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[洁净空调系统] 21 世纪的室内空气品质:追求优异

21 世纪的室内空气品质:追求优异

提要 现场研究表明,即使在许多符合现行标准和指南的建筑物中,也有相当多数的人对
室内空气品质不满意,甚至出现病态建筑综合症的症状。其原因在于上述标准规定的要求过
低,使得很多人不满意并受到不良影响。预见在21 世纪将发生从中等到优异的室内环境的范
式转变。提出下述5 项原理作为优异准则的基本要素:改善室内空气品质将提高生产率减少
病态建筑综合症症状;应排除不必要的室内污染源;应为室内人员提供干爽的送风;应实行“个
性化送风”,即以少量洁净空气和缓地送到每个人的呼吸区附近;应提供热环境的个人控制。
关键词 生产率 污染源控制 焓 个性化送风 个人热控制
IAQ i n t h e 21s t c e nt ury : s e a r c h f or e x c e ll e n c e
Original by P. Ole Fanger ★, translated by Yu Xiaoming
Abs t r a c t  Fi e l d s t udi e s d emons t r a t e t ha t t he r e a r e s ubs t a n t i a l numb e r s of di s s a t i s f i e d
p e op l e i n ma ny bui l di ngs , among t hem t hos e s uf f e r i ng f r om s i c k bui di ng s ynd r ome ( SBS )
s ymp t oms , e ve n t hough e xi s t i ng s t a nd a r ds a nd gui d e l i ne a r e me t . The r e a s on i s t ha t t he
r e qui r eme n t s s p e c i f i e d i n t he s e s t a nd a r ds a r e r a t he r l ow , a l l owi ng a s ubs t a n t i a l g r oup of
p e op l e t o b e c ome di s s a t i s f i e d a nd t o b e a dve r s e l y a f f e c t e d . A p a r a di gm s hi f t f r om r a t he r
me di o c r e t o e xc e l l e n t i nd o o r e nvi r onme n t s i s f o r e s e e n i n t he 21s t c e n t ur y. B a s e d on e xi s t i ng
i nf o rma t i on a nd new r e s e a r c h r e s ul t s , f i ve p r i nc ip l e s a r e s ug g e s t e d a s e l eme n t s b e hi nd a new
p hi l os op hy of e xc e l l e nc e : b e t t e r i n d o o r a i r qua l i t y i nc r e a s e s p r o duc t i vi t y a nd d e c r e a s e s SBS
s ynd r ome ; unne c e s s a r y i nd o o r p ol l ut i on s our c e s s houl d b e a voi d e d ; t he a i r s houl d b e s e r ve d
c o ol a nd d r y t o t he o c c up a n t s ; “p e r s ona l i z e d a i r”, i . e . a sma l l amoun t of c l e a n a i r , s houl d b e
s e r ve d g e n t l y , c l os e t o t he b r e a t hi ng z one of e a c h i ndi vi dua l ; i ndi vi dua l c on t r ol of t he t he rma l
e nvi r onme n t s houl d b e p r ovi d e d . The s e p r i nc ip l e s of e xc e l l e nc e a r e c omp a t i bl e wi t h e ne r gy
e f f i c i e nc y a nd s us t a i na bi l i t y.
Ke ywo r ds  p r o duc t i vi t y , p ol l ut i on s our c e c on t r ol , e n t ha lp y , p e r s ona l i z e d a i r , i ndi vi dua l
t he rma l c on t r ol
★ Department of Energy Engineering , Technical University of Denmark
0  引言
对建筑物中通风和室内空气品质的期望实际上是很低的。自从30 年代以来,原则一直是提供可接受的室内空气品质,即是使很大预测比例(如15 % ,20 %或30 %) 的人群不满意,而其余的人则觉得空气品质差强人意。这一思想在很多通风标准和指南中反映出来[ 1~3 ] ,并在实践中导致很多(如所预计) 的人员都不满意。而且通常只有很少数人倾向于认为室内空气品质是有待解决的问题。
实际发生在众多现有建筑物里的大比例的不满意程度在大量的现场研究中均有记载[ 4~7 ] 。这些现场研究也报告了很多人罹患病态建筑综合症。

