連載 · 3 | 《變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)》1.2 熱舒適性與室內(nèi)空氣品質(zhì)
2017-07-07
1.2 熱舒適性與室內(nèi)空氣品質(zhì)
室內(nèi)空氣環(huán)境是建筑環(huán)境中的重要組成部分，其包括室內(nèi)熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)。 在現(xiàn)代，尤其是辦公建筑中，人們處于室內(nèi)的時間較長，室內(nèi)空氣環(huán)境直接影響到人員 的工作效率和身心健康，營造一個良好的室內(nèi)空氣環(huán)境是暖通設(shè)計(jì)人員的工作出發(fā)點(diǎn)和 最終目的。
1.2.1 室內(nèi)熱濕環(huán)境
室內(nèi)熱濕環(huán)境主要包括室內(nèi)空氣的干球溫度和相對濕度兩個指標(biāo)，其形成主要來自 各種外擾和內(nèi)擾的影響。外擾主要包括室外氣候參數(shù)，如室外空氣溫度和濕度、太陽輻 射、風(fēng)速、風(fēng)向變化，以及鄰室的空氣溫度和濕度，通過傳熱、傳濕、滲透等方式對室 內(nèi)熱濕環(huán)境產(chǎn)生影響；內(nèi)擾則主要包括室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等熱濕源。
室內(nèi)空氣的干球溫度是室內(nèi)熱濕環(huán)境的首要控制指標(biāo)，不同類型的建筑、功能房間 在設(shè)計(jì)溫度上存在差異，相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊和規(guī)范上對此都進(jìn)行了明確規(guī)定。
室內(nèi)空氣的相對濕度是室內(nèi)空氣環(huán)境的另一個重要參數(shù)，人體在室內(nèi)感覺舒適的最 佳相對濕度是 40% ～ 50%。相對濕度過小會導(dǎo)致人體呼吸道疾病，加速皮膚衰老、靜 電現(xiàn)象等。相對濕度過大，易滋生微生物。合理的控制室內(nèi)空氣濕度不僅影響人體的舒 適度，也在一定程度上影響著人體的健康。
已有研究發(fā)現(xiàn)，夏季偏熱環(huán)境下，高空氣濕度會提高人體熱感覺，因此，夏季 空調(diào)中適當(dāng)?shù)亟档涂諝獾南鄬穸取⑻岣呤覂?nèi)空氣溫度對人體的熱舒適性感受不會 造成明顯影響，此方法有利于減小冷負(fù)荷，增大送風(fēng)溫差，減小送風(fēng)量，降低能耗， 實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
冬季加濕或許可以改善人體的舒適性感覺，但較高的濕度為微生物生存和繁衍 創(chuàng)造了有利條件，因此，在室內(nèi)濕平衡能夠保證的情況下盡量少加濕或不加濕，或 者適當(dāng)降低室內(nèi)干球溫度來改善濕平衡條件，是處理冬季室內(nèi)空氣相對濕度問題的 可參考途徑。
1.2.2 熱舒適性評價
熱感覺是人對周圍環(huán)境是“冷”還是“熱”的主觀描述。感覺不能用任何直接的方 法來測量，心理學(xué)的一個分支稱為心理物理學(xué)，即是一種針對感覺和刺激之間關(guān)系的研 究學(xué)科。由于熱感覺無法直接測量，因此只能采用問卷的方式了解受試者對環(huán)境的熱感 覺，要求受試者按某種等級標(biāo)度來描述其熱感。而心理學(xué)研究的結(jié)果表明，一般人可以 不混淆的區(qū)分感覺的量級不超過七個，因此，對熱感覺的評價指標(biāo)往往采用七個標(biāo)度， 表 1-1 是目前使用最廣泛的兩種標(biāo)度，ASHRAE* 七點(diǎn)標(biāo)度的優(yōu)點(diǎn)在于精確地指出了熱 感覺，而貝氏標(biāo)度的特點(diǎn)是把熱感覺和熱舒適合二為一。
* 美國采暖、制冷與空調(diào)師學(xué)會，是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）指定的唯一負(fù)責(zé)制冷、空調(diào)方面的國際認(rèn)證組織。
