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主题:北京某大型艺术展览馆室内空气环境调查与分析

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北京某大型艺术展览馆室内空气环境调查与分析  发帖心情 Post By:2009-4-21 12:53:00

 

摘要:本文采用现场实测和主观评价调查相结合的方式,对北京某艺术展馆室内热湿环境和空气品质进行了综合测试与调查。分别从艺术品展藏需要、人体热舒适性、健康要求和建筑节能等多个方面进行了综合分析,并针对该建筑环境与设备系统存在的某些问题,提出了一些可行性建议。

关键词:热湿环境  室内空气品质  建筑节能  主观评价

引言:

随着国家经济和社会的迅速发展,人民物质和文化生活水平不断提高,艺术展览和博物馆类建筑在全国得到迅速发展,同时已有同类建筑也在经历着改造、扩建、设备更新和环境升级阶段。这类建筑的室内环境指标一方面要首先满足贵重展品收藏展览的需要,同是还要满足观众的舒适和健康要求,既要保证室内环境品质优良,又要尽可能地节省建筑能耗。这就为建筑环境与设备系统在室内环境质量和节能运行两方面综合优化控制的问题提出了更高的要求。在北京市教委支持和资助下,北京建筑工程学院和多家协作单位一起开始进行了空调建筑室内环境质量和运行能耗综合优化控制技术研究工作。

为了调查当前现有艺术展馆类建筑室内环境质量现状,为进一步提出空调建筑室内环境质量和运行能耗综合优化控制技术措施积累一手资料,课题组首先选择了北京市的一国家级大型艺术展馆,对该展馆主要展厅的热湿环境指标和室内空气品质作了有针对性的现场实测和主观感受调查,希望对同类建筑的室内环境质量控制提供借鉴和参考。

1.室内空气环境的构成

建筑室内空气环境主要由热环境、湿环境和空气品质等质量指标组成。良好的室内空气环境应是一个为大多数室内成员所认可的舒适的热湿环境,同时能够为室内人员提供新鲜宜人、对健康无负面影响的高品质空气。(1)

1.1室内热湿环境

室内热湿环境质量的高低对人们在身体健康、生活质量、工作学习效率等方面的影响是不容忽视的,对它的评价通常是以人体热舒适为基准。ASHRAE标准对人体热舒适作了明确的定义:人对热环境表示满意的意识状态。它通过研究人体对热环境的主观热反映,得到人体对热环境的环境参数组合的最佳范围和允许范围以及实现这一条件的控制、调节方法。

影响人体热舒适的环境参数主要有温度、湿度、风速和周围物体表面温度,具体如下:

(1)温度:表征室内热环境的主要指标,它的高低影响人的冷热感。有研究表明:空气温度在25℃左右时,脑力工作效率最高;低于18℃或高于28℃时,工作效率急剧下降。

(2)湿度:一定温度下,空气相对湿度的大小,表示空气中水蒸气含量接近饱和的程度。相对湿度越高,人体汗分蒸发量越少。如果增加空气湿度,在高温时,会增加人体的热感;在低温时,会加剧人体的冷感。

(3)风速:室内空气流动速度如果控制得当,可以促进人体的对流散热,增加人体的舒适感。但当气温高于人体皮肤温度时,空气流动只会使人体从外界环境吸收更多的热,甚至对人体产生不良影响。

(4)周围物体表面温度:周围物体表面强度决定了人体辐射散热的强度。在同样的室内参数条件下,周围物体表面温度高,人体会增加热感;表面温度低则会增加冷感。

另外工艺性空调的室内空气环境指标应该以满足工艺要求为主要目标。而艺术展馆虽不属于典型的工艺性空调,但是它的室内热湿环境指标往往既要满足展品的展览、收藏需要,又要符合人体热舒适性的要求。例如,法国奥塞博物馆展藏的油画名作要求环境空气温度保持22±2℃,相对湿度50±5%,其温湿度正处于人的热舒适区域中间位置,而要求的控制精度较高,特别是相对湿度要求达到了恒湿空调的标准,实现起来具有一定的难度。

1.2 室内空气品质

室内空气品质是衡量室内环境好坏的重要指标。已有大量的国内外研究表明:室内空气品质对人们的身体健康和工作效率具有很大影响。而且,世界卫生组织(WHO)也已经确认不良的室内空气品质会诱发建筑病综合症、大楼并发症和多种化学过敏症。(3)

关于室内空气品质是否可接受,众多学者或研究机构给出了明确的定义。其中,ASHRAE标准62-1999将“可接受的室内空气品质”定义为室内已知的污染物浓度没有达到权威机构所确定的有害浓度,处于该空气中的绝大多数人员(>80%)没有感到不满意。室内空气品质毕竟并不仅仅是一系列污染物的浓度指标,处于其中的感受主体—人的主观感觉也是一个很重要的因素,污染物浓度指标和人的主观感受有机的结合起来构成了室内空气品质的意义。

