摘要:本文根据美国采暖制冷空调工程师学会的达到可接受的室内空气品质的通风标准2004年新的版本,分析了相应的变化,讨论了保证室内空气品质与空调房间通风量的关系,叙述了该标准新版本可能对我国空调通风领域的影响和作用。 关键词:室内空气品质,ASHRAE标准,通风,健康
1.引言 由于日益增长的问题在上个世纪70年代逐渐引起了人们的广泛关注,建筑物的通风需求量成为各种标准与规范的一个重要的设计依据,热舒适通风以降温通风为主,利用低于室内空气温度的室外空气导入室内;而以保证室内卫生条件为目的的室外空气处理则是通过引入后稀释室内污染物浓度,确定保证室内空气品质的最小新风量为标志的健康通风,因而以健康和安全为室内通风的主要目的的理念影响到了标准、规范的修订和重新制定。
美国ASHRAE标准62{dy}次出版是在1973年,当时的标准命名为自然通风和机械通风的标准。经过1981年颁布第二个版本后,自1986年起就开始了酝酿修订,并组织了公开的公众评议。1989年颁布的《ASHRAE标准62-1989》即第三版提出要以达到可接受的室内空气品质作为基准,指导通风空调系统对通风量尤其是新风量的设计计算和分析,表明人们对室内空气品质的认识已经提高到主客观评价并重的层次上来。ASHRAE标准修订委员会从1992年就开始修订,于1996年完成修订的62R标准对计算方法又进行了更新,把室内污染分为人员污染和建筑污染并同时加以考虑,是首先用强制性法规语言编写的通风标准文本。
在1999年及2001年先后颁布了第四、第五个版本。有关该标准的{zx1}一版是《ASHRAE标准62.1-2004》,题目仍为可接受的保证室内空气品质的通风量,但在许多方面有了较大的变化。新标准适用于商业建筑、公共建筑和高层居住建筑(包括新建建筑和现有建筑),而单层式住宅和低层住宅建筑并入62.2标准。2004年标准颁布之后于2006年又对一些相关内容进行了补充和修订。 尽管ASHRAE这一标准的发布和执行引起了不少争论,但它确实为涉及建筑的工业各行业和公众在通风和室内空气品质方面提供了一个重要的标准。因为新信息、新技术的不断涌现以及实际运行中存在着的问题,标准在所包含的涉及内容方面就不仅仅局限于通风量的需求,还包括了室外空气品质、湿度管理等方面的内容。本文旨在分析新标准对保证舒适、健康和安全的室内环境,调节通风量与室内空气品质关系的作用,讨论可供国内暖通空调界借鉴的有用内容。
2.新版本通风标准的变化和进展 首先在国外空调通风界对新标准的认识和体会来看,认为理解当前的新标准版本和修订的理由是十分重要的。从标准的修订过程分析,标准的调整、修改、补充和更新是标准制定委员会在上一轮版本颁布后立即着手进行的工作,这次新标准的制定目标是采用模板式的建筑代码,这在过去标准中是没有的,例如用强制性的和规定性的语言表达空调房间的最小新风需求量,这就避免了含糊不清、模棱两可的信息类的表述,过去的有关标准很多方面是非强制性的表述,推荐性的用词往往会造成歧义,难以执行。规范性语言的一个很好的例证就是对原标准中通风系统将要被设计成防止排风在排出室内污染物后又重新被室外空气吸入口卷吸入室内的问题,没有使用将要等推荐用语,而是采用要求这样的词语,重要的是保证标准的xx性,不会因为表述不清晰使得设计师难以正确的遵守。新标准以表格形式给出了室外空气吸入口与室内排风口之间的可以预知的最小距离,也包括了其它的潜在的室外空气污染源等,就比较清晰的表述了如何遵从实际需求和如何贯彻标准。