表 1-1 Bedford 和 ASHRAE 的七點(diǎn)標(biāo)度
Bedford（貝氏標(biāo)度） | ASHRAE熱感覺標(biāo)度 | ||
7 | 過分暖和 | +3 | 熱 |
6 | 太暖和 | +2 | 暖 |
5 | 令人舒適的暖和 | +1 | 稍暖 |
4 | 舒適（不冷不熱） | 0 | 中性 |
3 | 令人舒適的涼快 | -1 | 稍涼 |
2 | 太涼快 | -2 | 涼 |
1 | 過分涼快 | -3 | 冷 |
人體通過自身的熱平衡和感覺到的環(huán)境狀況，綜合起來獲得是否舒適的感覺即為熱 舒適，為一種生理和心理的雙重感覺。ASHRAE Standard 54—1992 定義熱舒適為：人體 對熱環(huán)境表示滿意的意識狀態(tài)。多數(shù)情況下，可以認(rèn)為“中性”的熱感覺就是熱舒適， 但熱感覺和熱舒適確是兩個不同的概念，熱感覺與皮膚熱感受器的活動相關(guān)，而熱舒適 則是身體調(diào)節(jié)的一種反應(yīng)，是隨著熱不舒適的部分消除而產(chǎn)生的。由于兩者分離現(xiàn)象的 存在，實(shí)驗(yàn)研究人體熱反應(yīng)時往往同時設(shè)置熱感覺和熱舒適投票。表 1-2 為評價熱舒適 程度的熱舒適投票（TCV）和評價熱感覺程度的熱感覺投票（TSV）。
表 1-2 熱舒適投票 TCV 和熱感覺投票 TSV
熱舒適投票（TCV） | 熱感覺投票（TSV） | ||
4 | 不可忍受 | +3 | 熱 |
3 | 很不舒適 | +2 | 暖 |
2 | 不舒適 | +1 | 稍暖 |
1 | 稍不舒適 | 0 | 正常 |
0 | 舒適 | -1 | 稍涼 |
-2 | 涼 | ||
-3 | 冷 | ||
1.2.3 室內(nèi)空氣品質(zhì)
室內(nèi)空氣品質(zhì)的定義經(jīng)歷了許多變化，最初將室內(nèi)空氣品質(zhì)幾乎完全等價于一系列 污染物濃度指標(biāo)，這種純客觀的定義不能充分反映室內(nèi)空氣品質(zhì)對人的影響，該缺點(diǎn)逐 漸為人們所共識，在 1989 年，丹麥的范格爾（P.O.Fanger）教授提出了一種空氣品質(zhì)的 主觀判斷標(biāo)準(zhǔn)：空氣品質(zhì)反映了人們的滿意程度。但這種主觀的定義卻由于一些無色無 味有害成分的存在，使得人們很難在短期內(nèi)對室內(nèi)空氣品質(zhì)做出合理的評價。針對這一 矛盾，ASHRAE 1998 年頒布的 ASHRAE 62—1989《滿足可接受室內(nèi)空氣品質(zhì)的通風(fēng)》 中兼顧了室內(nèi)空氣品質(zhì)的主觀和客觀評價，給出的定義為：良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)應(yīng)該是
“空氣中沒有已知的污染物達(dá)到公認(rèn)的權(quán)威機(jī)構(gòu)所確定的有害物濃度指標(biāo)，且處于這種 空氣中的絕大多數(shù)人（≥ 80%）對此沒有表示不滿意。”
隨著工業(yè)革命和城市的發(fā)展，室外空氣污染對于人類健康的威脅已廣為人知，早在 14 世紀(jì)，就有頒布關(guān)于煙塵排放的法律，但是直到 20 世紀(jì) 60 年代，室內(nèi)污染對于人 類健康的影響才引起人們的廣泛關(guān)注，才開始有一系列針對室內(nèi)空氣品質(zhì)的測試和研究。 隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，新型合成材料在現(xiàn)代建筑中的廣泛應(yīng)用，散發(fā)有害氣體電器產(chǎn)品 的大量使用，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的固有缺點(diǎn)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的不合理，強(qiáng)調(diào)節(jié)能導(dǎo) 致的建筑密閉性增強(qiáng)和新風(fēng)量減少，室外空氣污染的日益嚴(yán)重等一系列原因使得室內(nèi)空 氣品質(zhì)的研究越來越受到重視，成為建筑環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一個重要組成部分。
