关于通风空调对室内空气品质影响的综述

摘 要:针对目前空调系统的设计，提出了消除通风空调系统对室内空气品质负面影响、有效发挥其正面作用的一些措施。

关键词: 受控室内环境 ；室内空气品质；污染控制 ；空调系统

Abstract: Aiming at the design of the air conditioning system, put forward to eliminate the ventilation and air conditioning system on the indoor air quality of negative effects, effectively play its positive role of some of the measures.

Keywords: controlled indoor environment; indoor air quality; pollution control; air conditioning system

中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

0 引言

直至20世纪60年代中期，对非工业环境中的空气品质及其健康问题研究几乎无人涉足。也许当时人们还没有将健康问题与室内空气品质联系起来。如今人们的空气微污染意识很高，也引起对空气品质研究的重视。目前室内空气品质问题已成为人们关注的热点，减少由此产生的建筑病综合症( Sick Building Syndrome) 始终是暖通空调工程师面对的问题。一般来说，改善室内空气品质无非有以下三种措施: ①消除或控制污染; ②提高通风空调稀释效应; ③室内空气自净。

当然消除或控制室内污染是最有效、最根本的解决措施。特别是控制建筑装饰材料中污染物的释放量似乎是最关键一环。对此我国颁布了室内空气品质标准以及室内建筑装饰材料有害物限量的 10 项标准，就是这条思路。其实这是一种非常理想化的控制思路，事实上既不可能存在无污染的材料，也不可能完全消除室内所有污染。这会涉及到以下两个问题: ①如何确定污染散发量的上限值; ②如何控制室内污染总量。

目前不可能从人的健康角度来确定污染种类与上限控制值， 如从“致病、致癌、致畸”来确定污染物， 那又是过去控制空气污染的一套思路。如果标准确定的污染散发量的上限值偏高， 失去控制意义，或者说不可能达到人们健康舒适的要求。如果确定的上限值过低，首先能否有合适技术规模化生产这种无污染材料，其次制造出这种无污染材料的生产成本与销售价格，这与我国的科学技术、经济实力与社会消费水平有关。世界上无论那一个工业国家标准的最终控制指标几乎都是这些因素“协调”的结果，我国标准也是如此。或者说我国标准可以控制高污染散发量的材料，但却无法控制低浓度污染的材料，更无法控制一幢大楼中采用大量的低浓度污染材料。其产生的最终结果恰恰是多种长期低浓度污染的综合作用，而目前出现的大量室内空气品质问题就是这样形成的。

采用空气自净的方法虽然可以在一定程度上改善空气品质，但是对于人体生物散发物和挥发性有机物( VOC) 等室内主要污染物， 尤其是对低水平污染，其去除效果是极为有限的。另外低水平污染去除效率也难以判别，自净后的空气是不可能达到新风的程度。美国 ASHARE 标准 62 特别规定: 不允许用空气自净器完全代替室外新鲜空气。

看来目前改善室内空气品质最有效的手段似乎是通风空调的稀释作用。的确通风是人们最原始、最有效、最价廉的手段，而引起室内空气品质问题，诱发建筑病综合症的重要原因之一往往是“不良通风”。

1 深层次认识通风空调对室内空气品质的负面影响

通风的目的是将新鲜空气送入建筑物内，将室内产生的污染物稀释并排出室外，以创造健康舒适的室内环境。如果室外气候或室内发热与发湿使得室内状态不能达到舒适状态时，只能采用空调。为了节能空调不得不采用最小新风量，尽管近年来对室内空气品质十分重视，付出了很大的努力，如加大送风量来改善室内空气品质， 提高通风空调的稀释作用; 也有采用各种净化产品与技术措施来提高送风的品质，但实际效果总是不尽人意。关键在于对通风空调自身污染对室内空气品质的负面影响却未引起人们深入认识与足够重视。

