地下空間空氣環(huán)境的影響因素及治理措施

地下空間空氣環(huán)境的影響因素及治理措施

地下空間的開發(fā)和應(yīng)用越來越受到重視。日本、美國、德國、瑞典和其他發(fā)達(dá)國家在城市地下空間的開發(fā)和應(yīng)用方面取得了巨大的成就。中國城市擁有豐富的地下空間資源，中國在推進(jìn)城市化進(jìn)程的過程中，經(jīng)歷了以人防為主體的城市地下空間利用階段后，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌綉?zhàn)結(jié)合”的地下空間利用策略。從1997年12月1日施行《城市地下空間開發(fā)利用管理規(guī)定》，表明了開發(fā)利用城市地下空間是21世紀(jì)我國城市發(fā)展的戰(zhàn)略抉擇。城市地下空間的開發(fā)利用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到諸多方面，城市地下空間的環(huán)境問題就是其中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。與地面環(huán)境相比，地下空間有許多不同之處，主要表現(xiàn)在地下空間是相對封閉的，溫濕度穩(wěn)定，較地面環(huán)境差異較大，自然光線不足，空氣流通性差，自然空氣品質(zhì)較差等，對人的生理和心理有一定的影響。如何創(chuàng)造安全、健康、舒適的地下空間環(huán)境成為地下空間開發(fā)利用綜合效益的主要影響因素之一。1溫濕度測試方法地下建筑的規(guī)模日益擴(kuò)大不僅有它的建筑因素，更得益于其“冬暖夏涼”的良好熱工性能，合理利用地下建筑的熱工性能對送風(fēng)進(jìn)行冷卻或加熱，是節(jié)約通風(fēng)空調(diào)能耗的一項(xiàng)措施。鄭瑞倫等對重慶某防空洞進(jìn)行實(shí)測表明：(1)離洞口愈近，洞內(nèi)溫濕度就愈接近洞外溫濕度，受洞外空氣影響較大。(2)離洞口較遠(yuǎn)的地方，溫度變化較小，它不僅與時間有關(guān)，而且與地面覆蓋層的厚度、性質(zhì)有關(guān)，近似遵從由公式（1）所示的衰減規(guī)律。(3)濕度隨時間變化基本遵從余弦變化規(guī)律，即公式（2），周期為1a，濕度的大小取決于溫度、風(fēng)速、相對于最低洞口的高度等。(4)離洞口較近的地方，風(fēng)速受洞內(nèi)外氣流熱交換的影響較大；離洞口較遠(yuǎn)的地方，風(fēng)速則受洞內(nèi)外氣流熱交換的影響較??；空氣壓力梯度大的地方，風(fēng)速較大，溫度和濕度都較低。(5)地下工程中通風(fēng)情況取決于熱壓和洞外環(huán)境情況，若洞外寬敞，則對通風(fēng)有利，其作用優(yōu)于熱壓；提高地下建筑防潮除濕性能的有效辦法就是盡量采用防潮除濕材料，適當(dāng)增大進(jìn)出口的高度差以增大熱壓，洞口處的洞外環(huán)境要開闊、寬敞。(6)在研究地下防空洞的自然通風(fēng)規(guī)律（如風(fēng)向等）時，應(yīng)考慮洞外環(huán)境的影響。式中：為洞外地表面平均溫度；h為地面覆層的厚度；T為洞口較遠(yuǎn)處的洞內(nèi)溫度波動的周期，ω=2π/T為溫度波動的頻率；A0為溫度波動的幅值；τ為時間。式中：為濕度平均值；B0為濕度變化的幅值；α0為初相。對湖南某高校一個地下防空工程的溫濕度進(jìn)行了測量。測量地點(diǎn)有3處：室外、地下室、防空洞。地下室測試點(diǎn)為地下咖啡廳辦公室，測量期間無機(jī)械通風(fēng)，地下室地表植被土層厚度4～8m；另一個是閑置狀態(tài)的地下防空洞，測試點(diǎn)為防空洞的通道中央，防空洞地表植被土層厚度4～26m；還有一測試點(diǎn)為室外。地下室咖啡廳通過總高差3.6m的地下臺階與防空洞連通，通道用不銹鋼鐵皮門封閉，平時不打開，只有布置測試儀器時打開通道門。測量儀器為AZ8829型溫濕度自動記錄儀，測量時間為2008年10月18日00:30至11月7日00:30，每隔30min自動記錄1次。溫濕度隨時間的變化見圖1。1）地下室空氣溫度隨室外氣溫有小幅度的波動。測試期間，室外溫度的波動最大幅度達(dá)17.9℃，而地下室的溫度波動最大幅度只有2.1℃，平均溫度為22.4℃。地下空間溫度接近當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，就溫度條件而言，滿足舒適度要求。2）地下防空洞的空氣溫度波動幅度則非常小，測試期間，防空洞內(nèi)溫度波動最大幅度只有1.4℃，平均溫度為20.4℃。地下防空洞內(nèi)上面的土壤覆蓋層較地下室的厚，由于土壤的蓄熱作用，使其受室外氣溫的擾動更小。