室內(nèi)空氣品質(zhì)的若干探討及模糊評(píng)判

1、室內(nèi)空氣品質(zhì)的若干探討及模糊評(píng)判室內(nèi)空氣品質(zhì)的若干探討及模糊評(píng)判師奇威 ，賈代勇，杜雁霞解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院 摘  要：本文概述了室內(nèi)空氣品質(zhì)問題的起因，分析了室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響因素和改善措施，根據(jù)室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)的不確定性和連續(xù)性，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)判，并建立了數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：室內(nèi)空氣品質(zhì) 模糊數(shù)學(xué) 模糊評(píng)判 影響因素 回風(fēng) 污染源Some discussion on Indoor Air Quality and fuzzy judgement         Shi

2、 Qiwei, Jia Daiyong and Du Yanxia     School of Engineering, PLA University of Science and TechnologyAbstract: The paper summarizes the reasons of IAQ becoming urgent , analyses impacting factors and improving methods, according to uncertainty and continuity of IAQ judgement, bri

3、ngs forth fuzzy judgement based on fuzzy mathematics and constitutes mathematics model.Keywords: IAQ, fuzzy mathematics, fuzzy judgement, impacting factors, return air, source of contamination0  引言 室內(nèi)空氣品質(zhì)是現(xiàn)代建筑科學(xué)的前沿課題，直接影響著人們的生產(chǎn)、生活及健康狀況。它涉及醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、建筑環(huán)境工程、建筑設(shè)計(jì)等眾多方面，目的是創(chuàng)造衛(wèi)生、健康、舒適的室內(nèi)氣候環(huán)境。在修訂版AHRAE62-1

4、989中，可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)：空調(diào)空間中絕大多數(shù)人沒有對(duì)室內(nèi)空氣表示不滿意，并且空氣中沒有已知的污染物達(dá)到公認(rèn)的權(quán)威機(jī)構(gòu)所確定的有害物濃度指標(biāo)。感受到的可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)：空調(diào)空間中絕大多數(shù)人沒有因?yàn)闅馕痘虼碳ば远硎静粷M。高品質(zhì)的室內(nèi)空氣是室內(nèi)人員健康的保障。伴隨著室內(nèi)空氣品質(zhì)問題的日漸突出，產(chǎn)生一系列的健康，經(jīng)濟(jì)，法律方面的問題，室內(nèi)空氣品質(zhì)問題成為發(fā)展商、野豬、物業(yè)管理人員與使用者在21世紀(jì)日益關(guān)注的問題之一。1  IAQ問題日益引起關(guān)注的因由1.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們生活的不斷改善   目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和人們的生活質(zhì)量都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，住房和工作條件明顯改

5、善，生活、工作和休閑等的大部分時(shí)間是在封閉的使用空調(diào)人工環(huán)境內(nèi)，很多人都切實(shí)感受到了“空調(diào)病”的影響。人們教育程度的提高，環(huán)保和健康意識(shí)的加強(qiáng)，都使更多的人關(guān)注室內(nèi)空品質(zhì)。1.2 環(huán)境污染的不斷惡化新風(fēng)系統(tǒng)是保障室內(nèi)空氣品質(zhì)的關(guān)鍵，長(zhǎng)期以來(lái)，人們將加大新風(fēng)量作為當(dāng)然的改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的方法。但近年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，城市建設(shè)步伐的加快，人口密度不斷增加，汽車的擁有量的不斷上升，人們?cè)谏a(chǎn)和生活過程中不斷向外排放廢氣，致使室外空氣質(zhì)量逐步惡化。1.3病態(tài)建筑綜合癥的降臨以往，人們往往比較重視明顯的室內(nèi)污染物，忽視了許多低濃度的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC（Volatile Organic Compou

6、nds）以及空氣處理設(shè)備中大量水體存在；同時(shí)為節(jié)能，提高建筑的氣密性和熱絕緣性，降低室內(nèi)最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)等，導(dǎo)致微生物的滋生和繁衍等多種因素對(duì)人體的綜合作用，以致長(zhǎng)期在封閉室內(nèi)工作的人們，常產(chǎn)生眼頭暈、刺激、頭痛、胸悶、皮膚干燥、嗜睡、煩躁等癥狀（“病態(tài)建筑綜合癥”），嚴(yán)重影響人們的身體健康和工作效率。1.4 藥劑和新型材料的廣泛采用民用建筑新風(fēng)量設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是以人作為最主要的污染源，但如今大量的新型建筑材料、裝飾材料、新型涂料和粘接劑的大量采用，新型的辦公用具不斷涌現(xiàn)，高效簡(jiǎn)便的清潔劑、殺蟲劑、除臭劑大量使用，使室內(nèi)空氣中出現(xiàn)許多種揮發(fā)性化學(xué)污染物。這些污染物濃度很低，即使用最現(xiàn)代化的化學(xué)分析方法

