國(guó)際上室內(nèi)空氣質(zhì)量研究的現(xiàn)狀 最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)

1、國(guó)際上室內(nèi)空氣質(zhì)量研究近30年來(lái)發(fā)展迅速。1978年由丹麥技術(shù)大學(xué)室內(nèi)空氣領(lǐng)域著名學(xué)者Fanger教授發(fā)起，在丹麥哥本哈根召開(kāi)了第1屆國(guó)際室內(nèi)空氣大會(huì)(The 1st Inter. Conf. of Indoor Air), 其后每3年1次，在世界不同國(guó)家舉辦國(guó)際室內(nèi)空氣大會(huì)。2005年我國(guó)清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系成功主辦了第10屆國(guó)際室內(nèi)空氣大會(huì)(The 10th Inter. Conf. of Indoor Air)，與會(huì)代表逾千人，海外代表700余人。在第1屆國(guó)際室內(nèi)空氣大會(huì)召開(kāi)30年后(2008年)，為紀(jì)念Fanger教授對(duì)室內(nèi)空氣領(lǐng)域發(fā)展的貢獻(xiàn)，第11屆國(guó)際室內(nèi)空氣大會(huì)(The 11t

2、h Inter. Conf. of Indoor Air)又回到丹麥哥本哈根舉辦。在此期間，國(guó)際上有關(guān)室內(nèi)空氣質(zhì)量的國(guó)際會(huì)議層出不窮，在全世界范圍內(nèi)已形成規(guī)模和影響的就有：Heathy Building; Roomvent, Clima2000等，清華大學(xué)由江億院士和趙榮義教授發(fā)起的國(guó)際暖通空調(diào)大會(huì)(Inter. Conf. of Heating, Ventilating and Air-conditioniing)自1991首次舉辦以來(lái)，每4年舉辦1屆，至今歷時(shí)17年，已舉辦5屆，室內(nèi)空氣質(zhì)量也成為了該系列國(guó)際會(huì)議的主要專(zhuān)題之一。此外，世界一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量研究給予高度關(guān)注，美國(guó)空氣

3、和廢棄物處理學(xué)會(huì)(A&WMA), 制冷空調(diào)暖通工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）年會(huì)中室內(nèi)空氣質(zhì)量也都是重要專(zhuān)題之一。國(guó)際上現(xiàn)有國(guó)際室內(nèi)空氣學(xué)會(huì)（ISIAQ），1990年，又成立了國(guó)際室內(nèi)空氣科學(xué)院(International Academy of Indoor Air Sciences，簡(jiǎn)稱(chēng)IAIAS)。國(guó)際上有大量重要學(xué)術(shù)期刊都是室內(nèi)空氣質(zhì)量研究的學(xué)術(shù)舞臺(tái)和展示窗口：Environment Science and TechnologyEnviroment Health ProspectiveAtmospheric EnvironmentChemoshpereIndoor AirJourna

4、l of Air & Waste Management AssicationBuilding and Environment人們認(rèn)識(shí)到，近年來(lái)引起室內(nèi)空氣污染的主要原因有：(1)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：二十世紀(jì)七十年代的能源危機(jī)后建筑節(jié)能在發(fā)達(dá)國(guó)家普遍受到重視, 作為建筑節(jié)能的有效手段, 很多建筑密閉性增強(qiáng), 新風(fēng)供給量減少，而新建的大量大型建筑及其配套空調(diào)系統(tǒng)普遍采用此策略。(2)新型合成材料化學(xué)在現(xiàn)代建筑中大量應(yīng)用：一些合成材料由于價(jià)格低廉、性能優(yōu)越作為建筑材料和建筑裝修材料廣泛獲得應(yīng)用，但其中一些會(huì)散發(fā)對(duì)人體有害的氣體, 如揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOCs)。(3)