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Re:楼主

我认为可以说尽管符合现有标准,在很多建筑物中室
内空气的品质并不令人满意。为了寻求优异的室内环境品
质,我们需要在新世纪有一个范式转变①。我们应该提供
新鲜宜人、激发活力并且对健康无负面影响的室内空气,并
应该提供一个为绝大多数室内人员认可的舒适的热环境。
在达到这一目标时,必须充分考虑能源效率和可持续性。
在实践中我们是否有必需的资料来实施这一点? 是的,关
于热舒适,我们的确有一个全面的数据库,虽然我们关于室
内空气品质的知识仍然是不完整的。这反映了室内空气品
质与人类舒适和健康之间相互作用的复杂性。但是,我们
的确有一些关于室内空气品质的资料,以及新近一些重要
的研究成果,这些将对将来有人类居住的空间的通风设计
有重要的影响。
本文将讨论一些对将来优异的室内环境具有重要意义
的原理和新的研究成果。
1  一个好的室内环境将得到回报
新的研究结果第一次书面证实了室内空气品质对办公
室工作人员的生产率有一重要的和正面的影响[ 8 ] 。在一
个控制良好的正常的办公室中,通过包括或不包括一个对
居住人员是不可见的附加污染源来建立两种不同的空气品
质。这两种情况分别对应于新的欧洲室内环境设计指
南[ 9 ]所规定的低污染和非低污染建筑。相同的受试者在
两种空气品质环境中分别做了4. 5 h 的模拟办公室工作,
通风率和所有其它环境因素均相同。测试发现受试者的生
产率在良好的空气品质情况下增加6. 5 %( P < 0. 003 ②)
(图1) ,并且出错较少,病态建筑综合症症状也较少[ 8 ] 。这


Fisk 和Rosenfeld[ 9 ] 在文献资料调查的基础上曾估计
了在美国由于不良室内空气品质所引起的疾病、缺勤和无
效生产所造成的经济损失,Sepp¾ nen[ 10 ]对北欧作了类似的
估计。这两项研究的结论都是所估计的经济损失高于运行
HVAC 系统的成本。不良室内空气品质对生产率的负面影
响的资料是新的,而热不舒适度对生产率的负面影响现在
有了更多的数据。Wyon[ 11 ]对热不舒适和生产率的关系作
了出色的研究


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Re:楼主

2  污染源控制和通风
避免不必要的室内空气污染源是改善室内空气品质的
最明显的方式。它对生产率和病态建筑综合症的影响在以
上讨论的研究[ 8 ] 中已得到说明。污染源控制在室外环境
中使用得非常成功,这也是发达国家很多城市室外空气质
量今天比20 或50 年前好得多的原因。
在新的室内环境欧洲指南[ 2 ] 中,鼓励设计低污染建
筑,给出了关于低污染建筑材料的建议。为避免由污染材
料所引起的病态建筑综合症,材料的系统化选择在几个国
家中已是普遍的实践,如在斯堪的纳维亚国家。出现在
HVAC 系统中的污染源是一个严重的错误,它可以在将空
调空气送到空调房间之前就降低了空气的品质[ 12 ] 。材料
的选择,部件和工艺的开发,以及HVAC 系统的维护在将
来都应给予优先考虑。
源控制是提供良好室内空气品质并同时减少能源消耗
的明显方式。但是,增加通风也能改善空气品质和减少病
态建筑综合症,这一点在Sundell 的经典研究[ 2 ]中已得到证
明(图2) 。由增加通风所带来的能耗增加可由有效的热回
收降至最低。

在丹麦技术大学进行的新的综合性研究说明,感知的
空气品质受到人体吸入空气的湿度和温度的强烈影响。人
们喜欢较为干燥和凉爽的空气。温度和湿度对感知空气品
质的强烈影响在下述实验中已得到证实,该实验在一气候
试验室中由36 个受试者判断由不同的典型建筑材料所污
染的空气的可接受程度[ 17 ] 。