3）地下室的濕度波動較為平緩，基本處于65%～85%，陰雨天氣地下室相對濕度低于室外。測試期間，家用除濕機(jī)未開啟，但相對濕度基本滿足舒適要求；根據(jù)圖1的實(shí)測數(shù)據(jù)，過渡季節(jié)通過通風(fēng)措施，基本能夠達(dá)到舒適度要求；營業(yè)管理人員指出，咖啡廳營業(yè)期間開啟2臺家用除濕機(jī)可以達(dá)到舒適要求。由于地下室溫濕度波動小，除濕設(shè)備工作條件穩(wěn)定，運(yùn)行效率較高。2加強(qiáng)通風(fēng)降氡技術(shù)地下空間氣體污染主要包括各種氡及其子體等放射性污染，揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）、甲醛、二氧化碳等有害氣體污染。地下空間空氣中的氡主要來自巖石、土壤、地下水、建筑材料和室外空氣等。不同類型地下建筑物的氡及其子體濃度往往有較大差異，其主要原因與覆蓋層厚度、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、建筑材料生產(chǎn)工藝過程及材質(zhì)等因素有關(guān)。覆蓋層越厚，自然通風(fēng)率越差，氡的積累也就越高。地質(zhì)結(jié)構(gòu)斷裂帶，高含鐳量、高孔隙率、大顆粒、多孔隙的幾何形狀及含水的建材，氡析出率高。目前主要的防氡方法集中在以下方面：1）新開發(fā)地下空間時選擇位置應(yīng)避開花崗巖地區(qū)，特別是花崗巖裂縫區(qū)；設(shè)計(jì)建筑時應(yīng)該充分考慮防氡效果，如保證通風(fēng)、切斷地下水滲入等。2）采用土壤減壓法，在地板下面安裝抽氣泵抽走地基下土壤中的氡，以減少氡向室內(nèi)擴(kuò)散的機(jī)會。3）在地下空間通風(fēng)時將抽氣式通風(fēng)改為壓入式通風(fēng)，抽氣式通風(fēng)降低室內(nèi)氡濃度的效果不大，有時還會增加室內(nèi)氡濃度。采用機(jī)械通風(fēng)時有管通風(fēng)效果優(yōu)于無管通風(fēng)。4）密封地板、墻壁、涂覆防水防氡密封涂料等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)土壤氡高過5倍以上時，必須采取更加有效的綜合措施。5）通風(fēng)時采用無紡布、人造纖維等織物過濾去除氡子體；也可利用靜電和增加負(fù)離子法清除氡子體。6）選擇符合輻射安全標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料。不使用鈾、釷、鐳含量高的建材，特別是要控制石煤渣磚的使用。7）建筑材料生產(chǎn)工藝過程中加入重晶石粉、石膏、氧化鐵等基元材料，具有較好的輻射屏蔽功能。8）建筑材料生產(chǎn)過程中增加煤矸石的量、成型過程中增加負(fù)壓值，以及適當(dāng)提高焙燒溫度均對建筑材料氡的析出率有不同程度的影響。析出率為煤矸石的含量>負(fù)壓>焙燒溫度。李曉燕等對呼和浩特市某地下建筑進(jìn)行了通風(fēng)降氡效果研究。通風(fēng)方式對氡濃度的影響如圖2所示，送風(fēng)比排風(fēng)對降低氡濃度效果更好，最好采用送風(fēng)和排風(fēng)相結(jié)合的措施。通風(fēng)時間對氡濃度的影響如圖3所示，通風(fēng)時間越長，對降低氮濃度效果越好。研究表明，該地下建筑長期不通風(fēng)時氡濃度最高可達(dá)1041Bq/m3。通風(fēng)方式有送風(fēng)（簡稱B）、排風(fēng)（簡稱P）、送排同時（簡稱BSP）、送排輪流（簡稱BRP)4種，其中，送排風(fēng)同時效果最好。用送排風(fēng)同時通風(fēng)方式連續(xù)通風(fēng)8h，氡濃度可減低91.4%。如果每天堅(jiān)持通風(fēng)，則2h通風(fēng)即可保證8h工作期間氡濃度符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水平。如果接近地面環(huán)境，可每天通風(fēng)3h。如果長期不通風(fēng)，需加大通風(fēng)力度。地下空間的VOC主要來自各種建筑材料、裝飾材料、家具、有機(jī)涂料、油漆等。減少有害氣體濃度是地下空間空氣品質(zhì)良好的重要保證。按照相關(guān)規(guī)范：室內(nèi)二氧化碳濃度不超過0.10%（日平均值），甲醛不超過0.10mg/m3(1h均值），總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）濃度小于0.60mg/m3(8h均值）。