适 应
了 室 内 不 愉 快 的 气 味 [11 ] )和 不 适 应 人 (在 室 内 驻 留
时 间 不 超 过 15 s ,可 理 解 为 “ 参 观 者 ” ,没 有 适 应 室
内 不 愉 快 的 气 味 [11 ] )的 k3 值 [8 ] 。
1. 1. 3 室 内 空 气 品 质 感 官 接 受 指 数 与 分 级 方 法
·9· 暖 通 空 调 HV &A C 2005 年 第 35 卷 第 5 期 专 题 研 讨
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参 照 文 献 [ 12 ]及 ASHRA E 标 准 [ 13 ] 中 室 内 空
气 品 质 的 分 类 方 法 ,以 化 学 污 染 物 对 数 评 价 指 标 为
基 础 ,将 室 内 空 气 品 质 的 可 接 受 水 平 分 为 五 类 ,各
类 水 平 所 对 应 的 主 、 客 观 评 价 指 标 见 表 1。 该 分 类
方 法 与 噪 声 的 评 价 结 果 十 分 相 似 ,对 于 中 等 以 上 的
室 内 空 气 品 质 可 接 受 水 平 (不 满 意 率 PD < 20 %) ,
其 对 数 评 价 指 标 为 45 dCd (decicarbdiox) ,相 当 于
一 般 建 筑 物 的 室 内 噪 声 标 准 (45 dB) 。
表 1 室 内 化 学 污 染 水 平 与 可 接 受 性 分 级 (适 应 人 )
IAQ 接 受 主 观 评 价 对 数 评 价 指 标
水 平 等 级 不 满 意 率 PD/ % ICd (或 I IAQ) ICO2 + I HCHO [7 ]
Ⅰ ≤ 10 ≤ 13 ≤ 3
Ⅱ 10~ 15 13~ 30 3~ 7
Ⅲ 15~ 20 30~ 45 7~ 10
Ⅳ 20~ 25 45~ 60 10~ 14
Ⅴ > 25 > 60 > 14
注 : ICd为 仅 有 CO2 污 染 物 时 的 对 数 评 价 指 标 ; I IAQ为 室 内 空 气 品
质 感 官 接 受 指 数 。
从 表 1 中 可 以 看 出 ,在 相 同 的 不 满 意 率 下 ,仅
有 CO2 为 污 染 物 时 的 对 数 评 价 指 标 和 化 学 污 染 物
评 价 指 标 ( ICO2 + IHCHO )值 总 是 相 对 应 的 。 于 是 ,仿
照 Fanger 提 出 的 “ olf” 的 定 义 方 法 [14 ] ,可 以 确 定 一
个 能 够 评 价 室 内 空 气 品 质 接 受 水 平 的 综 合 评 价 指
标 — — — 室 内 空 气 品 质 感 官 接 受 指 数 。 该 指 数 的 确
定 方 法 如 下 :
在 某 一 室 内 空 气 品 质 状 况 下 ,如 果 室 内 人 员
(适 应 人 或 不 适 应 人 )不 满 意 感 受 率 与 CO2 单 独 作
用 下 不 满 意 率 相 同 ,则 室 内 空 气 品 质 的 感 官 接 受 指
数 等 于 CO2 的 对 数 评 价 指 标 。
例 如 ,对 室 内 不 适 应 人 ,当 不 满 意 率 为 10 % ,
20 % ,30 %时 ,相 应 的 CO2 对 数 评 价 指 标 分 别 为 9 ,
29 ,46 dCd ;如 果 某 室 内 空 气 品 质 下 ,不 适 应 人 的 不
满 意 感 受 率 为 10 % ,20 % ,30 % ,则 该 室 内 空 气 品 质
感 官 接 受 指 数 即 为 9 ,29 ,46 dIAQ (decibel IAQ) 。
室 内 空 气 品 质 感 官 接 受 指 数 与 “ olf” 的 相 同 点
是 没 有 考 虑 具 体 的 污 染 物 ,但 也 有 区 别 ,主 要 表 现
