1
第三章
建筑空气环境
清华大学 建筑学院
建筑技术科学系
2003年
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。
?? Hood 1944年
3
SBS－ Sick Building Syndrome
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
4
SBS－ Sick Building Syndrome
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
5
(1) NIOSH的调查 (2) WHC的调查
问题种类 数量 (% ) 数量 (%)
新风量不足 252 52 710 52
内部污染物 77 16 165 12
外部污染物 48 10 125 9
建筑材料 20 4 27 2
微生物污染 26 5 6 0.4
无 IAQ问题 61 12 329 24
(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
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。
7
空气污染的评价指标
?室内空气品质（ IAQ?? Indoor Air Quality)
?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。
?ASHRAE 62-1989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。
8
空气污染的评价指标
?ASHRAE Standard 62-1989R的定义
?Acceptable Indoor Air Quality：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,ASHRAE Standard 62-
1999给予了继承。
?Acceptable Perceived Indoor Air Quality,
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。
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）。
10
空气污染的评价指标
?室内环境品质 (IEQ?? Indoor Environment
Quality)
?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。
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。
12
污染物 Ⅰ类民用建筑工程 Ⅱ类民用建筑工程
氡 （ B q /m
3
） ≤ 100 ≤ 200
甲醛 （ m g /m
3
） ≤ 0,0 8 ≤ 0,1 2
苯 （ m g /m
3
） ≤ 0,0 9 ≤ 0,0 9
氨 （ m g /m
3
） ≤ 0,2 ≤ 0,5
T V O C （ m g /m
3
）
≤ 0,5 ≤ 0,6
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。
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。
14
鼻
子
感
觉
的
生
理
基
础
嗅觉
温觉
化学感觉
15
温湿度和 IAQ满意度的关系
16
C.P,Yaglon制定的臭气强
度指标
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1 / 2 ?é ·D ?? áù ?? ?μ ?? ?￠ ￡? ?- ?μ á·μ? è? 2? Dá μ? 3?
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5 ?? ?? á? è? ×÷??
一般控制在 2级一下
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 。
18
1998年全国主要城市空气污染
算术叠加指数（年均值）
?
?
?
n
i
iRP
1
SO2,氢氧化物，悬浮颗粒物
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
i
i
S
CR ?
?
?
?
n
i
in RnRRRI
1
21 )
1)(,,( m a x ??
实测浓度
标准上限
?
?
?
n
i
iRP
1
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 specific activity：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
21
正常大气组分 ?? 常量
组分 符号 含量 (ppm)
氮气 N2 780840.00
氧气 O2 209460.00
氩气 Ar 9340.00
氖气 Ne 18.18
氦气 He 5.14
氪气 Kr 1.14
氢气 H2 0.50
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 H2O 130000
二氧化碳 CO2 350
甲烷 CH4 1.67
一氧化碳 CO 0.19
臭氧 O3 0.04
氨气 NH3 0.004
二氧化氮 NO2 0.001
二氧化硫 SO2 0.001
一氧化氮 NO 0.0005
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
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 ………
25
生活 中 的 燃烧 过程,炊
事,吸烟 等
26
装修材料、日化产品
27
微生物
28
室
内
污
染
物
的
来
源
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
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,O 2,CO2 其它废气
新鲜空气 78.03 20.99 0.03
人体呼气 79.1-80.0 14.5-18.5 3.5-5.0 若干
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）
32
CO2 ?? 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－ 400 ppm,O2为 209460 ppm
?目前居住建筑的控制标准
?高级客房,700 ppm
?普通居住空间,1000 ppm
?过渡空间,2000 ppm
33
CO2 ?? 常用指标
?作用
?一般浓度下，无毒，无臭。
?超过 700 ppm，敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；
?超过 1000 ppm，较多人感到不舒服；
?超过 10000 ppm，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
34
CO2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
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 5.3 ppm。
?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。
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
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。
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。
39
VOC (Volatile Organic Compounds)
?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 (Very VOC)
100---260℃ VOC
260---400℃ SVOC (Semi-VOC)
400℃ 以上 POM (Particulate organic matter)
40
VOC (Volatile Organic Compounds)
?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
41
VOC (Volatile Organic Compounds)
?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 300?g/m3
的上限值；我国 民用建筑工程室内环境指
标 TVOC指标为 500?g/m3 。
?疑问,IAQ差 ? 超标，浓度指标合适吗？
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
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。
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 1?m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
45
?包括 烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉,其中 直径
小于 10 ?m的微粒称为可吸入颗粒物。
?按质量计，大气尘中 10 ?m以下占 72%；工业过程产
尘,10 ?m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
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。
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
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 350 400
全部颗粒 20 45
尼古丁 1 1.7
一氧化碳 20 80
二氧化碳 60 80
氧化氮 0.01 0.08
丙稀醛 0.08 -----
产生烟气时间 20s 550s
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。
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。
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
52
MG,C0
C
V
C
全面通风的基本微分方程式（稀释方程）
?G C0 d? + M d ? - G C d ? =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：
GCMGC
dC
V
d
??? 0
?