5、散發(fā)有害氣體的電器產(chǎn)品的大量使用：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，一些電器產(chǎn)品在辦公室和家庭日益普及，其中如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)等會(huì)散發(fā)有害氣體如臭氧、有機(jī)揮發(fā)物等，造成室內(nèi)空氣品質(zhì)的下降。(4)傳統(tǒng)集中空調(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：傳統(tǒng)空調(diào)過(guò)濾器難以對(duì)有機(jī)揮發(fā)物等化學(xué)污染和微生物等進(jìn)行過(guò)濾，集中空調(diào)冷凝除濕方式, 使空調(diào)箱和風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)往往成為霉菌的滋生地。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理不合理，如過(guò)濾網(wǎng)不及時(shí)清洗或更換，新風(fēng)口設(shè)計(jì)不合理等也常是造成室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣的原因。(5)室外空氣污染加?。航陙?lái)，一些發(fā)展中國(guó)家尤其是我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中不注意環(huán)境保護(hù)，導(dǎo)致室外空氣污染加劇。這些室外空氣

6、不經(jīng)處理直接引入室內(nèi)，會(huì)造成室內(nèi)空氣品質(zhì)降低。  下面對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量領(lǐng)域的一些方面的研究現(xiàn)狀、研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)做一簡(jiǎn)單介紹。（a） 室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人舒適、健康和工作效率的影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的問(wèn)題往往是病態(tài)建筑綜合癥（SBS）和建筑相關(guān)疾?。˙RI）的影響主因。SBS是指和某一特定建筑相關(guān)的一類(lèi)癥狀的總稱(chēng)，并沒(méi)有顯著的病理改變。其通常癥狀包括眼睛、鼻子或者咽喉刺激、頭痛、疲勞、精力不足、煩躁、皮膚干燥、鼻充血、呼吸困難、鼻子出血和惡心等，這種病癥有個(gè)顯著的特征就是一旦離開(kāi)污染的建筑物，病癥會(huì)明顯的減輕或消失。而B(niǎo)RI包括呼吸道感染和疾病、軍團(tuán)菌病、各種空氣傳染的疾病、心血管病

7、和肺癌以及中毒反應(yīng)，主要是由于在具有生物污染、物理污染、化學(xué)污染的空氣中暴露所致。和SBS不同，這些疾病病因可查，而且有明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)和治療對(duì)策。 室內(nèi)空氣品質(zhì)的問(wèn)題會(huì)妨礙人正常工作，造成工作日的損失，同時(shí)也會(huì)消耗大量醫(yī)療費(fèi)用。1989年美國(guó)環(huán)保署對(duì)新西蘭的一項(xiàng)調(diào)查表明，每年由于室內(nèi)空氣品質(zhì)不好造成的損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的3。而1990年對(duì)英國(guó)的調(diào)查表明，SBS使生產(chǎn)力降低了4。在1997年，Menzies的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究中，好的室內(nèi)空氣品質(zhì)提高了大約11的生產(chǎn)力。經(jīng)過(guò)估算，在1996年，美國(guó)因?yàn)镾BS引起的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)76億美元。美國(guó)醫(yī)學(xué)雜志1985年調(diào)查報(bào)告估計(jì)，在美國(guó)，每年因呼吸道感染而就

8、醫(yī)的人數(shù)達(dá)到7500萬(wàn)次，每年損失1.5億個(gè)工組日，花費(fèi)的醫(yī)療費(fèi)用達(dá)150億美元，而缺勤損失則高達(dá)590億美元。（b） 室內(nèi)空氣化學(xué)污染控制34-36室內(nèi)空氣化學(xué)污染控制方法可歸結(jié)為：源頭控制、通風(fēng)稀釋以及空氣凈化。源頭控制方面：對(duì)室內(nèi)材料和物品污染源特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定、模型研究，旨在了解污染釋放機(jī)理、特性和控制方法。在基礎(chǔ)研究層面，目前研究已從唯像、宏觀(guān)、被動(dòng)認(rèn)識(shí)層次，向機(jī)理、介觀(guān)、主動(dòng)認(rèn)識(shí)層次發(fā)展；此外，目前室內(nèi)材料和物品的二次污染問(wèn)題也得到廣泛關(guān)注；室內(nèi)材料和物品是室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化學(xué)污染的重要來(lái)源，因此室內(nèi)材料和物品的污染釋放標(biāo)識(shí)是非常重要的工作，一些發(fā)達(dá)國(guó)際已實(shí)行，它們的工作