按照標(biāo)準(zhǔn)：已用地下建筑氡濃度的行動水平為400Bq/m3（平衡當(dāng)量氡濃度）；待建地下建筑的設(shè)計(jì)水平為200Bq/m3（平衡當(dāng)量氡濃度）。目前，減少室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）、甲醛和二氧化碳的最常用、最高效的方法是通風(fēng)，通過提高新風(fēng)負(fù)離子濃度、新風(fēng)量改善其衛(wèi)生條件。有條件也可在地下空間種植綠色植物，吸收有害氣體。3微生物指標(biāo)分析地下空間微生物主要因濕度大，溫度適宜，通風(fēng)不暢所致。了解微生物種類及存在條件，做到防菌消毒，有利于清潔地下空間空氣。鄭世英等在1992～2004年對華北地區(qū)51個地下空間（密閉型12個，通風(fēng)型21個，半封閉型18個）空氣中微生物進(jìn)行檢測，得出地下房間和通道空氣中含有大量真菌和厭氧菌，對進(jìn)駐人員健康有一定危害。具體測量結(jié)果：地下空間空氣中細(xì)菌總數(shù)符合GJB3768—1999屯兵坑道環(huán)境衛(wèi)生學(xué)要求，半封閉型地下房間和通道空氣中細(xì)菌總數(shù)、真菌數(shù)的檢測結(jié)果均高于相應(yīng)對照（P<0.01）。鑒定出的2845株真菌中，青霉屬和曲霉屬為優(yōu)勢菌，分別占41.5%及19.1%。73株黃曲霉菌中黃曲霉毒素B1陽性者9株，占12.3%。通風(fēng)型、密閉型地下通道和房間空氣中厭氧菌高于相應(yīng)對照組（P<0.01或P<0.05），鏈球菌與相應(yīng)對照組相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。密閉型通道空氣中厭氧菌分別是半封閉型及通風(fēng)型通道的4.2倍及3.8倍。根據(jù)實(shí)際環(huán)境的微生物種類，采取綜合治理措施可以較好地確?？諝赓|(zhì)量：(1)做好防水除潮工作，保持地下空間內(nèi)部干燥、清潔衛(wèi)生；(2)采用高效、廣泛且普及、安全的空氣消毒劑（ClO2）有重點(diǎn)地對地下空間消毒；(3)加強(qiáng)地下空間的通風(fēng)換氣，保證新風(fēng)量的同時，注意新風(fēng)的殺菌、過濾；(4)對于有表冷器、加濕器、冷凝水盤的空調(diào)系統(tǒng)的地下空間，需經(jīng)常對這3個部分和風(fēng)管進(jìn)行清理，同時對送風(fēng)進(jìn)行過濾，經(jīng)常保持對過濾器濾料的更換和清洗；(5)安裝紫外線燈，利用其發(fā)出的C波段紫外線對地下空間空氣、水和物體表面進(jìn)行輻射殺菌，既節(jié)約能源又不污染環(huán)境，效果十分理想。4常用間比較氣流組織設(shè)計(jì)地下空間內(nèi)部空氣中固體顆粒物來源視環(huán)境不同而產(chǎn)生差異。一般地下空間空氣中顆粒物來源主要是空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)氣流組織不合理,人員攜帶和行走揚(yáng)起的塵土等;地鐵空間則主要是由人員帶入和列車與鐵軌摩擦產(chǎn)生的粉塵等。因此,要根據(jù)不同的發(fā)塵機(jī)理和分布規(guī)律做好防塵除塵工作。對于普通地下空間,首先應(yīng)保持空間內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生,減少室內(nèi)煙霧的產(chǎn)生,加強(qiáng)通風(fēng),對室外送入空氣進(jìn)行過濾及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)合理的氣流組織等。對于地鐵系統(tǒng),因其內(nèi)部狀況穩(wěn)定性差,M.Branis研究得出,地鐵環(huán)境中顆粒物質(zhì)量濃度存在季節(jié)性差異,冬天明顯高于夏天,1d中上午的顆粒物濃度高于下午。因此,可根據(jù)這個分布規(guī)律選擇合適的時間進(jìn)行過濾除塵,可達(dá)到事半功倍的效果。5增強(qiáng)環(huán)境新質(zhì)1）一般情況下，地下空間的溫度呈冬暖夏涼的特點(diǎn)，且在較舒適的范圍內(nèi)，相對濕度則偏高，可根據(jù)洞外氣候、地下室構(gòu)造特性等因素，因地制宜采取防潮、通風(fēng)以及獨(dú)立除濕等技術(shù)改善。2）放射性污染、有害氣體、微生物等可通過防水、通風(fēng)、殺菌、消毒等措施降低污染程度。單獨(dú)排風(fēng)并不能明顯降低氡濃度，送風(fēng)比排風(fēng)效果更好，最好采用送風(fēng)和排風(fēng)相結(jié)合的措施。增加空氣負(fù)離子濃度，也是改