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1、空调系统污染建筑室内环境的途径及机理的研究Study on the paths and mechanism of HVAC systems polluting the building indoor environment摘要：关键词：空调系统，室内空气品质，污染，途径，机理（一） 立项依据与研究内容1、 项目的立项依据近年来，室内空气的污染已经直接影响到人们的健康甚至生命安全。特别是2003年SARS的暴发流行以及长期存在的“空调病”已引起了全球各地学术界的高度重视。室内空气污染给社会造成的严重后果给暖通空调领域提出了新的挑战，如何从源头上更有效地防止室内环境被污染并保障公共环境卫生安全已成
2、为刻不容缓的任务和课题。HVAC（heating, ventilation and air conditioning）系统建造和存在的最主要目的是为人类提供健康和舒适的环境，然而随着HVAC系统的长期应用状况及生物医学方面的发现，HVAC系统已经成为导致建筑室内环境污染的主要根源之一。特别是近年来对HVAC系统过分强调其节能的要求，HVAC系统从设计开始，到其日常的运行及维护等方面，都几乎忽略了它的原始目的之一提供健康、卫生的室内环境。欧洲在上世纪90年代中期就开始注重HVAC系统对室内环境的影响特性，研究人员通过一个项目名为“European IAQ-Audit project”1的工作，调
3、查了56个办公楼。结果发现所有大楼的室内空气品质都较差，而且室内人员对室内环境的不满意率都较高。这个项目的最重大发现是：HVAC系统本身就是污染室内空气的两个最大根源之一（另一个是众所周知的建筑及装饰材料），而通常所认为的室内人员对室内空气品质的污染影响则远远小于它们。在同时进行的另一个项目名为“European Database on Indoor Air Pollution Sources in Buildings”2也获得了几乎完全相同的结论：整个HVAC系统，包括其部件和设备，都是污染室内环境的罪魁祸首之一。尽管这些项目的研究以及其他类似的研究3,4,5,6都报道证实了HVAC系统及其
4、部件和设备在传输空气的同时也污染了空气，但是，HVAC系统污染空气的过程、污染途径和机理，至今还未有完全明了的解释。近几年来，无论是国内还是国外，无论是政府部门还是HVAC生产商及研究机构，都对HVAC的健康问题十分重视，因此一些净化室内空气的装置和设备，如光触媒、高压静电等，都大有推广应用的趋势。但是，如何正确、合理和恰当地应用这些装置和设备，其前提条件在于获知污染源之所在及污染之机理。否则，一方面可能会造成HVAC建造和运行成本的增加，而且净化效果不明显；另一方面还有可能造成室内环境的二次污染。而解决问题的关键所在，就是要完全了解HVAC系统污染空气的途径和机理，只有这样才能在设计和运行维
5、护中采取包括增加净化设备在内的各种有效措施，保持室内环境的健康性和卫生性。而当前还未有相关方面的研究报道。当前，来自于欧洲7国的12个大学、研究所和公司开始了一个简称为AIRLESS（Design, Operation and Maintenance Criteria for Air Handling Systems and Components for Better Indoor Air Quality and Lower Energy Consumption, Pre-Normative Research）7的项目，针对欧洲当前HVAC系统的设计和使用状况，该项目希望获得目的在于提高和改进
6、HVAC系统及其设备和部件性能的应对策略以及相应的理论和规范，其最终目的是为了建立HVAC系统设计和运行维护的统一标准和协议。基于国外的研究进展状况，我们建议目前我国也应开展相应的研究，其主要原因有二：(1). 我国近年来的经济快速发展使我国进入了一个电力十分紧缺的阶段，这使得当前国内的建筑空调系统从设计到运行维护方面，都以简化和节能为首要考核指标，这无疑会使HVAC系统在恶化室内空气品质和影响人们身体健康方面埋下隐患。研究HVAC系统污染室内环境的途径，了解其机理，就可为找出解决问题的方法提供先决条件，同时，也可为HVAC系统合理的节能设计和恰当的节能运行控制策略提供理论基础。(2). 基于
7、建筑空调的迅猛发展趋势和健康节能的要求，从自主知识产权角度出发，在未来的几年里，我国应制定自己的HVAC系统的健康评判标准及相应的技术规范和协议。该建议项目的研究将会给今后的评价方法和技术协议提供坚实的理论基础；正是基于上述原因，本研究确立以“空调系统污染建筑室内环境的途径及机理的研究”为课题内容，集建筑环境与设备、工程热物理等学科的基础知识和研究方法，揭示HVAC系统的各个设备和部件在污染室内空气中的作用，从而深入地了解其污染途径和机理，为解决HVAC系统的健康和卫生问题提供理论依据。参考文献1. Bluyssen PM, de Oliverira Fernandes E, Groes L,
8、 Clausen GH, Fanger PO, Valbjorn O, Bernhard CA, Roulet CA. European audit project to optimize indoor air quality and energy consumption in office buildings. Indoor Air Journal, 6 (1996): 221-2332. Clausen GH, de Oliverira Fernandes E. European database on indoor air pollution sources in buildings.