?????? ?????? ???????? ???????? ?? VGCGMVGCC ?? e x p1e x p 012
V
GCMGC
d
dC ??? 0
?
02 CC
MG
??
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。 ASHRAE
ST62－ 1989R虽合理但目前无法操作。
54
新风通风换气量
不同 CO
2
允许浓度下必须的新风量 （ m
3
/h,人）活动
强度
CO
2
发生量
（ m
3
.h,人）
0.1% 0.1 5% 0.2%
静坐 0.0 14 4 20,6 12 8.5
极轻 0.0 17 3 24,7 14,4 10,2
轻 0.0 23 32,9 19,2 13,5
中等 0.0 41 58,6 34,2 24,1
重 0.0 74 8 106,9 62,3 44
常用民用建筑新风量范围
以坐为主、少吸烟、久逗留场所
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
36 m3/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 (First
Impres sion) 使 80%的人能够满意的最小新风
量是 27 m3/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 9 m3/h人 。
56
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。
?
??
??
?? PP 22 ＝＝
58
热压通风
)()( nwabab ghPPPP ?????? ??????
h?w ?n
b
a
59
热压通风的基本概念
h
b
a
o o
2
h
1
中和面
余压
60
多
层
建
筑
的
热
压
引
起
的
自
然
通
风
大中和面
小中和面
H
h
图 3 - 3 多层建筑的热压引起
的空气渗透
余压
5.1/1
5.1
]
)11(
)(
[)(
m
gH
Fto ta lL
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a
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5.1/1])[( gh
Z
hFL ii
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i
ou ti
ii
d
i
a ?? ??
61
热压作用模拟的建筑模型
?每层有上下
两个开口
62
室
内
空
气
速
度
分
布
63
室
内
空
气
温
度
分
布
64
风
压
作
用
下
的
自
然
通
风
65
风压作用下的自然通风
w
w
f KP ?
?
2
2
?
Pf
往往采用 CFD
或风洞模型实验的
方法求取 K值。
风压系数
66
风洞模型实验
67
风洞模型实验
68
风压和热压的联合作用
69
风压和热压的联合作用
h
b
K b
xbP
a
wt w
? ?
t nn
xaP
K a
w
w
w
bnwxaw
w
bxbb KhgPKPP ?
?????
2)(2
22
???????
w
w
axaa KPP ?
?
2
2
???
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？
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
72
臵换通风的速度场
73
臵换通风的温度场
74
臵换通风的污染物浓度场
?臵换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方
。
75
臵换通风的空气年龄场
?臵换通风送风形式，空气年龄长的部位在上
方。年龄单位：秒
76
气流分布性能评价：空
气年龄 Air age
0
0
)(
C
dC
A
?
?
?
??
?
污染物的浓度衰减曲线
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。
?
?
?
?
0
0
)(
)(
??
???
?
dC
dC
P
P
＝
排出空气浓度
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：
?
?
?
??
2
n
r
n ??
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？
0
0
CC
CC
E p
?
?
?
C
pC
0C
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
t
tti ?
t
n
tt
k
i
t
2)(? ?
?
均方根偏差
81
换气效率 ?和能量利用系数 ?
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
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。
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。
85
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。
87
活性炭的吸附性能
物质名称 饱和吸附量 (%)
SO2 10
Cl2 15
CS2 15
C6H6(苯 ) 24
O3 能还原为 O2
烹调臭味 30
厕所臭味 30
88
光催化纳米材料 ?? TiO2
?TiO2 是一种 N型半导体，有很强的氧化性和
还原性。在光化学反应中，以 TiO2 作催化剂，
在太阳光尤其是紫外线的照射下，使得 TiO2
固体表面生成空穴 (h＋ )和电子 (e－ )，空穴使
H2O氧化，电子使空气中的 O2还原，在此过
程中，生成 OH基团。 OH基团的氧化能力很
强，可使有机物（ VOC）被氧化、分解，最
终分解为 CO2 和 H2O。
89
光催化纳米材料 ?? TiO2
?甲醛光降解反应中的主要氧化还原反应：
?氧化反应：
?还原反应：
?原理总结,HCHO + H2O + 4h+ + O2 + 4e-
? HCOOH + 2H+ + 2h+ +O2 + 4e-
?CO2 +4H+ + O2 + 4e-
? 2 H2O + CO2
?? ?? ?? heT iO hv2
?? ???? HH C O O HhOHH C H O 222
?? ??? HCOhH C O O H 22 2
OHHeO 22 244 ??? ??