在 :感 官 接 受 指 数 是 参 照 化 学 污 染 物 对 数 评 价 指 标
确 定 的 ,而 不 是 Fanger 所 定 义 的 “ 标 准 人 ” ;“ olf”
是 衡 量 “ 标 准 人 ” 污 染 物 释 放 水 平 的 客 观 评 价 指 标 ,
而 感 官 接 受 指 数 是 基 于 不 满 意 率 提 出 的 ,因 此 ,它
是 一 个 能 够 反 映 主 、 客 观 评 价 结 果 的 综 合 指 标 ,类
似 于 噪 声 评 价 指 标 — — — 响 度 级 (p hon)的 概 念 。
室 内 空 气 品 质 感 官 接 受 指 数 的 确 定 方 法 有 两
种 :一 是 根 据 不 满 意 率 直 接 求 出 ,但 不 满 意 率 是 建
立 在 主 观 评 价 基 础 上 的 ,而 在 实 际 应 用 中 ,主 观 评
价 总 没 有 客 观 评 价 指 标 方 便 ;另 一 种 方 法 是 在 主 、
客 观 调 查 研 究 基 础 上 ,建 立 感 官 接 受 指 数 与 对 数 评
价 指 标 ( ICO2 + IHCHO ) 之 间 的 关 系 。 这 种 方 法 是 可
行 的 。 例 如 ,根 据 主 、 客 观 调 查 结 果 ,得 到 图 1 的 关
系 曲 线 [4 ] ,于 是 ,可 以 通 过 测 试 CO2 , HCHO 的 浓
度 间 接 地 求 得 室 内 空 气 品 质 感 官 接 受 指 数 。
1. 2 室 内 空 气 品 质 预 测 的 一 般 程 序
根 据 式 (2)和 图 1 中 关 系 曲 线 ,可 以 在 预 测 室
图 1 ( ICO2 + IHCHO)与 IIAQ的 关 系
内 CO2 , HCHO
浓 度 的 基 础 上
对 室 内 空 气 品
质 进 行 预 测 和
分 级 。
就 室 内 污
染 物 浓 度 场 预
测 而 言 ,经 典 的
质 量 守 恒 方 程 为 之 提 供 了 理 论 基 础 。 单 箱 模 型 是
传 统 的 、 易 于 被 工 程 技 术 人 员 接 受 的 方 法 ,能 够 确
定 室 内 污 染 物 的 平 均 浓 度 。 在 室 内 空 气 品 质 和 节
能 意 识 日 趋 提 高 的 今 天 ,该 模 型 已 不 适 应 时 代 的 要
求 。 CFD 技 术 可 以 计 算 室 内 任 意 一 点 的 污 染 物 浓
度 ,但 需 要 有 完 善 的 计 算 程 序 ,且 对 使 用 人 员 要 求
很 高 ,其 计 算 结 果 的 准 确 性 在 很 大 程 度 上 取 决 于 模
图 2 室 内 空 气 品 质 预 测 程 序
型 的 选 择 、 边 界 条
件 的 确 定 等 。 比 较
而 言 ,充 分 考 虑 通
风 效 率 对 污 染 物 浓
度 场 的 影 响 ,采 用
两 箱 模 型 是 简 单 可
行 的 [8 ] 。
室 内 空 气 品 质
预 测 程 序 如 图 2 所
示 。
1. 3 室 内 空 气 品
质 预 测 实 例
一 个 3. 9 m ×
5. 1 m × 3 m 的 办
公 室 ,地 面 为 复 合
木 地 板 ,墙 裙 为 木
制 复 合 板 ,高 度 为 1 m。 2 名 工 作 人 员 。 室 内 污 染
物 :人 员 散 发 的 CO2 为 19 L/ (人 · h) (轻 度 劳 动 ,
·01· 专 题 研 讨 暖 通 空 调 HV &A C 2005 年 第 35 卷 第 5 期
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1. 2 met ) ,建 筑 装 饰 材 料 散 发 的 HCHO 为 0. 12