2.调查对象的室内空气环境分析

2.1建筑概况

该展馆位于北京市繁华路段,建筑面积约1.7万平方米,其中,展厅总面积约6千平方米。各展厅主要分布在展馆的一至五层,面积都在500平方米左右。该展馆在几年前曾经进行过全面改造,内部装饰一新,采用了大量的高档装饰材料,如大理石,名贵瓷砖等。其空调形式采用变风量集中式空调系统,组合式空调机组都布置在地下一层,采用变频送风机,展厅气流组织为上送下回式,末端为条缝型送风口。

2.2调查内容及方法

    测试与调查时间为2005年6月10日8:00—17:00,采用现场测试与主观调查相结合的方式进行。

2.2.1现场测试

由于测试当天正处于过渡季节,室外气温并不算高,又根据展厅当时的客观条件,关于热环境参数,主要进行了温度、湿度、室内风速的测试。

考虑该展馆装修完毕使用时间不长,室内管理严格,不仅无吸烟或燃烧现象的存在,而且及时有专人清洁,且每台机组都初、中效两级过滤器,因此,在测试室内污染物时,主要测试了二氧化碳(CO2)、甲醛、氨、氡、以及总挥发性有机物(TVOC)。

    测试仪器主要有清华同方自记式温湿度仪、瑞典SWEMA热舒适仪(微风速探头和CO2探头)、4160-2型甲醛分析仪、RAD7型测氡仪、TP2020型热解析吸仪、UV-9200型紫外可见分光光度计、GC14C型气相色谱仪、GC7890型气相色谱仪等。

2.2.2主观调查

    主观调查直接采用人群资料。利用人自身的感觉器官来感受、评判室内空气环境质量。

此次主观调查采用问卷调查的方式,主要考虑室内观展人员的主观感受,在感受程度等级划分上,采用五级标准的方式。

2.3测试、调查结果与分析

2.3.1室内热湿环境的测试分析

在室外和测试展厅均匀布置测点,悬挂自记式温湿度仪,时间间隔设为30分钟。室内外以及测试展厅温湿度逐时变化如图1至图4所示:




 

 

 

 


图1 室外温湿度逐时变化








图2 一号展厅的温湿度逐时变化








图3 三号展厅的温湿度逐时变化







图4 八号展厅的温湿度逐时变化

从图1可以看出,在测试时段内,室外气温分布在23.3~28.9℃,相对湿度分布在62.5~90.0%。室外气温还是比较宜人的,但是,湿度比较高,平均湿度在72%左右。

对比室外温度,测试展厅各展厅的总体变化趋势与室外大体上是相同的,基本上都是随着时间的推移而逐步上升的。其中,一号展厅的温度变化范围最大,为23.1~24.2℃;三号展厅次之,为23.9~24.8℃;八号 展厅变化范围最小,为23.2~23.9℃。又如图2~4中测试展厅的相对湿度逐时变化所示,一、三、八号展厅的湿度范围分别为67.7~69.7%,64.2~67.2%,68.9~71.3%,只有八号展厅的湿度最大值超过了70%,这主要是因为八号展厅有一扇供室内人员进出的大门来回频繁的开启,室外空气影响室内造成的结果。

作为影响室内观展人员舒适性的最主要因素,单纯的从温度指标来说,该展馆环境完全符合舒适性空调的要求。可是。如果综合考虑温度和相对湿度,该展馆的热湿环境就显得差强人意了。参考ASHRAE推荐的舒适标准55-74所绘出的舒适区(如图5):                                           图5 ASHRAE舒适区

在测试当天,人们所着衣服热阻和活动量与ASHRAE的实验条件基本相似。根据图2~4的数据与舒适区进行比较,可以发现,测试展厅的温度、湿度指标大都处于使人舒适或不舒适的临界线附近。与《图书馆、博物馆、美术馆、展览馆卫生标准》给定的卫生标准值:温度18~28℃,相对湿度40~65%相比而言,该展馆的湿度值是明显偏高的。产生这种情况的原因主要是测量当天处于过渡季节,该展馆的空调采用全新风方式进行。而当天属于高湿天气,空调新风管道上又无除湿装置,导致室内湿度较高。

室内空气的流动对于舒适性也有重要影响。现场利用瑞典SwemaAir300热舒适仪所测得的室内平均风速和热舒适度见表1:

                                       表1  测试展厅的室内平均风速和热舒适度值

       展厅编号

测试项目

室内平均风速(m/s)

0.155

 