90
不同污染消除方法的效果
0.07次 /h
91
空气离子化
?表示空气离子化程度的指标是离子浓度，即单位体
积内正离子或负离子的个数。洁净的山区离子浓度为
2000个 /cm3，农村为 1000-1500个 /cm3，而城市则为
200-400个 /cm3，一般正离子数多于负离子数。一些
研究结果认为，负离子对人体有良好的的生理作用，
包括降低血压、抑制哮喘、对神经系统有镇静作用和
有利消除疲劳。
?但室内负离子发生器产生大量臭氧，过多的臭氧反
而对人体有害。 限定臭氧浓度的上限, 0.16mg/h。
92
杀菌消毒
?紫外线
?可杀灭各种微生物，破坏蛋白质结构
?对照射量和照射时间有要求：数分钟
?臭氧
?氧化剂,把微生物 还原成氧和水，在环境中
不留残留物
?对反应时间有要求：数分钟
93
本章习题
?请说明换气效率和通风效率的关系。
?与常规空调送风方式相比，个体空调有什
么优缺点？
?在 SARS肆虐期间，为安全起见，一些人在
空调系统 中放臵紫外灯杀毒灭菌，你对此
有何评价？
?在 空调系统里面释放臭氧杀菌的方法是否
可行？
94
本章参考讲座资料
?2001年 10月 29日丹麦工业大学 P,O,
Fanger 在本研究所的报告：, Indoor
Environment and Health,Comfort and
Productivity”
?2001年 10月 11日同济大学龙惟定教授在本
研究所的报告：, 上海：空调与环境,
第三章
建筑空气环境
清华大学 建筑学院
建筑技术科学系
2003年
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。
?? Hood 1944年
3
SBS－ Sick Building Syndrome
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
4
SBS－ Sick Building Syndrome
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
5
(1) NIOSH的调查 (2) WHC的调查
问题种类 数量 (% ) 数量 (%)
新风量不足 252 52 710 52
内部污染物 77 16 165 12
外部污染物 48 10 125 9
建筑材料 20 4 27 2
微生物污染 26 5 6 0.4
无 IAQ问题 61 12 329 24
(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
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。
7
空气污染的评价指标
?室内空气品质（ IAQ?? Indoor Air Quality)
?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。
?ASHRAE 62-1989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。
8
空气污染的评价指标
?ASHRAE Standard 62-1989R的定义
?Acceptable Indoor Air Quality：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,ASHRAE Standard 62-
1999给予了继承。
?Acceptable Perceived Indoor Air Quality,
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。
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）。
10
空气污染的评价指标
?室内环境品质 (IEQ?? Indoor Environment
Quality)
?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。
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。
12
污染物 Ⅰ类民用建筑工程 Ⅱ类民用建筑工程
氡 （ B q /m
3
） ≤ 100 ≤ 200
甲醛 （ m g /m
3
） ≤ 0,0 8 ≤ 0,1 2
苯 （ m g /m
3
） ≤ 0,0 9 ≤ 0,0 9
氨 （ m g /m
3
） ≤ 0,2 ≤ 0,5
T V O C （ m g /m
3
）
≤ 0,5 ≤ 0,6
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。
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。
14
鼻
子
感
觉
的
生
理
基
础
嗅觉
温觉
化学感觉
15
温湿度和 IAQ满意度的关系
16
C.P,Yaglon制定的臭气强
度指标
3? ?÷ ?? ?è ?· êy ?¨ò? ?μ ?÷
0 ?T íê è? ·D ?? 2? 3?
1 / 2 ?é ·D ?? áù ?? ?μ ?? ?￠ ￡? ?- ?μ á·μ? è? 2? Dá μ? 3?
1 ?÷è· ò? °? è? ?é ·D ?? 3? ￡? ?T 2? ê ·D
2 ?D é? óD 2? ê
3 ?? 2? ?ì ·D
4 oü ?? ?? áò μ? 2? ?ì ·D
5 ?? ?? á? è? ×÷??
一般控制在 2级一下
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 。
18
1998年全国主要城市空气污染
算术叠加指数（年均值）
?