9、表明，建立和推行相應(yīng)的標(biāo)識(shí)體系對(duì)室內(nèi)空氣化學(xué)污染治理非常行之有效，而我國(guó)這方面的工作才剛剛開(kāi)展；目前，針對(duì)室內(nèi)空氣化學(xué)污染的空氣凈化材料、凈化技術(shù)和凈化產(chǎn)品層出不窮，但魚(yú)龍混雜、良莠難辨，如何識(shí)別和發(fā)展行之有效的新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品，而識(shí)別和淘汰不良技術(shù)、材料和產(chǎn)品，成為了國(guó)際上關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，這在我國(guó)更具有重要意義。（c） 室內(nèi)空氣微生物污染控制控制室內(nèi)微生物污染的方法可分為如下幾類(lèi)：源頭控制、通風(fēng)稀釋以及空氣凈化。其中，去除微生物污染的空氣凈化技術(shù)種類(lèi)繁多，其中，紫外線(xiàn)殺菌技術(shù)和臭氧殺菌技術(shù)是兩種常用的傳統(tǒng)空氣凈化方法。源頭控制方法治理生物污染最為徹底，針對(duì)微生物污染的各種源頭

10、，可以實(shí)施不同的控制方法37-39。通風(fēng)稀釋方法把污染物濃度低于被控房間污染物濃度的空氣直接通入被控房間，并從被控房間排走一定量空氣直接稀釋房間內(nèi)污染物。在中央空調(diào)系統(tǒng)中安裝中效過(guò)濾器過(guò)濾微生物顆粒，應(yīng)用效果也不理想40。美國(guó)肺病協(xié)會(huì)指出，如果不經(jīng)常清潔空調(diào)風(fēng)道，通風(fēng)設(shè)備重新運(yùn)行時(shí)，細(xì)菌、真菌會(huì)沿風(fēng)道迅速蔓延至整個(gè)建筑物，室內(nèi)空氣污染的程度可比室外空氣嚴(yán)重100倍以上41。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)通風(fēng)稀釋加過(guò)濾除菌方法的應(yīng)用性面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。紫外照射殺菌技術(shù)利用紫外光輻照對(duì)微生物進(jìn)行滅活。紫外光可劃分為三個(gè)波段：UVA(320nm400nm)、 UVB(280320nm)、UVC(100nm280nm)

11、。波長(zhǎng)253.7nm的紫外光對(duì)微生物有較強(qiáng)的殺滅作用42。殺菌用紫外燈發(fā)出的光通常是短波段的UVC。紫外線(xiàn)殺菌有多種應(yīng)用形式43-45。紫外殺菌效果和微生物種類(lèi)、相對(duì)濕度（RH）、輻射量（輻射強(qiáng)度×輻射時(shí)間）、房間結(jié)構(gòu)、燈管布置、燈管壽命、氣流組織等參數(shù)有關(guān)46，紫外殺菌的應(yīng)用性需進(jìn)一步探討。臭氧具有強(qiáng)氧化性，對(duì)細(xì)菌、病毒、真菌都有殺滅作用，具有廣譜性47、49。臭氧殺菌的常見(jiàn)應(yīng)用形式有臭氧消毒柜50、空氣消毒器51, 52等。臭氧也對(duì)人體有害，標(biāo)準(zhǔn)39中給出的室內(nèi)允許值要求不大于0.16mg/m3（1h平均值），一般的臭氧消毒設(shè)備的臭氧產(chǎn)量都遠(yuǎn)超過(guò)該值，因此，在使用過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)禁人機(jī)

12、同室。納米光催化殺菌早在1972年，F(xiàn)ujishima和Honda53首先報(bào)道了用TiO2電極電解水制備氫氣，自從那時(shí)起，光催化空氣凈化技術(shù)研究持續(xù)至今54-67。值得一提的是，1985年Mutsunaga等56發(fā)現(xiàn)在金屬鹵燈發(fā)出的近紫外光照射下，TiO2-Pt電極具用殺菌效果，這一發(fā)現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了用光催化方法殺菌消毒的先河。納米材料的負(fù)載技術(shù)、空氣中微生物顆粒和納米材料表面如何有效接觸、以及微生物顆粒吸附后的殺滅效果等等都是納米光催化殺菌技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。等離子體殺菌等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，是由電子、離子、原子、分子和自由基等粒子組成的集合體。等離子體中的離子、電子和激發(fā)態(tài)原

