深圳地区居住建筑室内环境分析

深圳地区居住建筑室内环境分析

刘龙平

香港华艺设计顾问（深圳）有限公司 广东深圳 518000

摘要：改革开放40年，深圳作为中国改开的最前沿，是最具代表性的地方。今天的深圳，GDP总量中国大陆城市排名第三，仅次于北京，上海，人均GDP高达27000美元，居第一位，城市竞争力全国排名第一，城镇化第一。但伴随着城镇化的进程加快，大气污染也是随之而来，人们在物质、生活达到富足后，慢慢也对空气品质产生了更多的关注。尤其是在新冠肺炎发生之后，人们对家庭室内环境的要求更高。本文在近年来深圳环境现状的基础上，从国家标准、处理方法及运维方面，分析探讨PM2.5室内外污染源产生和传播机理，对空调系统PM2.5处理方案进行分析，并研究甲醛、TVOC等污染物的处理方式，提出合理的建议和处理方案。

关键词：居住建筑；室内；环境分析

1、室内环境影响因素

可吸入颗粒物是影响室内环境及人体健康的最重要污染物，环境空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物称为PM2.5，是大气环境质量评价中一个重要污染指标，也称细颗粒物或可吸入肺颗粒物。颗粒物可以长时间悬浮在空气中，然后随着人员呼吸进入人体的气管或肺中，对人员身体健康产生很大影响。居住建筑室内PM2.5来源分为室外和室内污染源，室外污染源为大气中颗粒物通过门窗、缝隙等的渗透作用进入室内，室内污染源包括室内吸烟、装修材料、室内家具、烹饪、清扫活动、人员日常活动等。其中空调系统新风和室内PM2.5产生量是PM2.5的主要来源。

2、室外环境现状

中国空气质量在线监测平台统计了全国主要城市历年室外PM2.5日平均浓度，下图为深圳近三年PM2.5日平均浓度变化趋势，2015-2018年PM2.5日平均值27.6μg/m3，最大值达到103μg/m3（2018年1月22日）。以2017年为例，轻度污染，即室外PM2.5超过75μg/m3占6.6%（约24天），中度污染占1.1%（约4天），PM2.5浓度较高时期约在1月份，日峰值约为103μg/m³，仅在个别时刻浓度达140μg/m³以上。

图 1 深圳PM2.5日变化趋势（2015至2018）

图 2 深圳日AQI分布（2017年）

3、处理方式及现行标准：

为保证健康舒适室内环境，除了除尘与消毒，同时还需要处理甲醛、TVOC等有害物质。处理方法分为控制污染源、良好的通风、空气净化三大方法。控制污染源:在室内进行装修时，使用符合环保的绿色装饰材料，建筑设计时应保证良好的自然通风条件及空调系统增加净化设备，空气净化技术，最有效的方法需要从两个方面入手：室外新风的净化和室内循环空气的净化。室内新风由带净化PM2.5装置的单向流新风机提供，此举亦可保证过渡季节室外PM2.5超标时室内的空气质量，室内循环空气净化采用室内机回风口安装净化器的方式。国家标准规范GB3095-2012《环境空气质量标准》和HJ633-2012《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（试行）中对室内环境限值有相关标准，一般参照的PM2.5浓度限值，如下表：

表1 PM2.5浓度限值

注：本次笔者基于居住区二级限值计算。

4、PM2.5 负荷计算：

建筑室内PM2.5污染控制设计采用质量守恒计算模型，对室内PM2.5浓度进行分析，根据室内PM2.5负荷，确定空气净化系统。室内PM2.5负荷为单位时间室内的PM2.5获得量（单位为μg/h），分为随渗透风进入室内的PM2.5渗透负荷、随新风进入室内的PM2.5新风负荷以及PM2.5室内源负荷（人员活动、烹饪等）。PM2.5去除能力为空气净化装置单位时间去除PM2.5的量（单位为μg/h）。

Q = D

式中

Q—室内总PM2.5 负荷（μg/h）；

D—空气处理设备PM2.5总去除能力。

室内总PM2.5负荷按下式计算：

Q = Qw + QP+Qn

式中

Q—室内总PM2.5 负荷（μg/h）；

Qw—PM2.5 新风负荷（μg/h）；

QP—PM2.5 渗透负荷（μg/h）；

Qn—PM2.5 室内源负荷（μg/h）。

PM2.5新风负荷按下式计算：

Qw = Gw ( Cw - Cn)

式中

Qw—PM2.5 新风负荷（μg/h）；

Gw—新风量，m3/h；

Cw—PM2.5 室外设计浓度（μg/m3）；

Cn—PM2.5 室内设计浓度（μg/m3）。

依据夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准，建筑外门、外窗的气密性分级应符合国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106-2008，4级气密性的门窗的单位面积分级指标是6.0~7.5m3/(m2h)，取平均值6.75m3/(m2h)，乘以门窗面积即可算出渗漏风量。笔者参照赵欢等民用建筑控制PM2.5空气过滤器的选型与对比中表4不同学者关于室内产尘量的测试值，选取住宅项目5.4~6.8μg/m3的平均值6.1μg/m3作为本次计算的室内产尘量。

根据整个系统风量平衡方程及室内PM2.5浓度变化，计算公式如下：

图 3户内空调通风系统示意图

根据洁净室空气过滤器效率计算原理：

室内PM2.5随室内空调开启关闭的关系式：

假设dt时间内，室内颗粒发生源产生的颗粒能够迅速扩散，则：

将上述方程离散化，并带入相关的计算软件，便可以得到室内PM2.5浓度随空调通风系统开启关闭变化规律，以下方案采用此计算方法。5、典型方案分析：

本报告以深圳地区140平方四房两厅高端住宅为典型，采用单向流新风系统+多联机室内机形式，为保证室内PM2.5要求，需在新风机和室内机设置空气过滤器， F7中效过滤器对PM2.5过滤效率取值80%（风速2.5m/s），空气净化方案如下：

表2空气净化方案

通过以上方式计算后，可以得到在室外PM2.5浓度 100μg/ m3，空调机组开启的条件下，室内PM2.5浓度随时间的变化关系。

图 4室内PM2.5浓度变化

计算结果表明，在室外PM2.5 100μg/ m3不利条件下，从空调开启，室内PM2.5达到稳定的时间约为45~60分钟，G4+F7室内PM2.5浓度的最终浓度约为20~36μg/ m3，对于居住建筑而言完全可以满足日均值35μg/ m3要求。

结束语：

对于深圳地区来说，虽然整体室外空气环境较好，但全年室外PM2.5超过35μg/m3仍占30%以上，特别是秋冬季节，所以针对新建高端住宅建议采用户式独立新风系统+多联机系统，其中新风机带粗效过滤器G4+中效过滤器F7，多联机室内机采用光触媒净化装置，以此保证人员健康环境。

参考文献：

[1]赵欢,毛华雄,林忠平.民用建筑控制PM2.5空气过滤器的选型与对比[J].制冷与空调,2015,15(10):84-89+71.

[2] 住房和城乡建设部.《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106-2008[S]. 中国标准出版社,2008:3

[3]  国家环境保护局.《环境空气质量标准》GB3095-2012[S]. 北京: 中国标准出版社, 2012:3

[4]  国家环境保护局.《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（试行）HJ633-2012[S]. 北京: 中国标准出版社, 2012:2

[5]许钟麟.关于洁净室含尘浓度动静比等问题[J].建筑技术通讯(暖通空调),1980(03):16-19.