可以设想一下，如果能开窗进行了良好的自然通风，室内就不存在空气品质问题。为什么一开空调问题就出现了，哪怕系统有合格的新风! 反过来说如果空调送风也像开窗的自然风一样岂不一切空气品质问题都解决了。问题出在何处? 问题就在于空调系统被污染了。

诚然近年来国内有大量文献报道空调通风系统的自身污染，已经认识到空调系统容易积尘，冷却去湿盘管，冷凝水盘与排水水封容易积水，在空调箱和管道内表面可能结露，长期使用空气过滤器表面可能

受潮等等，系统中的积尘与积水均为微生物不断定植和繁殖创造条件， 一旦条件成熟就会出现微生物污染， 被我们定义为“二次污染”。而且大量文献报道目前我国空调系统污染现状的普遍性与严重性今人震惊， 经过这几年努力，风管清洗也提到我国的议事日程上来， 空调系统管理也有了相应的规范。似乎问题已经解决， 但是空调系统自身污染的深层次问题并没有被人们完全认识。

随着管理与清洗工作的加强，空调系统内严重积尘问题可以解决。近年来国外大量文献却报道了湿度控制与室内空气品质问题。并证实室内空气的生物性污染，如病毒、细菌和放线菌、真菌、微生物体成分、植物体碎片、原虫和昆虫碎片和排泄物、细胞产物和蛋白质等， 绝大多数来自于空调系统污染和室内湿度失控。不适宜的空调怎么会使室内致病致敏因子大增，导致室内空气品质下降，甚至导致室内生物性污染。目前国外空调通风系统的生物污染问题日趋突显出来，已成为影响 IAQ 主要因素。这是否给我们有所启示?由于空调是十分耗能的产业，自发明至今一直以节能为首要任务， 无论部件制造还是系统设计千方百计提高热湿交换效率， 降低能耗。几乎没有防范微生物污染的措施。尽管空调的水喷淋的热湿交换性能与效率几乎无可比拟， 但考虑到会产生微生物污染， 不得不放弃。现在为了提高冷却去湿盘管的效率， 加大了空气侧翅片的面积， 并在翅片上打皱与开窗口， 破坏翅片表面层流层以强化换热。为保证盘管表面风速均匀、热湿交换充分， 常将盘管处于机组负压段， 这就带来凝水盘排水问题， 只有依靠水封才能保证在负压段排出冷凝水， 一旦水封做了不好， 空调机组就容易积水。空调机组通过盘管表面的风速较高， 加上翅片加工时表面的油渍， 使得翅片表面的冷凝形成的微小水滴易被带走，尽管有挡水板，但带水量也不少，造成下游空气过滤器受潮。可以说空调系统自身结构到处可以积尘、积水，一旦条件成熟，微生物污染是难免的，或者说从深层次讲微生物污染隐患自空调机发明以来就存在了，难以消除。事实上我国空调机组微生物污染是普遍存在的， 如没有发生严重积尘与霉变， 一般不予重视。实际上对空调系统中微生物繁殖所释放气态代谢物污染绝不能掉以轻心，异味或多种 VOC 就是其繁殖的代谢产物。可以知道空调系统中新风品质是稀释室内污染的关键，如果新风被空调系统污染， 混杂了微生物代谢产生异味或 VOC 就会变味， 丧失了稀释的效应， 甚至变成了污染源。这就是为什么系统新风量增加了， 对室内空气品质改善作用效果不大的原因。