13、子都是極活潑的反應(yīng)性物種,使通常條件下難以進(jìn)行或速度很慢的反應(yīng)變得十分快速67。等離子去除生物污染具有迅速、廣譜等優(yōu)點(diǎn)，但是由于等離子技術(shù)本身尚有許多難點(diǎn)，諸如副產(chǎn)品的產(chǎn)生，發(fā)生裝置設(shè)計(jì)等，等離子體滅菌技術(shù)尚不成熟。關(guān)于微生物污染的控制技術(shù)，源頭控制、通風(fēng)稀釋和傳統(tǒng)的紫外、臭氧凈化方法在應(yīng)用上都存在一定的制約性。光催化殺菌技術(shù)以其常溫、穩(wěn)定、殺菌徹底、能耗低以及可綜合處理生物污染和VOCs污染等特點(diǎn)在環(huán)境治理領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)光催化殺菌技術(shù)的研究主要包括微生物殺滅機(jī)理研究和實(shí)際應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面。（d）室內(nèi)空氣顆粒污染控制國(guó)際上對(duì)室內(nèi)顆粒污染展開(kāi)了廣泛的研究，研究?jī)?nèi)容和現(xiàn)狀可大致概括為如

14、下方面：(1) 室內(nèi)顆粒污染的健康危害研究，通過(guò)生物學(xué)、流行病學(xué)等手段，研究細(xì)小顆粒物對(duì)人體的危害；(2) 室內(nèi)顆粒物的來(lái)源特性研究，包括烹調(diào)、吸煙、采暖、燃香、人員日常活動(dòng)、家務(wù)勞動(dòng)以及辦公設(shè)備等散發(fā)的顆粒物特性；(3) 室內(nèi)顆粒污染的動(dòng)力學(xué)行為，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試、理論模擬分析等手段，研究細(xì)小顆粒物的沉積、穿透、運(yùn)動(dòng)分布以及再懸浮等行為；4室內(nèi)顆粒污染的暴露研究，如顆粒進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)的沉積規(guī)律及其危害評(píng)價(jià)等。（e）室內(nèi)外空氣質(zhì)量的關(guān)系等  除以上(d)中所述研究室外污染物（主要是顆粒）穿透建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入室內(nèi)的定量關(guān)系之外，目前國(guó)際上主要采用測(cè)量室內(nèi)污染物濃度比(I/O ratio)

15、的方法研究室內(nèi)外控制量的關(guān)系。通過(guò)一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)、同時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外某種特定污染物的濃度，并調(diào)研監(jiān)測(cè)期間室內(nèi)的使用情況，如烹飪、清潔以及人員活動(dòng)等情況，了解一定條件下室內(nèi)外空氣質(zhì)量的關(guān)系。（f）室內(nèi)空氣環(huán)境綜合控制傳統(tǒng)的室內(nèi)空氣環(huán)境營(yíng)造目標(biāo)是創(chuàng)造均勻的環(huán)境參數(shù)，如傳統(tǒng)的混合送風(fēng)將人所在的工作區(qū)放在回流區(qū)。同時(shí)，在舒適環(huán)境營(yíng)造時(shí)主要控制室內(nèi)空氣溫度，濕度通常不進(jìn)行控制。在一些工藝空調(diào)中，濕度起著非常重要的作用，空調(diào)實(shí)現(xiàn)了溫度與濕度的聯(lián)合控制，但這往往要付出空氣冷卻后又再熱的代價(jià)，即存在所謂的冷熱抵銷(xiāo)問(wèn)題。傳統(tǒng)系統(tǒng)中的室內(nèi)空氣質(zhì)量通常通過(guò)控制新風(fēng)量來(lái)保障的。室內(nèi)的新風(fēng)量通常根據(jù)設(shè)計(jì)狀況確定，在實(shí)際使用