9、Final Report, (1997)3. Moritz M, Schleibinger H, Ruden H. The influence of service life, filter medium, air temperature and relative humidity on the growth of micro-organisms on air filters in HVAC systems. Healthy Building97, Vol. 1(1997): 623-628, Washington DC, USA4. Kemp SJ. Filter collection ef
10、ficiency and growth of micro-organisms on filters loaded with outdoor air. ASHRAE Transactions 101(1995): 533-5415. Bjorkroth M, Asikainen V. The effect of ventilation duct material and dust accumulation on perceived supply air quality. Healty Building2000, Vol. 2(2000): 157-162, Helsinki, Finland6.
11、 Kemp PC, Carlsson T, Nickelmann A, Neumeister-Kemp HG. Comparison of micro-organisms loading from two air filter materials during the first eight weeks of service life. Indoor Air99 Vol.2(1999): 25-30, Edinburgh, England7. Bluyssen PM, Cox C, Seppanen O, de Oliverira Fernandes E, Clausen G, Muller
12、B, Roulet CA. Why, when and how do HVAC-systems pollute the indoor environment and what to do about it? The European AIRLESS project. Building and Environment, 38 (2003): 209-2252、 项目的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题。（1）.研究内容在影响室内环境的各种污染物中，微尘、可挥发性有机组份（VOCs, volatile organic compounds）和微生物是影响人们健康的三大祸根，而HVAC系统及其部
13、件正是这三大污染物初始的产生源之一或者传播（抑制/加剧）的主要途径。因此，本研究确立这三种污染物作为污染室内环境的对象，研究和分析HVAC系统在空气输送过程中它们的产生机理、传播（抑制/加剧）途径以及相关的影响因素，项目研究的主要内容包括以下三个部分：A. 研究HVAC系统的多个部件在微尘、VOCs和微生物的产生和传递中的贡献。着重于空气过滤器、风管、加湿器、翅片管换热器和转轮热湿交换设备等部件，分析和研究它们在材料选用和结构设计上对三种污染物的产生或传递的影响；B. 研究HVAC系统部件所处的物理/化学环境工况对微尘、VOCs和微生物产生或传播的影响因素。着重于温度、相对湿度和空气流速等参数
14、对三种污染物影响室内环境的抑制/加剧作用；C. 结合各部件及其环境工况对输送空气的污染机理，对两种结构型式的HVAC系统（集中式和半集中式），从系统设计方面以及系统运行和维护方面对微尘、VOCs和微生物的产生机理或传递（抑制或加剧）途径进行分析和研究。在系统设计方面着重于研究和分析系统布局和部件设置以及工况设计等因素；而在对系统运行和维护方面则着重于研究和分析运行控制工况以及维护保养周期和方法等因素。（2）.研究目标A. 通过实验研究和理论分析相结合，找出HVAC系统及设备和部件在微尘、VOCs和微生物三种污染物的产生和传递中起重要作用的各种因素，并获知这些因素的影响关系以及关联特性，从而揭示
15、HVAC系统污染室内环境的途径和机理，为使HVAC系统能够维持良好健康的室内环境在设计、运行和维护等方面提供科学基础和理论指导，并可以为今后相关标准和技术规范的制定创造必要的理论依据；B. 在国际著名期刊上（如“Building and Environment”，“Indoor Built Environment”等）发表研究论文5-8篇，在国内一级学报期刊上发表研究论文10-15篇；C. 培养博士生、硕士生10-15名。（3）.拟解决的关键问题A. 探明HVAC系统部件的材料和结构型式与微尘、VOCs和微生物等三种污染物的产生和传递之间的关系；B. 揭示部件的各种工况环境（温度、湿度和风速）对微尘、VOCs和微生物等三种污染物产生和传递的影响。3、 拟采取的研究方案及可行性分析。（1）.研究方案A. 实验研究拟采用如下图所示的实验方法进行实验。实验研究和分析的内容包括：实验方法原理示意图a) 相同运行工况及参数下，空气过滤器的类型、材料、等级及新旧程度对三种污染物的影响；在相同的过滤器情况下，运行工况的状态或参数（温度、相对湿度、空气流速、有无预热等）对三种污染物的影响；b)