0.11

热舒适度(DR)

20.7%

14.9%

8.9%

在这里,要特别说明的是,评价热舒适性所用的指标是DR值。此指标是由丹麦技术大学的Fanger教授提出,定义为由于空气流动,有多少百分比的人对室内空气感到不舒适,定义式如下:


DR = (34-ta) (v-0.05)0.62 (0.37·v·Tu+3.14)

式中:ta—室内温度

      v—风速

Tu—紊流系数

测试结果显示各测试展厅的室内平均风速都在《采暖通风与空气调节设计规范》对舒适性空调的要求范围之内,并且相差不大,在0.05m/s之内。可是,各展厅的热舒适度却还是有比较明显的差别的。这表示在温度和相对湿度基本相似的房间内,人们对气流流动的速度大小反映是敏感的。

2.3.2室内空气品质的测试分析

室内污染物的浓度分析

   对二氧化碳、甲醛、氨、氡、总挥发性有机物的浓度测试结果见表2:

                        表2  测试展厅污染物浓度

      测试项目

展厅编号

CO2

%/ppm

甲醛

(mg/m3)

(mg/m3)

(Bq/m3)

TVOC

(mg/m3)

0.05/569

0.07

0.1

16.7

0.1

0.08/807

0.10

0.1

49.9

0.1

0.08/815

0.08

0.1

16.7

0.1

   (1)CO2浓度分析:室内CO2主要来自于人体的新陈代谢,还受建筑容积、通风状况、人群活动等因素的影响。通常情况下,室内CO2浓度在0.07%以下时属于清洁空气,此时人体感觉良好;当CO2浓度在0.07~0.1%时属于普通空气,个别敏感者会感觉有不良气味。当CO2浓度在0.1~0.15%时属于临界空气,室内空气的其他性状开始恶化。(2)《图书馆、博物馆、美术馆、展览馆卫生标准》也作出了CO2浓度不高于0.1~0.15%的要求。该展馆的CO2测试浓度最大约为0.08%,平均约为0.07%,如单从CO2的角度来说,其空气质量只能算是一般。这还只是在空调系统全新风工况运行下,估计如果在冬季或夏季室内回风和新风混合送风的状态下测 试,CO2污染情况会更加严重。


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  (2)其他污染物浓度分析:前面已述及,该展馆曾经进行过装修,并且时间不长。装饰材料以石材、瓷砖为主,还有大量木制建材、高档装饰涂料的使用。而且,该展馆各展厅没有窗户,只有有限的几扇门,通风方式主要依靠机械式通风。甲醛、氨、氡、TVOC作为装修后建筑易产生的污染物,从污染来源上来讲,对该展馆室内空气品质的潜在危害性是不可忽视的。

根据《民用建筑室内环境污染控制规范》2.4.1总则第四条,该展馆属于Ⅱ类民用建筑工程,室内环境污染物浓度限量见表3:                           表3  室内环境污染物浓度限量

污染物

Ⅱ类民用建筑工程

甲醛(mg/m3)

≤0.12

氨(mg/m3)

≤0.5

氡(Bq/m3)

≤400

TVOC(mg/m3)

≤0.6

对比表2和表3的数据,显然,各污染物的浓度测试结果都在限量值之内,按照规范的规定,可以认为该展馆的室内环境质量是合格的。

室内空气品质的等级评价

其实,室内污染经常是低浓度污染,它们可能会长期存在以形成对人体的危害。以往大量的测试数据表明,室内这些长期低浓度的污染即使在IAQ状况恶化,室内人员抱怨频繁时也很少有超标的。因此,有必要对室内空气品质进行等级评价。

目前,有关室内空气品质的评价方法有多种,如综合指数评价法、模糊综合评价法、灰色综合评价法等。经过综合比较,笔者决定采用综合指数评价法。主要是因为这种方法开展较早,应用也较多。

该方法的主要思路是:实测得到的污染物浓度(Ci)作为客观评价指标,将污染物浓度Ci与标准上限值Si之比定义为分指数,Si的倒数看作其权重系数,形象的表示了某个污染物浓度与其标准上限间的距离。借助分指数有机组合而成的综合指数来反映室内空气品质的优劣。综合指数公式如下:

并根据综合指数将室内空气品质分为五级,见表4:

                          表4  室内空气品质等级

综合指数

等级

等级评语

<0.49

清洁

0.49~0.99

尚清洁

1.00~1.49

轻污染

1.50~1.99

中污染

>2.00

重污染

将所测得的各测试展厅污染物浓度求平均值作为该展馆污染物平均指标,并求分指数。详见表5:

表5  该展馆室内空气品质等级评价值

指标值

平均值

分指数

CO2

730.3ppm

0.73

甲醛

0.08 mg/m3

0.67

0.1 mg/m3

0.2

27.8 Bq/m3

0.07

TVOC

0.1 mg/m3

0.17

综合指数

0.52

最后计算所得综合指数为0.52,对比表4,可以得出该展馆室内空气品质属于Ⅱ级,即尚清洁等级的结论。

4.3主观调查

此次调研,主要从室内温度反应、湿度感觉、空气品质三个方面考察室内观展人员对该展馆的主观感受。现场有效调查人数如表6所示:

表6  各测试展厅有效调查人数

总人数

35人

28人

24人

87人

各展厅单项统计结果如图6至图8所示:





                  




图6  室内观展人员对温度的反映               图7  室内观展人员的湿度感觉







图8室内观展人员对室内空气品质的评价

可以发现,在一、三、八这三个测试展厅中,绝大多数观展人员认为室内的热湿环境是适中的,只有极少部分人员因为自身的体温调节,表现出较热、较冷或较干燥、较潮湿的感觉。而在对室内空气品质的评价中,一号展厅是最好的,在有效调查的35人中,占20%人认为认为室内空气很好,感觉很舒适,34.3%认为空气较好,较新鲜,34.3%认为室内空气一般,可以接受,11.4%认为室内空气品质较差,随着在室内逗留时间的增加而呼吸不畅,有胸闷的感觉,三号展厅是最差的,在有效调查的28人中,有46.4%的人认为空气一般,14.3%认为空气品质较差。笔者以为这主要是温度、CO2、甲醛三者综合造成的结果。三号展厅的CO2、甲醛浓度都是比较高的,而温度在测试的三个展厅中也是最高的,人们在温度较高的环境中,感觉器官的敏感性可能会发生微妙的改变,处于污染物浓度较高的环境中,是比较容易感觉不适的。

以满意或不满意来划分人们对室内热湿环境、空气品质的感觉或评价,结果见表7:

表7  观展人员对室内空气环境的满意率

      展厅编号

项目

平均

热环境

80%

82.10%

83.30%

81.80%

湿环境

82.80%

85.80%

83.30%

83.10%

空气品质

88.60%

85.70%

87.50%

87.30%

    结果表明:室内观展人员对该展馆的热湿环境、空气品质的接受满意率都在80%以上,可以认为该展馆的室内空气环境是符合要求的。

3.小结

尽管调查分析的结论认为该展馆的室内空气环境是满足室内观展人员的舒适、健康的要求,但是, 也不能盲目的乐观。因为,第一,此次现场实测是在过渡季节进行的,该展馆的空调系统采用全新风 运行,而且测试当天观展人员并未达到高峰,这在一定程度上会淡化一些可能存在问题的严重性。第二,经过现场实测和主观调查,发现该展馆的室内空气环境还是有不尽如人意的地方,如室内相对湿度偏高,室内温度和相对湿度波动较大,CO2浓度接近上限值,个别测试展厅的甲醛浓度接近上限等问题。

有鉴于此,提出如下建议,希望能够促进该展馆的室内空气环境,并杜绝一些潜在问题的发生:

(1)部分展品要求一定的恒温恒湿空调控制精度,而该建筑空调系统为普通舒适性空调,其温度湿度控制精度不高,尚不能满足恒湿控制要求,须采取进一步改进措施。

(2)该建筑属于大空间展厅类建筑,出入口大门较多,且人流密集,室内空气环境很容易受到室外气象条件影响,对于较高的室内热湿环境指标要求尚需采取措施增强该建筑室内空气环境对外界条件的抗干扰能力。

(3)运行管理过程中应注意机械排风量和新风量的平衡,保证室内正压,尽可能减少室外空气对室内环境质量控制的影响。

(4)大空间建筑的室内空气温度湿度分布不均匀的问题比较突出,空调自动控制系统温度湿度传感器的设置位置影响测量精度,需要通过精确调节和修正来提高自动控制的精度。

(5)该类建筑过度季节新风量的控制应从运行节能、卫生要求、正压控制、气流组织和热湿环境质量控制等多方面因素综合考虑。


参考文献

1.  金招芬,朱颖心主编.建筑环境学.北京:中国建筑工业出版社,2001.

2.  吴忠标,赵伟荣编著.室内空气污染及净化技术.北京:化学工业出版社,2005.

3.  沈晋明.我国目前室内空气品质改善的对策与措施.暖通空调,2002,32(2):34-37.

4.  刘建龙,张国强,阳丽娜.室内空气品质评价方法综述.2004,25(96):24-31.

5.  GB 9670-1996.图书馆、博物馆、美术馆、展览馆卫生标准.

6.  GB50325-2001.民用建筑工程室内环境污染控制规范.


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