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Re:楼主


人们很明显喜欢每次呼吸空气时呼吸道有一种冷却的
感觉。这引起一种令人愉快的新鲜感。如果没有适当的冷
却,便会感到空气不新鲜、闷人而不能接受。高焓值意味着
吸入空气的冷却能力低,因而呼吸道特别是鼻腔粘膜的对
流和蒸发冷却作用不足。这种适当冷却的缺乏与感知空气
的不良品质密切相关。这个现象与著名的温度对饮料例如
水或葡萄酒的味感质量的影响是类似的。
呼吸热损失仅占全部身体热损失的10 %左右,因此,
吸入空气的湿度和温度对于人体全身热感觉仅有很小的影
响。这大概是以前湿度被忽视的原因。但新近的研究表
明,空气的温度和湿度对呼吸道的局部影响因而也是对所
感知空气品质的影响比全身热感觉高出一个数量级。这个
新证据有非常戏剧性的实际影响。很明显,焓对通风要求
和能源消耗有很强的影响。Fang 等人在他们最近的研
究[ 20 ]中表明,在温度20 ℃,相对湿度40 % ,通风率3. 5 L/
(s·人) 时,人们感到比在温度为23 ℃,相对湿度为50 % ,通
风率为10 L/ (s·人) 时的空气品质要好。
保持适当低的湿度以及全身热舒适中性所要求温度范
围下限的温度是有利的。这将改善感知空气品质并减少所
要求的通风量。出乎意料的是,即使在湿热气候下的空调
房间中,通过维持适当的室内空气温度和湿度,也可以节
能。当然,这要求对处理每m3 新风(冷却及除湿) 花费更
多的能源,但这可以靠减少新风量而得到补偿现场研究[ 21 ,22 ]表明合适的空气温度和湿度也可减少
病态建筑综合症症状的发生。因此有几个理由遵从以下建
议:为人们提供冷却和干燥的空气。4  将空气送到消耗它的地方
在很多通风房间中,所提供的室外空气为10 L/ (s·人)
上下,其中只有0. 1 L/ ( s·人) 即1 %被人吸入,而其余的
99 %并没有得到利用。浪费是很大的。而且这1 %被人吸
入的空气甚至是不清洁的,它在被人吸入前,已被生物排出
物、建筑材料放射物以至烟雾所污染。
根据通常的工程实践,清洁空气与污染物的充分混合
似乎是理想的。通过置换通风系统,使通风效率达到稍高
于1. 2 似乎就了不起了。我预见将来通风系统可将少量的
清洁空气送到每一个人的呼吸区域。这一想法就是要为每
一位室内人员提供未受室内污染源污染的清洁空气。我们
不会去饮用游泳池里被人的生物排放物所污染的水。但我
们却呼吸着曾在其他人肺中、又被室内产生的人的生物排
放物和其它污染物所污染的室内空气。为什么不直接将少
量的高品质空气送到每一个人,而不是将大量的不新鲜的
空气送到整个房间? 这种“个性化送风”( PA) 应使一个人
吸入来自射流核心、未与室内污染空气相混合的清洁、凉爽
和干燥的空气(见图4) 。在办公室里,PA 可来自桌上靠近
电脑处的风口(图5) 。重要的是,送风要轻缓,即风速和紊
流度要低,不要引起吹风感[ 23 ] 。


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Re:楼主


在具有传统通风空气
混合方式的一个房间里,空气温度保持在一个适当较低的水
平是有利的,这个温度相当于任何一个在此空间的人所喜欢
的最低温度。在一间办公室中,这个温度可能是20 ℃或21
℃以提供合适的冷却的吸入空气。所有其他人员可能将要
求少量的额外局部加热措施,由他们自己控制以达到所喜欢
的工作温度。重要的是这些小股的热流应由辐射或传导来
提供,这样空气始终保持凉爽以利呼吸。出于对冷吹风感的
考虑,应避免以空气流动实现个别热控制[23 ] 。
如果利用个性化送风原则,首要的是应为个别热控制建
立一单独的系统。应记住个性化送风系统的观念是提供供
呼吸的清洁空气,而个别热控制系统的任务是为人体提供适
中的全身热舒适。在这种情况下,个别热控制系统也可通过
辐射或传导发挥作用,而且重要的是它不能干扰个性化送风
系统向呼吸区提供的清洁空气的高度敏感的气流。
两个原则的创新性结合为HVAC 工程在寻求优异室内
环境方面提出了一个令人激动的挑战。
6  结论
在当今很多现有建筑中,室内环境都不很理想,尽管都
符合现有标准,但抱怨还是越来越多。随着寻求优异室内
环境而不是像现在这样将力气花在限制和减少不满意和抱
怨上,预见将出现一个范式转变。
在实现这一新的优异理念时以下原则可能是有用的:Ó 更好的空气品质可产生更高的生产率,减少病态建
筑综合症症状,因而是有利益回报的。
Ó 提供给人们的空气应该是凉爽干燥的。
Ó 小量的清洁空气应送到消耗它的地方,即“个性化
的送风”应送到每一个人的呼吸区。
Ó 应避免多余的污染源。
Ó 应建立个别热控制以处理在热环境喜好上不同的
人们之间的差别。
以上原则与能源效率和可持续性是相容的。
7  致谢
感谢丹麦技术研究委员会对室内环境和能源国际中心
的支持。