《ASHRAE标准62.1-2004》将《ASHRAE标准62-2001》出版以来先后公布的多项补充更新一起收入新版本,其中比较关键的如规定了空调系统中室外空气通风率、通风量计算方法等内容,是保证室内空气品质的重要内容。通过对房屋类别、通风率的构成、通风率的取值范围、通风量的计算步骤及方法的根本性修整和规制,为暖通空调界的各类工程师提供了科学合理的依据。例如针对过去标准存在的问题和缺陷进行了修改,包括了名词概念上的更新;计算公式与变量命名的变更;对基础数据表的变更和新的通风量计算步骤的统一规定。 新标准更多的强调了控制室内空气品质要以健康为主旨,即要关注健康。其中许多要点要求使用标准的人们要能够更好地满足用户的需求,采取措施使得提供给房屋使用者可接受的室内空气品质,使对健康的负面影响最小化,同时保证房屋业主没有关于健康方面的投诉。这些限制和要求当然在一定程度上是建立在人们对存在健康危害的室内空气品质的有限理解的基础上的。 新标准的制定发挥了多方面的积极性,例如开辟了公众评议的时间和空间;组成的标准修订委员会包括了咨询工程师、规范管理的官员、设备制造厂商和室内空气品质的专家,通过广泛性和专业性相结合,使得新标准能够较全面地反映新技术、新信息,同时能够汲取以往老标准在实际贯彻时的经验教训。 在征求意见和具体颁布实行时,听到的负面意见是认为新标准相对的复杂性提高了。设计者在使用新标准时强制性、指令性的条款增加了,一方面更加直接、简单;另一方面是综合性提升和复杂性增加。设计者要在满足设计要求的同时提出如何降低设计、安装的成本,因而需要识别系统设计、通风效能系数的提高、考虑周期性或随机性人数的变化、实际的净空间和对室内空气的接受程度,所以设计者在设计过程中就一定要基于对工程特性的判断,规划好内部环境的正确方案,不是一味采取恒定的设计参数,要考虑可调节性。有时解决室内空气品质问题并不是依靠增加室外空气通风量,而是要同相应的空气过滤、净化处理;敏感元件和传感器及控制设备集成在一起考虑。设计者对业主(或项目委托人)实际经济成本的考虑也很重要,对控制室内空气品质的方向和手段应提供给业主,以便于决策。标准还使设计方承担较多的法律责任和风险。经过分析,人们认为新标准的复杂性可能还体现在标准本身并不局限于满足设计,对施工安装、试运行、启动和运转、维护保养和日常管理均有相应的要求,因而在设计一开始就要认真考虑今后系统的运行、管理和维护。
3.新风量的确定问题 如前所述,随着人们对室内空气品质的关注,通风空调系统中的新风问题也引起行业内和社会的日趋重视,即新风量确定的影响因素是什么?新风率到底多少是合适的?依据机理研究的发展和相关技术的进步,确定新风量的思路也随之发生着变化。 引起室内所需新风量的原因从大的方面可以分为三类:一是室外空气环境;二是暖通空调系统的设计或运行方式;三是各类污染物产生的污染物的量。当然三者并非xx独立,因为某些气体污染有时也是由于系统设计与运行方式的不适引起的。另外室外空气环境的状态变化也可以通过对暖通空调系统的优化设计、合理匹配、气流组织安排、科学调度和控制加以解决的。 从开始人们认为室内空间人是主要的污染物来源,实施对空间的通风可以稀释空气中的污染程度,因而制定每人所需的最小新风量就成为设计的一个原则。随之人们认为室内其它污染源也会造成污染空气、引起疾病,如新型建筑装饰材料、含有粘结剂和充填物的家具用品、各种化学剂、含有染整剂等的纺织品和办公设备形成的大量低浓度的污染物日积月累,造成在封闭空间中人们的健康问题。随着舒适、健康和安全理念的提出,采取降低新风量来实现减少空调房间的能耗的做法再度引起人们的议论,引入室外新风以保证健康这一通风主要目标的实现成为主流。因而回顾近几十年对于室外新风量(率)的变化过程,不难理解人们在采用科学技术原理和手段对工程领域应用的演化作用和对社会观念的影响。 在空调通风领域的进展过程中,人们对于吸收大量的新技术、新理念、新信息来制定标准和规范的要求越来越强烈,以此作为指导设备制造业、房屋投资商及业主、室内环境控制人员保证室内空气品质的指南。《ASHRAE标准62.1-2004》作为新版本在积累了大量的数据和经验的基础上,给出了在不同应用场所中考虑室内各种污染源强度时以{zd0}允许浓度为约束的相应确定最小室外空气通风量的依据,是以表格形式列出的,同时也以舒适、健康准则为基础提出了性能设计法来计算最小新风量,其中包含了污染物类型、发生率和可接受浓度的计算方法。
