理论与实践：大型办公建筑室内空气品质与新风模式分析

    作者：郑晓敏

    随着现代生活水平的日益提高，人们更加关注建筑室内的空气品质和室内新风的采集、处理。影响室内空气品质的污染物种类有很多，在以居留为主的低污染中，其他污染物的影响远低于C02允许的浓度影响，因此只在C02浓度达到卫生标准的要求，则其它污染物也能达到可接受的水平。美国、德国、英国、北欧和日本等标准，均以C02浓度作为间接评价指标和确定空调房间新风供给量标准的依据。C02的浓度不仅代表其本身作为污染物对室内空气的污染程度，而且还能反映室内人员的状况，即人数和活动强度，能体现室内人员对新风的要求，CO2浓度通常作为反映室内空气品质的主要指标。

    民用建筑室内C02来源一般主要考虑是由人体呼吸产生的，当室内空气中的CO2浓度达到容许上限时，会引起人体感觉的不适，直接影响人们生理上、心理上的健康和工作效率。

    改善室内空气品质最简单有效的办法就是改善室内的通风，不断向房间补充新鲜空气，同时置换出原有的低质量空气。居住建筑补充室外新风的主要目的是用以冲淡室内C02浓度，使其达到允许的范围。但高层办公建筑出于节能的需要，围护结构的气密性较高，窗户开启时间有限，使其室内空气环境的好坏大部分时间只能依赖于机械新风系统。

    建筑物在实际运营中，由于室内人员的实际情况变动幅度较大，对新风量的需求存在较大的可变性。一般来说，采用较高的新风量值对于室内的空气品质更加有利，但这对设备系统的造价和能量消耗以及物业管理的影响很大。最佳方案是既要满足室内空气品质的要求，又要达到降低能耗的目的。因此，不同建筑结合其实际室内新风量需求，制定出合理的新风策略显得尤为重要。

    笔者通过对上海某大型办公建筑全年室内C02浓度的逐时监测数据进行分析，探讨基于其室内空气品质现状的新风模式优化。

1  建筑基本信息

    上海某大型办公建筑位于徐汇区，总建筑面积约10万平方米。建筑共42层，其中地上40层，地下2层。地上1层为大厅，2~ 40层为标准层。标准层中心设置框架核心筒，标准层内区基本为大开间办公室，外区为相对独立的领导办公室或会议室隔间。室内人员办公时间集中为周一~周五的8：00～18：30 0

    该办公建筑的外围护结构为玻璃幕墙。可开启外窗部分仅占幕墙总面积的9%。标准层外窗的开启均由物业统一管理，办公人员开关外窗需要向物业管理处申请。

该建筑的空调系统采用变风量系统，并在设备层和屋顶设有6台新风机。每台新风机分别负责不同楼层机械新风的供给。新风机经室外引入新风进行集中处理，并通过新风管道供入各层空调箱。由于新风管井设置于核心筒内，受其尺寸限制，较难实现大幅度的变新风比或全新风运行，仅靠物业人工依据经验定时控制新风机启停。目前新风机组的基本运行模式见表1。夏季一般早上定时开启2h，过渡季基本不运行，冬季有时中午开启1—2 h。

2013年初现场调研楼内部分办公室员工对室内空气环境的满意度，普遍反映中午前比较满意，下午有时会有不舒适。为了获得该办公区域室内CO：浓度的实时数据，选取该建筑7层内区的某开放式大办公室布置C02浓度测点，该测点的位置如图1所示。从2013年3月~ 2014年2月进行了为期一年的C02浓度的逐时监测。C02测试仪器采用型号为EZY -1的CO2自计仪，量程0—5 000×10-6，精度±75x10“，分辨率1×10-6，CO2浓度测试时间间隔设置为10 min。

    根据CB/T 18883-2002《室内空气质量标准》和GB 50365-2005《空调通风系统运行管理规范》的要求，空调通风系统在运行期间，空调房间内的C02浓度应小于0.1%(1 000×10-6)。本文采用室内逐时CO2浓度值1 000×10“作为室内空气品质达标的容许值上限，超过l 000×10“即视为C02浓度超标。