mg/ (m2 · h) [15 ] 。 新 风 量 取 30 m3 / (人 · h) ,总 送 风
量 为 340 m3 / (人 · h) 。 室 外 HCHO 的 质 量 浓 度 为
0 ,CO2 的 体 积 分 数 为 450 × 10 - 6 。 采 用 两 箱 模 型 ,工
作 区 高 度 1. 8 m。 过 滤 器 对 气 体 污 染 物 的 过 滤 效 率
为 0。 室 内 空 气 品 质 状 况 预 测 结 果 见 表 2。
表 2 室 内 空 气 品 质 预 测 结 果 (适 应 人 )
通 风 效 修 正 因 污 染 物 发 生 量 工 作 区 污 染 物 浓 度 不 满 意 率
率 η v 数 K CO2 HCHO CO2 HCHO / %
/ (L/ h) / (mg/ h) / 10 - 6 / dCd / (mg/ m3) / dFm
1 1. 00 38 4. 56 1 083. 3 31. 4 0. 07 9. 8 62. 4
0. 8 1. 16 38 4. 56 1 184. 7 34. 9 0. 09 15. 3 74. 8
0. 6 1. 43 38 4. 56 1 353. 6 40. 1 0. 11 21. 1 89. 8
0. 4 1. 96 38 4. 56 1 691. 3 48. 8 0. 15 30. 7 100
注 :修 正 因 数 K是 考 虑 房 间 送 风 不 均 匀 ,通 风 效 率 一 般 小 于 1 ,而 对 工 作 区 污 染 物 浓 度
进 行 的 修 正 [8 ] ;dFm(deciformaldehyde)是 HCHO 为 污 染 物 时 评 价 指 标 的 单 位 ;室 内 预
测 不 满 意 率 的 计 算 公 式 [8 ]为 PD = 1. 37( ICO2 + IHCHO) + 5. 98。
预 测 结 果 表 明 ,对 适 应 人 来 讲 ,室 内 空 气 品 质
的 不 满 意 率 是 相 当 高 的 ,属 于 Ⅴ 级 以 下 的 接 受 水
平 。 可 见 ,即 使 采 用 30 m3 / (人 · h) 的 新 风 量 ,所
选 用 的 材 料 也 符 合 国 家 标 准 [15 ] ,但 室 内 空 气 品 质
状 况 却 不 好 。 另 外 ,预 测 结 果 还 指 出 ,通 风 效 率 对
工 作 区 污 染 物 的 浓 度 (或 室 内 空 气 品 质 接 受 率 ) 有
重 要 影 响 。
2 结 论
本 文 在 主 、 客 观 评 价 指 标 相 关 关 系 基 础 上 进 行
的 室 内 空 气 品 质 预 测 ,不 仅 体 现 了 主 、 客 观 评 价 方
法 相 结 合 的 思 路 ,使 预 测 结 果 更 为 可 靠 ,而 且 预 测
方 法 简 单 可 行 ;预 测 结 果 表 明 ,即 使 采 用 标 准 材 料
和 标 准 风 量 ,仍 然 会 出 现 很 高 的 室 内 空 气 品 质 不 满
意 率 。 因 此 ,如 果 没 有 相 应 可 靠 的 技 术 措 施 ,或 者
有 效 的 室 内 污 染 源 控 制 方 法 ,仅 仅 靠 通 风 量 的 控
制 ,难 以 达 到 绝 大 多 数 (80 %)室 内 人 员 接 受 的 室 内
空 气 品 质 标 准 ;通 风 效 率 对 工 作 区 污 染 物 的 浓 度
(或 室 内 空 气 品 质 不 满 意 率 )有 重 要 影 响 。
参 考 文 献
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Indoor Air Quality
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