4.通风率与室内空气品质的关系 增加新风量有助于改善室内空气品质,而单纯从能源数量的角度分析,节能又要求减少新风量,表面上看是一对矛盾,如何解决这一矛盾,即如何在确保良好的室内空气品质或者至少能够被在空调房间的人们可以接受的室内环境条件下,尽可能的节能,已经成为世界各国相关领域人们共同关心的焦点之一,也是当前对空调通风界最重要的挑战。 从对室内空气污染物的控制策略来看,可以包括源控制(移去污染源);通风控制(引入清洁空气进入被污染空间,稀释已污染空气并及时排除已污染空气)和xx控制(通过物理、化学的手段控制污染物)。目前解决室内空气品质问题的主要方法还是通风控制法,但风量大毕竟导致室内风速增大,能耗(风机、水泵、新风处理机组和冷热源等)增加。建筑的冷暖提供方式和暖通空调系统与设备的设计、安装和控制运行也应该符合室内空气品质的要求。例如主要设备和控制方案要具备适应环境变化的能力,实现有效的温度控制和湿度控制,不适应采用定流量(风量、水量和冷热量等)的场合应该选用变流量方式;要避免设计失误(换季节、跨季节和部分负荷的考虑)都会造成通风率过高和过低,影响室内空气品质。 新标准在保留通风设计的两种方法(通风率法和室内空气品质法)的同时,考虑了采取措施,对暖通空调设备和系统提出了明确要求,以利于满足可接受的室内空气品质和减少能源消耗。 通风率法(VRP,ventilation rate procedure)即向空间提供一定质量的通风量以获得可接受室外室内空气品质,一般不允许减少室外空气量,即给出了空间所必需的通风率和各种空气处理的方式,是基于生理考虑、主观评价和职业判断而得出的一系列表格。这里保证通风的有效性是关键。 室内空气品质法(IAQP, indoor air quality procedure)即通过控制空间内已知的、标准中列出的污染物以获得可接受的室内空气品质的方法,可以用于对通风率法的变型,但未给出通风率和空气处理方式。例如采用空气净化的方法,通过过滤系统和空气再循环系统的使用,允许减少在通风过程中的新风量。这种方法提供了减少暖通空调系统的运行成本的方案。 该方法需要考虑现有污染物的性质、室内污染源的散发率、污染物的{zd0}允许浓度、送风源中特定的污染物浓度,往往采用xx或控制室内污染源的散发量,增强新风的稀释效应,提高室内换气效率。这里要求能合理地处理工作区与整个空间区域的关系,关注热湿负荷、新风负荷和气流组织的合理处理方法。
5.结语 ASHRAE的通风标准在国际上是最有影响的专业化标准,根据三十五年的演化,大致经历了为适应建筑节能要求降低新风标准的{dy}阶段;为改善室内空气质量而提高新风标准的第二阶段;为更合理解决室内空气品质和建筑节能矛盾,提出更为完善的通风标准的第三阶段。研究ASHRAE的通风标准的主要特征和关注点,可以有助于我们立足于中国国情,处理好空调空间的室内空气品质问题,不至于重蹈发达国家在室内空调通风过程中的弯路。 由于不同的国家经济技术发展状况、地理位置和气候条件不同,解决室内空气品质的具体方案和思路也会有差异性。
我国于2002年末发布的《室内空气质量标准》就是参照了世界卫生组织、美国、欧盟、德国、英国、日本、北欧和加拿大等国的相关标准和规范,根据我国的具体经济技术实际制定出来的。当然对于设计不同质量水准的不同建筑,执行确定的标准和规范也会有所不同。研究《ASHRAE标准62.1-2004》,可以提示我们关注以下几个方面:
(1) 要分析形成室内空气污染的来源,考虑污染叠加性的问题;
(2) 开展空调单区和多区中的空气品质问题的对比研究;
(3) 提高通风系统的换气效率和通风的有效性;
(4) 根据应用场合,决定采用变风量系统的可行性;
(5) 增强新风的稀释效应并不是单纯地增加新风量的供给,应注意一下空气的过滤、再循环系统,同时实时控制和减少滞后很重要;
(6) 保证可接受的室内空气品质的通风,系统设计的灵活性和易调性很重要;
(7) 标准的贯彻不能局限于设计一个系统,而要考虑整个全过程;
(8) 对于室内空气品质标准的执行关键是落实。
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