7、也難于測(cè)定，而人的鼻子卻能感覺出來(lái)，但長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)這些大量的低濃度污染漠不關(guān)心。2  影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的若干因素2.1 室內(nèi)外污染源室內(nèi)的污染源大致有：（1）人體自身污染，包括身體散發(fā)的異味及少數(shù)病患者經(jīng)由空氣的交叉?zhèn)魅荆唬?） 顆粒污染物與建筑裝飾材料、涂料和家用化學(xué)品釋放的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）；（2）微生物污染物，包括來(lái)自于腐敗物和寵物的代謝產(chǎn)物的霉菌、細(xì)菌、病毒等；（4）氡及其衰減子體等放射性物質(zhì)，主要來(lái)源于土壤、磚頭材料等；室外污染源主要包括汽車尾氣中所含的氮氧化物，工業(yè)和民用鍋爐排除的 、CO與可吸入顆粒物等。2.2 空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生的污染空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備本身也易成為污染源

8、。如在表冷器降溫、減濕過程中，其表面凝水積塵和滴水盤集水極易滋生細(xì)菌；過濾器富集灰塵和微生物，如不及時(shí)更換，極易成為系統(tǒng)內(nèi)的大污染源；另外系統(tǒng)中的連接部件（帆布接頭、法蘭連接等）最易積塵和發(fā)霉。2.3 室外氣候變化和大氣污染這是導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量變差的主要外因。因?yàn)闊o(wú)論是室外大氣還是室內(nèi)空氣，都屬于大氣環(huán)境的一部分，彼此之間相互流通，不存在絕對(duì)的屏障物，而室外空氣隨氣候而變化。如潮濕、悶熱、高溫、多雨等；在城市，有害氣體、煙塵的排放使大氣嚴(yán)重污染。2.4 揮發(fā)性有機(jī)物VOC(Volatile Organic Compounds)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物的污染已延續(xù)20多年，主要來(lái)源有：（1）人體自身

9、自然散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)化合物，如異戊二烯，丙酮；（2）建筑材料，如地毯、油漆、墻板、地磚、新家具等釋放的混雜有機(jī)化合物；（3）為節(jié)能而采用的絕緣材料也釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物。各種不同的揮發(fā)性有機(jī)化合物混在一起與臭氧產(chǎn)生化學(xué)作用，室內(nèi)空氣中就會(huì)出現(xiàn)許多隱形殺手。但到目前為止，還沒有找到能準(zhǔn)確測(cè)量揮發(fā)性有機(jī)化合物含量的方法，主要因?yàn)榭諝庵谢瘜W(xué)混合物的隨時(shí)變化，但有一點(diǎn)可以肯定，即有機(jī)化合物的濃度越高，“建筑綜合癥”就越嚴(yán)重，室內(nèi)空氣品質(zhì)就越惡劣。2.5 新風(fēng)的影響工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及汽車擁有量的增加在一定程度上使室外空氣的品質(zhì)逐步下降。在原室外空氣指數(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的舊空調(diào)系統(tǒng)已不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要，引入的新

10、風(fēng)不僅不能起到稀釋作用，而且還會(huì)加重污染室內(nèi)空氣，從而使室內(nèi)空氣品質(zhì)下降。另外，熱濕處理設(shè)備在加濕、減濕過程中，僅僅減少了飄塵數(shù)量，而對(duì)“分子污染物”無(wú)能為力，新風(fēng)中攜帶“分子污染物”成為污染源。特別是室外濕度較大，在降溫、減濕時(shí)，表冷器表面凝水積塵、滴水盤排水不暢，極易污染空氣；系統(tǒng)中的部件如帆布軟接頭、法蘭連接處等最易積塵和發(fā)霉最易發(fā)生微生物污染。新風(fēng)系統(tǒng)是保障室內(nèi)空氣品質(zhì)的關(guān)鍵,長(zhǎng)期以來(lái),人們將加大新風(fēng)量作為當(dāng)然的改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的方法。人為等不斷向外排放的廢氣使室外空氣質(zhì)量逐漸惡化，城市熱島效應(yīng)使市區(qū)的大氣污染加劇，某些空氣質(zhì)量指標(biāo)已超過室內(nèi)空氣質(zhì)量的控制指標(biāo)，這種情況下,引入新風(fēng)不僅