在国内一谈到微生物污染往往将与致病联系起来，如军团病等等。但微生物污染对人的致敏作用与致病作用同等重要，实际上在室内空气品质领域中应更为重视致敏作用，致敏影响人群的范围与危害程度远大于致病作用。当系统发生二次污染，微生物繁殖所释放代谢物可分为颗粒和气态污染物。其颗粒物可能是致病菌， 但绝大多数是过敏原， 可诱发呼吸道粘膜刺激、支气管炎和慢性呼吸障碍、过敏性鼻炎和哮喘、过敏性肺炎、呼吸道传染病感染等疾病。这些疾病的症状与由室内空气品质诱发的“建筑病综合症”雷同。另外水加湿器及其电极加湿器的存水容器等引起室内人员发热也常有报道。现在国外过敏的人群日益趋多， 消除室内空气中的过敏原已成为当今重大公共卫生难题。我国儿童的哮喘发病率也一直上升， 我国医学界对普通空调环境中的生物性污染因子研究越来越重视。

可见人们本来期望通风空调可以有效改善室内空气品质， 现在却使人痛心地认识到空调系统自身的污染已成为改善室内空气品质的关键因素。即使是空调系统的低水平污染， 也足以使新风变味， 大大降低了新风的稀释效应。空调对室内空气品质是把双刃剑，既有有利的一面，又有不利的一面。而负面的影响很容易掩盖其正面作用， 使正面作用黯然。甚至可以说通风空调的作用如果能首先消除其自身的负面影响， 这已是对室内空气品质的最大的贡献。只有在这前提下才能提及其正面的稀释效应。这也许对暖通空调的嘲讽，但这也是暖通空调专业人士不得不承认的残酷事实。

2 有效发挥通风空调对室内空气品质的正面作用

对室内环境控制来说人的健康是永恒的主题，当空调转向以提高室内空气品质为目标，暖通空调工程师不得不面临许多新的挑战。特别是如何消除通风空调对室内空气品质的负面影响，有效发挥其正面作用有许多文章可做。

2.1 最大程度保持新风原有品质

有效发挥通风空调系统的正面作用，就要强调新风对室内污染稀释的重要作用，强调新风对改善室内空气品质有着其它措施不可替代的效果。要求对新风进行处理时，应尽量保持新风原有的品质和气味。

影响“可接受室内空气品质”的最主要因素是异味、尘埃、微生物污染。传统空调系统的新风过滤只采用粗效过滤器， 而我国大气尘浓度是国外发达国家2～3 倍。要使室内可吸入颗粒物达到 0.15 mg/m3， 单靠通风是不行的， 必须采用良好空气过滤器。送风中含尘量过大会直接影响室内人员对室内空气品质的接受程度。国外的一项调查表明当室内含尘浓度从0.23 mg/m3～0.38 mg/m3降为 0.1 mg/m3～0.15 mg/m3时， 室内感到有污染的人数从 90 %降到了10 %。可见室内含尘浓度对室内空气品质可接受程度有着直接的影响。

为了确保新风品质， 有必要利用新风年龄和新风途径污染的概念来对新风流经空调系统的过程加以分析。应将新风从进入系统到最终供室内人员呼吸的整个过程分为两个阶段分别加以控制。第一个阶段是新风从新风口到室内送风口， 对该过程的控制主要体现为新风口的选取， 新风的过滤处理，新风系统的入室方式等问题。第二个阶段是新风从送入室内到最终供室内人员呼吸，对该过程的控制主要体现为合理的控制室内气流组织形式，以保证呼吸区内空气年龄最小，新风品质最高。

因此采用新风独立处理( 或预处理) ，尽量减小系统对新风的污染。在设计空调系统时，应尽量缩短新风输送途径，尽量使新风直接入室，是十分必要的。

2.2 消除空调机组污染

有效发挥通风空调系统的正面作用，就要强调消除空调机组污染。系统中换热器( 盘管) 是影响室内空气品质的潜在污染源，也是微生物气溶胶的发生源。许多空调系统由于空气过滤器效率较低， 普遍存在盘管积灰等情况; 即使使用较高效率的过滤器，但也会因安装不善引起过滤渗漏或旁通，导致颗粒物穿透; 盘管上冷凝膜的存在会阻留气溶胶，导致沉积的增加，盘管凝水盘的滞水会产生藻类。这些颗粒物的存在和盘管自身的工作环境一起，成为微生物生长的必要条件。