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Re:楼主

参考文献
1  ASHRAE Standard 6221999. Ventilation for acceptable indoor air
quality. Atlanta , GA , American Society of Heating ,Refrigerating
and Air2Conditioning Engineers ,1999.
2  CEN. Ventilation for buildings : design criteria for the indoor
environment. Brussels , European Committee for Standardization
(CR 1752) , 1998.
3  ECA( European Concerted Action“Indoor air quality and its impact
on man”) . Guidelines for ventilation requirements in buildings.
Luxembourg , Office for Official Publications of the European
Communities(Report No. 11 ,EUR 14449EN) , 1992.
4  Fisk WJ , Mendell MJ , Daisey J M , et al. The California healthy
building study , Phase 1 : a summary. In : Proceedings of Indoor
Air’93 , 1993 , Vol. 1 ,279 - 284.
5  Mendell M J . Non2specific symptoms in office workers : a review
and summary of the epidemiologic literature. Indoor Air , 1993 ,
(3) :227 - 236.
6  Sundell J . On the association between building ventilation
characteristics , some indoor environmental exposures , some
allergic manifestations and subjective symptom reports. Indoor
Air , 1994 ,Supplement No. 2.
7  Bluyssen P M , de Oliveira Fernandes E , Groes L , et al. European
indoor air quality audit project in 56 office buildings. Indoor Air ,
1996 , (6) :221 - 238.
8  Wargocki P , Wyon D P , Baik Y K, et al. Perceived air quality ,
sick building syndrome ( SBS) symptoms and productivity in an
office with two different pollution loads. Indoor Air , 1999 ,9 (3) :
165 - 179.
9  Fisk WJ , Rosenfeld A H. Estimates of improved productivity and
health from better indoor environments. Indoor Air , 1997 , (7) :
158 - 172[ Errata in Indoor Air ,1998 , (8) :301 ] .
10 Sepp¾ nen O. Estimated cost of indoor climate in Finnish buildings.
In : Prcoeedings of Indoor Air ’99 , 1999 , Edinburgh , Vol 4 :13 -
18.
11 Wyon D P. Indoor environmental effects on productivity. In :
Proceedings of IAQ’96 , 1996 , Atlanta , GA , American Society for
Heating , Refrigerating and Air2Conditioning Engineers :5 - 15.
12 Fanger P O , Lauridsen J , Bluyssen P , et al. Air pollution sources
in offices and assembly halls , quantified by the olf unit . Energy
and Buildings , 1988 , (12) :7 - 9.
13 Fanger P O. Thermal comfort : analysis and applications in
environmental engineering. Copenhagen , Danish Technical Press ,
1970.
14 ASHRAE Standard 5521992. Thermal environmental conditions
for human occupancy. Atlanta , GA , American Society of Heating ,
Refrigerating and Air2Conditioning Engineers ,1992.
15 International Organization for Standardization. Moderate thermal
environments - determination of the PMV and PPD indices and
specification of the conditions for thermal comfort . Geneva ( EN
ISO Standard 7730) ,1993.
16 Berglund L , Cain W S. Perceived air quality and the themal
environment . In : Proceedings of IAQ ’89 : The Human Equation :
Health and Comfort . Atlanta , GA , American Society of Heating ,
Ventilating and Air2Conditioning Engineers , 1989 :93 - 99.
17 Fang L , Clausen G, Fanger P O. Impact of temperature and
humidity on perception of indoor air quality during immediate and
longer whole2body exposure. Indoor Air , 1998 , 8 (4) :276 - 284.
18 Fang L , Clausen G, Fanger P O. Impact of temperature and
humidity on the perception of indoor air quality. Indoor Air ,
1998 , 8 (2) :80 - 90.
19 Toftum J , J«rgensen A S , Fanger P O. Upper limits for air
humidity to prevent warm respiratory discomfort . Energy and
Buildings , 1998 ,28 (1) :15 - 23.
20 Fang L , Wargocki P , Witterseh T , et al. Field study on the impact of
temperature , humidity and ventilation on perceived air quality. In :
Proceedings of Indoor Air ’99 , 1999 , Vol. 2 :107 - 112.
21 Andersson N H , Frisk


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