11、不能起到稀釋作用,而且還會(huì)惡化室內(nèi)空氣品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明,幾乎所有空氣處理部件都是污染源，包括過濾器、盤管、回?zé)崞?、風(fēng)機(jī)和消聲器，其中過濾器影響最大。2.6 回風(fēng)的影響在空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)因室外環(huán)境有塵埃和被污染的氣體。室內(nèi)本身具有污染源，回風(fēng)再次進(jìn)入室內(nèi),會(huì)產(chǎn)生二次污染，使室內(nèi)空氣污染加劇?；仫L(fēng)對(duì)室內(nèi)空氣污染物濃度的影響分析如下：設(shè)新風(fēng)量為(/min),此新風(fēng)中無(wú)任何污染物,進(jìn)入空調(diào)機(jī)組的風(fēng)量為(/min),房間里有代表性的有毒有害氣體涌出量為(/min),在機(jī)組初運(yùn)行( )時(shí),均勻沖淡后具有代表性的有害氣體濃度為(%),也稱為初始濃度,則：    

12、0;                  （1）如利用回風(fēng)（循環(huán)氣流）節(jié)能，必須使 < ,則回風(fēng)量為            回風(fēng)的無(wú)限循環(huán)使得室內(nèi)污染氣體濃度將增大，設(shè)最后達(dá)到的最大有害氣體濃度為 ，并且 表示第n次循環(huán)后的有害氣體濃度。第一次循環(huán)后：  （2）    

13、60;                        第二次循環(huán)后：   （3）由數(shù)學(xué)歸納法知第n次循環(huán)后：   ( 4 )所以：     （5）鑒于空調(diào)房間必須供給新風(fēng)，則 。  （6）全空氣空調(diào)系統(tǒng)一般不采用直流式空調(diào)，設(shè)回風(fēng)率為m，則有： （7）空調(diào)房間最大有害氣體濃度為：

14、          （8）回風(fēng)越大，最大有害氣體濃度就越大，但不會(huì)無(wú)限制地升高，當(dāng)回風(fēng)率一定時(shí)，它趨于極限值。初始濃度 越大，回風(fēng)對(duì)室內(nèi)污染影響越小，反之則越大。3  IAQ數(shù)學(xué)模糊評(píng)價(jià)IAQ一個(gè)比較模糊的概念,目前還無(wú)統(tǒng)一的、權(quán)威性的定義。室內(nèi)空氣品質(zhì)的模糊評(píng)價(jià)就是利用模糊數(shù)學(xué)方法，綜合考慮影響對(duì)象總體性能的各個(gè)指標(biāo)，通過引入隸屬函數(shù)同時(shí)考慮各指標(biāo)在影響對(duì)象中的重要程度，經(jīng)過模糊變換得到每一個(gè)被評(píng)值的大小即可判定出所衡量的室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)劣順序。該方法考慮到了室內(nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)的分級(jí)界限的內(nèi)在模

15、糊性,評(píng)價(jià)結(jié)果可顯示出對(duì)不同等級(jí)的隸屬程度，這更符合人們的思維習(xí)慣。此方法關(guān)鍵是建立室內(nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)的模糊數(shù)學(xué)模型,確定各類健康影響因素對(duì)可能出現(xiàn)的評(píng)判結(jié)果的隸屬度。3.1 模糊評(píng)判的數(shù)學(xué)原理數(shù)學(xué)模糊評(píng)判就是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評(píng)判事物相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其所作的評(píng)判，評(píng)判的著眼點(diǎn)是所要考慮的各個(gè)相關(guān)因素。著眼因素集合： 抉擇評(píng)語(yǔ)集合：  首先對(duì)著眼因素集U中的單因素  作單因素評(píng)判，從因素 著眼確定該事物對(duì)抉擇等級(jí)  的隸屬度（可能性程度） ，這樣就得出第i個(gè)因素 的單因素評(píng)判集 ，它是抉擇評(píng)語(yǔ)集V上的模糊子集。這樣m個(gè)著眼因素的評(píng)價(jià)集就

16、構(gòu)造出一個(gè)總的評(píng)價(jià)矩陣R。         （9）對(duì)于多級(jí)評(píng)判，多因素評(píng)判的著眼點(diǎn)可看成著眼因素論域U上的模糊子集A，記作： 或                  （10）其中 為 對(duì)A的隸屬度。它是單因素 在總評(píng)判中的影響程度的度量，在一定程度上也代表單因素 評(píng)定等級(jí)的能力。A稱為U的因素重要程度模糊子集， 稱為因素 的重要程度系數(shù)。于是，當(dāng)模糊向量A和模糊關(guān)系矩陣R為已知時(shí)作模糊變換來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)判。    （11）文中的二級(jí)評(píng)判就是利用此模型。3.2  IAQ評(píng)判的適用模型選擇對(duì)健康效應(yīng)具有代表意義的指標(biāo)，采用二級(jí)模糊評(píng)判方法，其過程如下：評(píng)價(jià)因子集劃分將眾多待評(píng)價(jià)因子分成m類，則因子集U分為 個(gè)因素子集