2  建筑室内C02浓度分析

2.1  全年工作时间段室内C02浓度超标情况

图2为测试期间1月~ 12月工作日8:00~18：30室内CO，浓度超标时间占比的统计分析。由此可知，3月、7月、8月和9月都存在有不同程度的CO2浓度超标现象。其中3月份所占比例较小，7月—9月工作时间内C02浓度超标时间的百分比依次为17%、14%和7%。

2.2  全年典型月室内C02浓度分析

为了解全年不同季节C02浓度波动情况，选取8月、10月和12月分别作为夏季、过渡季和冬季的典型月。图3是8月、10月和12月测试区域一周内对应时刻的C02浓度变化曲线。曲线X轴首日为上周的周日，中间为次周五个工作日，依次为周一~周五，末日为次周的周六。

    图3中每个工作日对应的C02浓度曲线随着时刻的推移，均具有明显的峰谷特征。从周一9:00开始，C02浓度由上周日已稳定的浓度值逐渐累积并快速上升，于16：00左右达到当日的峰值，之后随着下班离开人员的增多和自然渗风作用，室内C02逐渐开始消散，浓度逐渐下降直至次日工作时间开始。周二~周五每日工作时刻对应的CO：浓度的整体运行规律与周一类似。周末由于室内办公人员较少，室内CO2通过室外渗风作用得以长时间耗散，使浓度值持续下降，并于周日上午近趋于室外CO2浓度值400×10-6。

    同月内不同工作日瞬时时刻浓度值的高低起伏与当天办公人员的人数与活动状况存在一定关系；不同月份浓度值差异还与室外自然渗风换气次数有关。根据质量守恒定律建立方程如式(1)：

式中：C．为T时刻室内CO2浓度；C。为室外CO2浓度，可近似认为C。不变，本文按350×10-6计算；C．为初始时刻的C02浓度；n为房间换气次数，次/h。

按照式(1)分别统计了8月、10月和12月一周内0:00~ 8:00室外自然渗风作用的平均换气次数，见表2。该办公建筑夏季室外自然渗风量明显比过渡季和冬季小，导致夏季室内C02浓度累积效应相对强于自然渗风的消散作用，从而易出现夏季室内CO，浓度超标的现象。

2.3夏季室内C02浓度分析

针对该办公建筑存在的7月—9月工作时间段室内CO2浓度值超标的问题，图4总结了7月—9月8:00~18：30各浓度值出现的频率，夏季室内的CO2浓度值范围主要集中在(400—1 200) x10-6之间，浓度最高值和最低值相差约800×10-6。

    图5进一步分析了8月19日~ 23日（周一至周五）工作时间逐时室内CO2浓度四分位分布图。CO，浓度从9:00开始积聚，中午由于办公人员陆续外出吃饭，在13：00出现约半小时的浓度短时下降趋势。至14：00时，C02浓度平均值首次超过900×

10-6，开始具有浓度超出容许值范围的风险。至16：00时左右，CO：浓度平均值最终超过1 000×10-6，并持续到18：30。

    图5所示时间段内，室内C02超标时间约占整个工作时间段的四分之一。夏季室外渗风作用和目前仅早上2h的新风机运行已不足以消除工作时间室内C02浓度持续上升产生的累积效应。

图6是8月19日~ 23日5个工作日内室内CO2浓度的平均速率变化图。经计算，其中8:00~18：30期间CO：浓度上升的平均速率是37×10 -6/h。

    由于没有大量新风的补充稀释，速率的累积增加主要出现在人员集中办公的9:00~13：00和13：30~17：00，其中9:00~11:00、13：30~15：00为C02浓度显著加速增长期，9:00~11:00期间C02浓度上升的平均速率达84×10 -6/h;13：30~15：00期间CO2浓度上升的平均速率是72×10 -6／h。