微生物气溶胶在换热器表面的沉积生长会产生如下问题: 有机体产生的代谢产物，例如真菌毒素，会引起刺激、过敏，产生臭味， 甚至引起疾病; 送风很容易带走真菌孢子，对室内人员造成不利影响，沉积在建筑物其他部件表面并生长; 微生物物质在换热器上的沉积生长会影响空调器的能效。

提及空气过滤器，常常使人感到是改善空气品质的最有效措施。其实与新空气过滤器相比，使用过的过滤器的感官污染负荷要大得多。许多人的研究发现，空气过滤器本身不是污染源， 真正的污染源是其上滤集的颗粒物。这些颗粒物不仅积聚在过滤器表面，还会深入过滤器内部，形成“过滤器饼”。在晚间通风系统关闭或以最小新风量运行的状态下， 过滤器表面的空气处于相对静滞的状态，“滤饼”中颗粒物吸收的气态污染物就扩散到过滤器表面，并积聚到一定浓度，在早晨刚开机时，随送风进入室内，形成一段时间的高污染物浓度。室内人员会感到有股异味，过敏人员会打喷嚏。这就是我国普遍存在的“开机污染”。但这些气态污染物在正常送风状态下很难积聚起来，因此在开机运行一段时间后，污染物浓度又会逐渐降低。

这种“开机污染”对健康人群影响不大，但过敏人群反应较大。

如何消除生物性污染传统思路常会想到采用消毒措施，但许多消毒措施所带来的副产物或残留物对室内空气品质的影响已逐渐被人们所认识。一旦空调系统被消毒剂污染后患无穷。有效发挥通风空调系统的正面作用， 可以借鉴生物医学领域解决室内生物性污染的思路， 强调消除微生物繁殖基础( 尘埃与水分) ，而非等微生物繁殖后再杀灭它，这才是最安全、最有效的措施。标准 GB/T19569- 2004《洁净手术室用空气调节机组》并没有规定采用任何消毒灭菌手段解决空调机组二次污染问题，而是采用一系列措施控制机组内不积尘、不积水; 易清洁、易干燥。标准 GB50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》对无菌室提出严格的湿度控制，并要求采用湿度优先控制。以上这些措施就是发挥通风空调系统的正面作用关键所在。这些控制理念与措施完全可以借鉴到普通民用场所，只不过控制要求不同而已。

依据国标《室内空气质量标准》GB / T18883-2002规定，一般室内场所只需控制微生物总数低于 2500cfu/m3。只要通风空调系统不污染，室内湿度不超标，采用良好的通风空调完全可以达到。但因此一般场所的空调机的内部件与空气过滤器只需清水擦洗，保持干净完全满足要求，完全没有必要采用化学消毒或抗菌措施。这就是改善室内空气品质的特点。

2.3 消除空调管路污染

美国学者 Klaus 指出，约有 20 %的室内空气污染物来自通风系统，如果通风系统保持干净，维护良好，该值可减少到一半。这几年我国也开始重视空调输送管道系统污染。卫生部于 2006 年 3 月实施了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》、《公共场所集中空调通风系统卫生规范》、《公共场所集中空调通风系统卫生学评价规范》、《公共场所集中空调通风系统清洗规范》， 2005 年建设部也颁布了 GB50365《空调通风系统运行管理规范》。

应该辩证的看待流经风管的空气品质与风管污染之间的关系。其实空调系统微量积尘不会整天被吹落， 如果积尘不潮湿， 也不会影响室内空气品质。Klaus指出， 如果一个污染严重的过滤器位于一段长风管的上游， 且风管中有一层厚的积尘，则滤过空气会因吸收而改善; 但如果干净的空气通过脏的风管，其空气品质就会因解吸变差。只有干净的风管和干净的过滤器才提供最好的空气品质。但即使在干净的风管内污染仍会随风管的长度增加。通风系统自身的风管材料对室内空气中 VOC 浓度影响很小。根据 Glenn 等人的实验结果， 典型风管散发的 VOC 很少， 通常只占室内VOC 浓度的几个百分点。但由于进入机械通风建筑物内的大部分新风都要通过送风管， 因此新风送风管的污染就显得很重要。软风管由于难以进行清洗， 所以只限于接送风口的末端管路。