?
?
n
i
iRP
1
SO2,氢氧化物，悬浮颗粒物
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
i
i
S
CR ?
?
?
?
n
i
in RnRRRI
1
21 )
1)(,,( m a x ??
实测浓度
标准上限
?
?
?
n
i
iRP
1
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 specific activity：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
21
正常大气组分 ?? 常量
组分 符号 含量 (ppm)
氮气 N2 780840.00
氧气 O2 209460.00
氩气 Ar 9340.00
氖气 Ne 18.18
氦气 He 5.14
氪气 Kr 1.14
氢气 H2 0.50
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 H2O 130000
二氧化碳 CO2 350
甲烷 CH4 1.67
一氧化碳 CO 0.19
臭氧 O3 0.04
氨气 NH3 0.004
二氧化氮 NO2 0.001
二氧化硫 SO2 0.001
一氧化氮 NO 0.0005
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
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 ………
25
生活 中 的 燃烧 过程,炊
事,吸烟 等
26
装修材料、日化产品
27
微生物
28
室
内
污
染
物
的
来
源
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
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,O 2,CO2 其它废气
新鲜空气 78.03 20.99 0.03
人体呼气 79.1-80.0 14.5-18.5 3.5-5.0 若干
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）
32
CO2 ?? 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－ 400 ppm,O2为 209460 ppm
?目前居住建筑的控制标准
?高级客房,700 ppm
?普通居住空间,1000 ppm
?过渡空间,2000 ppm
33
CO2 ?? 常用指标
?作用
?一般浓度下，无毒，无臭。
?超过 700 ppm，敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；
?超过 1000 ppm，较多人感到不舒服；
?超过 10000 ppm，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
34
CO2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
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 5.3 ppm。
?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。
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
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。
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。
39
VOC (Volatile Organic Compounds)
?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 (Very VOC)
100---260℃ VOC
260---400℃ SVOC (Semi-VOC)
400℃ 以上 POM (Particulate organic matter)
40
VOC (Volatile Organic Compounds)
?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
41
VOC (Volatile Organic Compounds)
?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 300?g/m3
的上限值；我国 民用建筑工程室内环境指
标 TVOC指标为 500?g/m3 。
?疑问,IAQ差 ? 超标，浓度指标合适吗？
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
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。
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 1?m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
45
?包括 烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉,其中 直径
小于 10 ?m的微粒称为可吸入颗粒物。
?按质量计，大气尘中 10 ?m以下占 72%；工业过程产
尘,10 ?m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
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。
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
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 350 400
全部颗粒 20 45
尼古丁 1 1.7
一氧化碳 20 80
二氧化碳 60 80
氧化氮 0.01 0.08
丙稀醛 0.08 -----
产生烟气时间 20s 550s
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。
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。
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
52
MG,C0
C
V
C
全面通风的基本微分方程式（稀释方程）
?G C0 d? + M d ? - G C d ? =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：
GCMGC
dC
V
d
??? 0
?
?????? ?????? ???????? ???????? ?? VGCGMVGCC ?? e x p1e x p 012
V
GCMGC
d
dC ??? 0
?
02 CC
MG
??
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。 ASHRAE
ST62－ 1989R虽合理但目前无法操作。
54
新风通风换气量
不同 CO
2
允许浓度下必须的新风量 （ m
3
/h,人）活动
强度
CO
2
发生量
（ m
3
.h,人）
0.1% 0.1 5% 0.2%
静坐 0.0 14 4 20,6 12 8.5
极轻 0.0 17 3 24,7 14,4 10,2
轻 0.0 23 32,9 19,2 13,5
中等 0.0 41 58,6 34,2 24,1
重 0.0 74 8 106,9 62,3 44
常用民用建筑新风量范围
以坐为主、少吸烟、久逗留场所
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
36 m3/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 (First
Impres sion) 使 80%的人能够满意的最小新风
量是 27 m3/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 9 m3/h人 。
56
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。
?
??
??
?? PP 22 ＝＝
58
热压通风
)()( nwabab ghPPPP ?????? ??????
h?w ?n
b
a
59
热压通风的基本概念
h
b
a
o o
2
h
1
中和面
余压
60
多
层
建
筑
的
热
压
引
起
的
自
然
通
风
大中和面
小中和面
H
h
图 3 - 3 多层建筑的热压引起
的空气渗透
余压
5.1/1
5.1
]
)11(
)(
[)(
m
gH
Fto ta lL
iii
o u ti
d
i
a
l
?
?
?
??