    18：00~19：00是室内人员大量减少和室外渗风综合作用而引起的浓度显著衰减期，这段时间的浓度衰减平均速率是38×10 -6／h。另外，夜间0:00~ 7:00为仅自然渗风引起的浓度衰减，其平均速率仅为24×10 -6/ri。

    以上对8月一周工作日室内C02浓度速率图分析可知，仅自然渗风引起的浓度衰减速度仅为24×10 -6／h，远小于8:00~18：30人员密集期CO：浓度上升的平均速率37 x 10 -6／h。两者的差距导致室内C02增加的速度加快，形成浓度累积效应，最终突破标准要求的浓度容许值上限。在夏季工作时间段，仅依靠自然渗风补充的新风量已不足以消除室内不断加速产生的C02，必须辅助机械新风来增加室内换气次数。

3  建筑室内新风模式改进

    该办公建筑夏季7月—9月工作时间段室内C02浓度过高的现象显著，而当前夏季工作日的新风模式为早上6:30~8：30新风机运行，其余时间新风机关闭。

    目前夏季工作时间仅靠外窗自然渗风作用补充新风。一方面外窗的可开启面积有限，另一方面考虑减少室内空调能耗而减少开窗引起的无组织新风，导致期间室内C02浓度过快上升和累积，其增长的速率远超过建筑自身的自然渗风量，长时间累积效应引起室内CO2浓度在1 000×10-6以上的时间可能会占整个工作时间段的1/4。

    文献[6]和实际调研证实，长时间高CO2的持续累积，导致室内空气品质不良。长期处于高C02浓度的环境下工作，人们容易出现头痛、胸闷、易疲劳、烦躁等不适反应，容易引发“空调病”和“封闭建筑综合症”，影响人体健康。针对现有的该建筑实际使用情况和办公人员对室内空气品质的反馈，迫切需要调整夏季新风供给模式。

    根据以上对该办公建筑全年室内C02浓度变化的分析，对于几乎未出现C02浓度超标现象的1月—6月和10月~ 12月可以维持其已有的新风运行策略；而对于C02浓度超标现象较显著的7月~9月，建议增加工作日14：00~19：00运行新风机的模式，以便在C02浓度达到警戒线前，及时抑制其持续累积增长的趋势，避免浓度超标情况的发生，减少室内的不良空气品质的发生概率。

表3为根据实际监测数据分析提出的夏季新风机运行模式改进措施。6月可以延续之前的新风机运行模式；7月—9月采用工作日每天两个时间段定时开启新风机的方式，即分别在6:30—8:30和14：00~19：00补充机械新风送人室内。

4  结束语

    在建筑物实际运行中，由于室内人员的实际数量变动和节能需求，对于新风供给的控制模式存在较大的可变性。由于该办公建筑共40层，本次测试的测点选在7层，因此在7层测试得到的新风运行控制策略并不一定能直接推广至别的楼层。但大型办公建筑从节能方面考虑，若采用定时供给机械新风需要结合其实际CO，浓度长期变化趋势，制定合理的新风机运行模式。否则一方面新风供给不足，由于累积效应造成一定时间段内室内CO2浓度的持续增长和超标，引起空气品质明显下降，另一方面还可能在不需要供应机械新风就可以满足室内要求时运行新风机，造成能源浪费。  对于一般民用建筑，新风模式的选用标准还是

应该从改善室内空气品质的基点出发，可以考虑通过与空调自控系统的合理配合，对空调系统的新风机运行模式控制需依据室内C02实际浓度的监测结果来对其加以实时调节和策略控制，从而达到满足空气品质且建筑节能的目的。

5[摘要]

针对上海某大型办公建筑实际使用现状，对其室内CO：浓度进行了全年不间断的监测。通过数据分析，发现在夏季新风机短时运行配合外窗全天无规律开启的混合型新风模式下，工作日室内CO：浓度的累积效应强于自然渗风的消散作用，从而导致空气品质不良。最终总结出新风机运行的改进方案，为办公建筑合理控制室内空气品质，制定节能通风策略提供了参考。