2.4 系统湿度控制

有效发挥通风空调系统的正面作用， 就要强调系统湿度控制。微生物的活动会随湿度的增加而增加，最适宜的相对湿度为 70 %～100 %。因此要保证空调系统内， 尤其是过滤器处空气的相对湿度不应超过 90%; 对于初级过滤器， 要保证 3 天以上的平均相对湿度不能超过 80 %。但这样的规定也经常会引起人们的误解: 以为将周围空气的相对湿度保持在低于 70 %就能防止微生物污染。事实上， 强调相对湿度不能过高是为了防止在冷表面产生凝水， 我们控制的最终对象是材料中水的含量，而不是空气中的水汽含量， 因为前者

决定微生物的生长。

为防止新风口处的过滤器吸入积雪或雨水受潮，可在新风引入口处安装防雨百叶， 或增加新风管坡度、添加上弯的新风管弯头的做法; 为防止第二级甚至更高级的空气过滤器由于效率较低的挡水器引起的浸湿，可将进入挡水器的最高风速限制在 3.5 m/s 以下。要防止系统内，特别是在过滤器、盘管和加湿器处出现长时间( 12 h) 的高湿度或湿表面， 例如可以在定期关机时， 先关闭加湿器和表冷器， 等系统干燥后再关闭风机。新风口粗效过滤器受潮是难免的，盘管下游侧( 处于机器露点，相对湿度常在 95 %) 的中效过滤器也会常常受潮，由于湿度控制不住微生物就会在过滤器上生长，产生令人不快的微生物挥发性有机化合物，成为过滤器感官污染负荷的一部分。可见消除微生物在过滤器上的繁殖倒是一个值得注意的问题，目前国内外一般采用以下三项措施，①不使过滤器受潮; ②开发憎水性过滤材料; ③采用抗菌过滤材料。由于国内外并没有抗菌过滤器标准， 曾一度在我国市场鱼目混珠，为此笔者对抗菌过滤器评价作了一些研究工作。

3 结论

①暖通空调的最根本宗旨是为人们提供安全、舒适、健康、高效的室内环境。“以保障室内空气品质为目标的通风空调”从概念、思路和方法上区别于传统意义的“以整个房间为控制对象，以温湿度控制为中心的通风空调”，它体现了“以人为本”的原则。

②必须承认空调系统本身已经成为影响室内空气品质的一个潜在污染源，有时已成为改善室内空气品质主要症结。要有效发挥通风空调系统的正面作用，就必须先要消除其负面影响。不应孤立片面的追求空调系统某个功能段的效率， 应从整个系统控制的角度出发以及对设计意图、施工质量、运行管理等全过程控制，才能真正解决空调系统污染。只有彻底解决了空调通风系统的污染，才能真正解决室内空气品质问题。

③“以保障室内空气品质为目标的通风空调”新思路， 就要强调新风对改善室内空气品质起着不可替代的作用。对新风的稀释作用不能局限在“量”的概念，更要重视室内人员实际呼吸到的新风的品质。仅仅从传统意义上考虑到减少系统对新风的污染是不够的，即使系统微污染使新风变味，也会使新风稀释作用黯然。

④目前室内生物性污染已成为国外室内空气品质问题关注的新热点， 生物性污染可能成为我国改善室内空气品质下一个目标。本文推荐借鉴生物医学领域解决室内生物性污染的思路，安全、有效地消除通风空调系统负面效应，而不应采用一些不合适的消毒或净化的措施。