5.1/1])[( gh
Z
hFL ii
in
i
ou ti
ii
d
i
a ?? ??
61
热压作用模拟的建筑模型
?每层有上下
两个开口
62
室
内
空
气
速
度
分
布
63
室
内
空
气
温
度
分
布
64
风
压
作
用
下
的
自
然
通
风
65
风压作用下的自然通风
w
w
f KP ?
?
2
2
?
Pf
往往采用 CFD
或风洞模型实验的
方法求取 K值。
风压系数
66
风洞模型实验
67
风洞模型实验
68
风压和热压的联合作用
69
风压和热压的联合作用
h
b
K b
xbP
a
wt w
? ?
t nn
xaP
K a
w
w
w
bnwxaw
w
bxbb KhgPKPP ?
?????
2)(2
22
???????
w
w
axaa KPP ?
?
2
2
???
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？
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
72
臵换通风的速度场
73
臵换通风的温度场
74
臵换通风的污染物浓度场
?臵换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方
。
75
臵换通风的空气年龄场
?臵换通风送风形式，空气年龄长的部位在上
方。年龄单位：秒
76
气流分布性能评价：空
气年龄 Air age
0
0
)(
C
dC
A
?
?
?
??
?
污染物的浓度衰减曲线
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。
?
?
?
?
0
0
)(
)(
??
???
?
dC
dC
P
P
＝
排出空气浓度
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：
?
?
?
??
2
n
r
n ??
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？
0
0
CC
CC
E p
?
?
?
C
pC
0C
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
t
tti ?
t
n
tt
k
i
t
2)(? ?
?
均方根偏差
81
换气效率 ?和能量利用系数 ?
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
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。
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。
85
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。
87
活性炭的吸附性能
物质名称 饱和吸附量 (%)
SO2 10
Cl2 15
CS2 15
C6H6(苯 ) 24
O3 能还原为 O2
烹调臭味 30
厕所臭味 30
88
光催化纳米材料 ?? TiO2
?TiO2 是一种 N型半导体，有很强的氧化性和
还原性。在光化学反应中，以 TiO2 作催化剂，
在太阳光尤其是紫外线的照射下，使得 TiO2
固体表面生成空穴 (h＋ )和电子 (e－ )，空穴使
H2O氧化，电子使空气中的 O2还原，在此过
程中，生成 OH基团。 OH基团的氧化能力很
强，可使有机物（ VOC）被氧化、分解，最
终分解为 CO2 和 H2O。
89
光催化纳米材料 ?? TiO2
?甲醛光降解反应中的主要氧化还原反应：
?氧化反应：
?还原反应：
?原理总结,HCHO + H2O + 4h+ + O2 + 4e-
? HCOOH + 2H+ + 2h+ +O2 + 4e-
?CO2 +4H+ + O2 + 4e-
? 2 H2O + CO2
?? ?? ?? heT iO hv2
?? ???? HH C O O HhOHH C H O 222
?? ??? HCOhH C O O H 22 2
OHHeO 22 244 ??? ??
90
不同污染消除方法的效果
0.07次 /h
91
空气离子化
?表示空气离子化程度的指标是离子浓度，即单位体
积内正离子或负离子的个数。洁净的山区离子浓度为
2000个 /cm3，农村为 1000-1500个 /cm3，而城市则为
200-400个 /cm3，一般正离子数多于负离子数。一些
研究结果认为，负离子对人体有良好的的生理作用，
包括降低血压、抑制哮喘、对神经系统有镇静作用和
有利消除疲劳。
?但室内负离子发生器产生大量臭氧，过多的臭氧反
而对人体有害。 限定臭氧浓度的上限, 0.16mg/h。
92
杀菌消毒
?紫外线
?可杀灭各种微生物，破坏蛋白质结构
?对照射量和照射时间有要求：数分钟
?臭氧
?氧化剂,把微生物 还原成氧和水，在环境中
不留残留物
?对反应时间有要求：数分钟
93
本章习题
?请说明换气效率和通风效率的关系。
?与常规空调送风方式相比，个体空调有什
么优缺点？
?在 SARS肆虐期间，为安全起见，一些人在
空调系统 中放臵紫外灯杀毒灭菌，你对此
有何评价？
?在 空调系统里面释放臭氧杀菌的方法是否
可行？
94
本章参考讲座资料
?2001年 10月 29日丹麦工业大学 P,O,
Fanger 在本研究所的报告：, Indoor
Environment and Health,Comfort and
Productivity”
?2001年 10月 11日同济大学龙惟定教授在本
研究所的报告：, 上海：空调与环境,
