連載 · 3 | 《變風量空調系統》1.2 熱舒適性與室內空氣品質
2017-07-07
1.2 熱舒適性與室內空氣品質
室內空氣環境是建筑環境中的重要組成部分，其包括室內熱濕環境和室內空氣品質。 在現代，尤其是辦公建筑中，人們處于室內的時間較長，室內空氣環境直接影響到人員 的工作效率和身心健康，營造一個良好的室內空氣環境是暖通設計人員的工作出發點和 最終目的。
1.2.1 室內熱濕環境
室內熱濕環境主要包括室內空氣的干球溫度和相對濕度兩個指標，其形成主要來自 各種外擾和內擾的影響。外擾主要包括室外氣候參數，如室外空氣溫度和濕度、太陽輻 射、風速、風向變化，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 內熱濕環境產生影響；內擾則主要包括室內設備、照明、人員等熱濕源。
室內空氣的干球溫度是室內熱濕環境的首要控制指標，不同類型的建筑、功能房間 在設計溫度上存在差異，相關的設計手冊和規范上對此都進行了明確規定。
室內空氣的相對濕度是室內空氣環境的另一個重要參數，人體在室內感覺舒適的最 佳相對濕度是 40% ～ 50%。相對濕度過小會導致人體呼吸道疾病，加速皮膚衰老、靜 電現象等。相對濕度過大，易滋生微生物。合理的控制室內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。
已有研究發現，夏季偏熱環境下，高空氣濕度會提高人體熱感覺，因此，夏季 空調中適當地降低空氣的相對濕度、提高室內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荷，增大送風溫差，減小送風量，降低能耗， 實現節能。
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 創造了有利條件，因此，在室內濕平衡能夠保證的情況下盡量少加濕或不加濕，或 者適當降低室內干球溫度來改善濕平衡條件，是處理冬季室內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，心理學的一個分支稱為心理物理學，即是一種針對感覺和刺激之間關系的研 究學科。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境的熱感 覺，要求受試者按某種等級標度來描述其熱感。而心理學研究的結果表明，一般人可以 不混淆的區分感覺的量級不超過七個，因此，對熱感覺的評價指標往往采用七個標度， 表 1-1 是目前使用最廣泛的兩種標度，ASHRAE* 七點標度的優點在于精確地指出了熱 感覺，而貝氏標度的特點是把熱感覺和熱舒適合二為一。
* 美國采暖、制冷與空調師學會，是國際標準化組織（ISO）指定的唯一負責制冷、空調方面的國際認證組織。
表 1-1 Bedford 和 ASHRAE 的七點標度
Bedford（貝氏標度） | ASHRAE熱感覺標度 | ||
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 對熱環境表示滿意的意識狀態。多數情況下，可以認為“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，而熱舒適 則是身體調節的一種反應，是隨著熱不舒適的部分消除而產生的。由于兩者分離現象的 存在，實驗研究人體熱反應時往往同時設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 室內空氣品質
室內空氣品質的定義經歷了許多變化，最初將室內空氣品質幾乎完全等價于一系列 污染物濃度指標，這種純客觀的定義不能充分反映室內空氣品質對人的影響，該缺點逐 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的 主觀判斷標準：空氣品質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對室內空氣品質做出合理的評價。針對這一 矛盾，ASHRAE 1998 年頒布的 ASHRAE 62—1989《滿足可接受室內空氣品質的通風》 中兼顧了室內空氣品質的主觀和客觀評價，給出的定義為：良好的室內空氣品質應該是
“空氣中沒有已知的污染物達到公認的權威機構所確定的有害物濃度指標，且處于這種 空氣中的絕大多數人（≥ 80%）對此沒有表示不滿意。”
隨著工業革命和城市的發展，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，就有頒布關于煙塵排放的法律，但是直到 20 世紀 60 年代，室內污染對于人 類健康的影響才引起人們的廣泛關注，才開始有一系列針對室內空氣品質的測試和研究。 隨著現代社會的發展，新型合成材料在現代建筑中的廣泛應用，散發有害氣體電器產品 的大量使用，傳統空調系統的固有缺點以及系統設計和運行管理的不合理，強調節能導 致的建筑密閉性增強和新風量減少，室外空氣污染的日益嚴重等一系列原因使得室內空 氣品質的研究越來越受到重視，成為建筑環境科學領域的一個重要組成部分。
造成室內空氣品質低劣的主要原因是室內空氣污染，一般分為三類：物理污染、化 學污染和生物污染。
（1）化學污染：主要為有機揮發性化合物和有害無機物引起的污染。有機揮發性 化合物包括醛類、苯類、烯等 300 多種有機化合物，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。無機污染物主要為氨氣、CO2、 CO、NOx、SOx 等，其主要來自室內燃燒產物。在以上眾多污染物中，CO 是最為嚴重的 污染物之一。CO 是燃燒不完全的產物，無色無味且有極強的毒性，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 室內加入 CO 報警的標準也經過了多次討論，ASHRAE 62.2—2013 對設置 CO 報警做出了 明確規定。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 | |
229 | 1145 | ||
1h | 20min | 10 | 運動負荷降低 |
7h | 45min | 20 | 呼吸困難，頭痛 |
75min | 30 | 嚴重頭痛、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：細菌、真菌和病毒引起的污染。 為了有效控制室內污染、改善室內空氣品質，需要對室內污染的全過程有充分而全
面的認識，室內空氣污染有污染源散發，在空氣中傳遞，當人體暴露于污染空氣中時， 即對人體產生不良的影響。室內空氣污染的控制可以通過三種方式實現：源頭治理、通 新風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
源散發強度，污染源附近局部排風都可有效控制室內污染；通風和合理化氣流組織應該 在設計中予以重點考慮，適宜的新風量和合理的氣流組織對改善空氣品質有著很大的幫 助；空氣凈化是控制室內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，設計時可以根據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。
表 1-4 常用過濾器的性能指標
過濾器類型 | 有效捕集粒徑 （μm） |
適應的含塵濃度 | 過濾效率（%） | ||
質量法 | 比色法 | DOP法 < ? | |||