造成室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣的主要原因是室內(nèi)空氣污染，一般分為三類：物理污染、化 學(xué)污染和生物污染。
（1）化學(xué)污染：主要為有機(jī)揮發(fā)性化合物和有害無機(jī)物引起的污染。有機(jī)揮發(fā)性 化合物包括醛類、苯類、烯等 300 多種有機(jī)化合物，其中最主要的是甲醛、甲苯、二甲 苯等芳香族化合物，它們主要來自建筑裝修或裝飾材料。無機(jī)污染物主要為氨氣、CO2、 CO、NOx、SOx 等，其主要來自室內(nèi)燃燒產(chǎn)物。在以上眾多污染物中，CO 是最為嚴(yán)重的 污染物之一。CO 是燃燒不完全的產(chǎn)物，無色無味且有極強(qiáng)的毒性，如果沒有檢測器，人 們是很難察覺到 CO 的存在，這使得 CO 中毒在全世界成為一個很大的問題，針對是否在 室內(nèi)加入 CO 報(bào)警的標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)過了多次討論，ASHRAE 62.2—2013 對設(shè)置 CO 報(bào)警做出了 明確規(guī)定。表 1-3 顯示了暴露在不同 CO 濃度和不同時間長度下人體的受傷害程度。
表 1-3 暴露在不同 CO 濃度和不同時間長度下人體的受傷害程度
CO濃度（mg/m3） |
COHb*濃度（%） |
人體反應(yīng) | |
229 | 1145 | ||
1h | 20min | 10 | 運(yùn)動負(fù)荷降低 |
7h | 45min | 20 | 呼吸困難，頭痛 |
75min | 30 | 嚴(yán)重頭痛、無力、眩暈、視力衰退、判斷力混亂、惡心、嘔吐、 腹瀉、脈搏加快 | |
2h | 40~50 | 意識混亂、摔倒、痙攣 | |
5h | 60~70 | 昏迷、痙攣、脈搏變慢、血壓降低、呼吸衰竭甚至死亡 | |
* 碳氧血紅蛋白。
（2）物理污染：主要指灰塵、重金屬和反射性氡、纖維塵和煙塵等。
（3）生物污染：細(xì)菌、真菌和病毒引起的污染。 為了有效控制室內(nèi)污染、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，需要對室內(nèi)污染的全過程有充分而全
面的認(rèn)識，室內(nèi)空氣污染有污染源散發(fā)，在空氣中傳遞，當(dāng)人體暴露于污染空氣中時， 即對人體產(chǎn)生不良的影響。室內(nèi)空氣污染的控制可以通過三種方式實(shí)現(xiàn)：源頭治理、通 新風(fēng)稀釋和合理氣流組織以及空氣凈化。源頭治理是根本之法，消除污染源，減少污染
源散發(fā)強(qiáng)度，污染源附近局部排風(fēng)都可有效控制室內(nèi)污染；通風(fēng)和合理化氣流組織應(yīng)該 在設(shè)計(jì)中予以重點(diǎn)考慮，適宜的新風(fēng)量和合理的氣流組織對改善空氣品質(zhì)有著很大的幫 助；空氣凈化是控制室內(nèi)空氣污染的必要手段，目前空氣凈化的方法有很多，主要包括 過濾器過濾、活性炭吸附、納米光催化降解、臭氧法、紫外線照射法、等離子體凈化和 植物凈化等，設(shè)計(jì)時可以根據(jù)不同的需要選擇不同的方式。最為常見的空氣凈化方法即 為過濾器過濾，其主要功能是處理空氣中的顆粒污染，表 1-4 為常用過濾器的性能指標(biāo)。
表 1-4 常用過濾器的性能指標(biāo)
過濾器類型 | 有效捕集粒徑 （μm） |
適應(yīng)的含塵濃度 | 過濾效率（%） | ||
質(zhì)量法 | 比色法 | DOP法 <
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