16、時(shí)僅根據(jù)氣象條件做少量調(diào)節(jié)（如全空氣系統(tǒng)的空氣處理裝置），或者根本不做調(diào)節(jié)（如風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)中的新風(fēng)機(jī)組）。因此，傳統(tǒng)系統(tǒng)中主要是單參數(shù)控制，在工藝空調(diào)中進(jìn)行溫濕度的聯(lián)合控制，但很難看到溫度、濕度和污染物聯(lián)合控制的系統(tǒng)。此外，控制的目標(biāo)由于是針對(duì)均勻環(huán)境，所以室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)只能使用一個(gè)傳感器，不能同時(shí)保障不同位置處于不同的室內(nèi)空氣參數(shù)。隨著人們對(duì)能源消耗的日益重視，一些新型的通風(fēng)空調(diào)方式在民用建筑和工業(yè)建筑中的應(yīng)用越來(lái)越多。如二十世紀(jì)九十年代置換通風(fēng)在斯堪的納維亞半島的大量使用，二十一世紀(jì)初個(gè)性化送風(fēng)和工位空調(diào)在民用建筑中越來(lái)越多的使用。這些新型通風(fēng)方式追求的室內(nèi)空氣環(huán)境不再是均勻的，而是不

17、均勻的，并充分利用這種不均勻來(lái)提高通風(fēng)效率。對(duì)于均勻的室內(nèi)環(huán)境來(lái)說(shuō)，熱源、濕源和污染源的位置不重要，僅強(qiáng)度重要；而對(duì)于非均勻的室內(nèi)環(huán)境來(lái)說(shuō)，不僅熱源、濕源和污染源的強(qiáng)度重要，其位置也特別重要。相同強(qiáng)度、不同位置的源可能產(chǎn)生完全不同的室內(nèi)參數(shù)分布。而目前室內(nèi)環(huán)境的控制策略幾乎全是根據(jù)均勻環(huán)境來(lái)，所以很難勝任非均勻環(huán)境創(chuàng)造的需要。另一方面，室內(nèi)熱源、濕源和污染源位置并不相同，人員或工藝對(duì)這三方面的要求也不完全相同。研究表明，如果根據(jù)不同的需要?jiǎng)?chuàng)造不同的非均勻環(huán)境，將比一直創(chuàng)造最高要求的均勻環(huán)境節(jié)約大量能量。隨著人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的舒適、健康要求越來(lái)越高，而能源供應(yīng)越來(lái)越緊張，如何充分利用非均勻環(huán)境能量

18、消耗少的特點(diǎn)成為新一代室內(nèi)空氣環(huán)境營(yíng)造的發(fā)展方向。為實(shí)際非均勻環(huán)境的營(yíng)造，必須解決下述問(wèn)題：（1）室內(nèi)溫度、濕度和污染物存在不同的要求和分布，如何根據(jù)各自的要求、采用最少的能量創(chuàng)造滿(mǎn)足總體需要的室內(nèi)環(huán)境，必須解決三者間的耦合與聯(lián)合控制；（2）室內(nèi)不同位置存在不同的參數(shù)，能否實(shí)現(xiàn)同一空間不同參數(shù)的控制，以及能否實(shí)現(xiàn)溫度、濕度和污染物在不同位置不同的參數(shù)，這是非均勻環(huán)境優(yōu)化控制重要重要的理論基礎(chǔ)；（3）室內(nèi)的人員、設(shè)備的需求可能隨時(shí)間變化，非均勻環(huán)境的創(chuàng)造必須能夠?qū)崿F(xiàn)局部空間和局部時(shí)間的控制。 在室內(nèi)空氣質(zhì)量研究中，對(duì)室內(nèi)污染物的控制一直是需要研究解決的重點(diǎn)。對(duì)于控制方法的研究有很多，但模擬仿真始終是一種方便快捷而又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。目前世界上已有的關(guān)于室內(nèi)環(huán)境的模擬軟件大多只關(guān)注某個(gè)領(lǐng)域，如建筑能耗模擬，建筑通風(fēng)模擬，或是單純的污染物模擬，還沒(méi)有真正的能夠?qū)⒏鞣N因素綜合考慮對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬的軟件。我們目前的工作就是在多區(qū)網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上建立這樣一個(gè)污染物模擬平臺(tái)，使其具有下面的一些功能： 使該軟件能成為一個(gè)設(shè)計(jì)工具，可以在最初建筑設(shè)計(jì)階段就可以通過(guò)模擬了解采用該設(shè)計(jì)方案后可能會(huì)產(chǎn)生的室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題。 對(duì)于已經(jīng)裝