随着我国经济的发展和人民生活水平的提高, 人们对室内居住环境的要求越来越高, 各种建筑材料被广泛应用, 室内环境污染严重, 如何有效控制室内污染、保障人们健康是当前迫切需要解决的问题^[1]。为了应对上述问题, 我国颁布了GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》和GB 50325—2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》及一系列装修材料有害物含量限量标准。由于目前室内空气质量标准有不完善之处, 如验收标准和卫生标准之间不尽协调、标准自身存在不合理规定等问题^[2], 室内空气污染仍然很严峻。调研显示, 70%以上的居住建筑在装修3个月后其室内环境仍不合格^[3]。

　　 上述问题根源涉及管理模式和关键技术等。目前, 室内空气质量管理往往采用“后评价+后治理”模式, 即完工后对室内空气质量进行检测, 发现污染超标再进行治理补救。“后评价+后治理”的管理模式错失了最有效的控制时机, 无法有效规避室内空气污染超标的事实, 污染处理成本大, 无法保证成效。另一个导致污染严重的重要原因是缺乏有效的方法和手段, 对室内空气质量相关的因素割裂考虑, 忽略了各个环节要素之间的相互影响, 整体控制成效不理想。

　　 为解决工程实践中存在的上述问题, 本文在建筑室内装修设计阶段采用污染物预评价的事前控制方法, 提出2种污染物控制设计方法, 即规定指标法和性能指标法, 比较了2种方法的异同。通过案例, 阐述如何采用预评价方法进行装修污染物控制设计与优化。

　　 本研究将室内空气质量控制目标分为3级, 甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC等污染物各等级对应质量浓度C见表1。其中, Ⅲ级浓度要求对应GB 50325—2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》的限量要求;Ⅱ级浓度限值综合了GB/T 18883—2002和GB 50325—2010 2个标准因检测时门窗关闭时间不同的影响而进行取值, 解决目前工程广泛出现的验收合格、交付检测不合格的矛盾;Ⅰ级限量取值考虑国内外室内空气质量较高标准要求, 如WELL建筑标准, 满足健康建筑对室内空气质量的要求^[4,5]。另外, 通过分级控制方式满足不同项目或不同装修程度工程的差异化要求, 例如, 不含活动家具的室内装饰装修工程室内空气污染物浓度C不应高于Ⅱ级限量。

　　 装修材料和家具是室内空气污染的主要来源, 是进行装修污染风险控制的重点, 是污染控制设计中最重要的因素之一。材料和家具对室内空气污染的影响程度取决于材料的污染物释放率强度和变化趋势, 采用污染物释放特性参数, 尤其是污染物释放率作为材料环保性能的评价指标, 相比现行室内装饰装修材料有害物限量指标, 能更为合理地反映其影响^[6]。

　　 各类材料污染物释放率对室内空气质量的影响效果是同等的, 为了便于比较材料环保性能和有助于选择材料, 本研究依据材料的污染物168 h释放率进行等级划分, 各等级对应的污染物释放率E见表2。

　　 建筑室内空气质量变化是一个由众多因素综合决定的复杂过程, 室内空气污染各类影响因素可归为5类:散发源和吸附汇、时间因素、通风及污染物传播、空气净化、温湿度。室内污染物浓度的求解基于污染物质量平衡方程, 利用模型复现实际系统中发生的本质过程和各因素的耦合关联^[7,8]。对于一个特定的区域而言, 污染物的质量平衡方程为

　　 $\begin{array}{l}V{}_i\frac{\text{d}C{}_{\text{a}i}(t)}{\text{d}t}={\displaystyle \sum _{j}Q}{}_{j-i}(t)C{}_{\text{a}j}(t)-{\displaystyle \sum _{j}Q}{}_{i-j}(t)C{}_{\text{a}i}(t)+Q{}_{\text{o}\text{u}\text{t}\_\text{i}\text{n}i}(t)C{}_{\text{o}\text{u}\text{t}}(t)-Q{}_{\text{i}\text{n}\_\text{o}\text{u}\text{t}i}(t)C{}_{\text{a}i}(t)+\\ {\displaystyle \sum _{n=1}^{{\rm N}{}_{\text{E}i}}A}{}_{n}E{}_n(t)-{\displaystyle \sum _{s=1}^{{\rm N}{}_{\text{s}i}}A}{}_{s}R{}_s(t)-CADR\cdot C{}_{\text{a}i}(t)(1)\end{array}$

　　 式中 V_i为房间i的体积, m³;C_ai (t) , C_aj (t) 分别为t时刻房间i和房间j的室内污染物质量浓度, mg/m³;Q_j-i (t) 为t时刻由房间j流到房间i的风量, m³/h;Q_i-j (t) 为t时刻由房间i流到房间j的风量, m³/h;Q_{out_ini} (t) 为室外逐时进入房间i的新风量, m³/h;C_out (t) 为室外逐时污染物质量浓度, mg/m³;Q_{in_outi} (t) 为房间i排到室外的风量, m³/h;N_Ei为房间i内散发源的数量;A_n为房间内散发材料n的面积, m²;E_n (t) 为散发材料n的单位面积逐时散发率, mg/ (m²·h) ;N_si为房间i内吸附材料的数量;A_s为房间内吸附材料s的面积, m²;R_s (t) 为吸附材料s的单位面积逐时吸附速率, mg/ (m²·h) ;CADR为净化器的净化空气量, m³/h。

　　 装修污染控制设计在装修设计阶段, 以室内空气质量控制目标为导向, 综合装修设计方案、材料特性、通风状况、装修进度等要素, 对室内装修污染进行定量计算评估, 并对污染源头进行解析, 从而制定各类材料尤其是主要材料/家具的污染物释放率要求, 作为装修工程实施环保质量控制的设计依据。

　　 本研究根据污染控制设计的稳态和动态分析, 分为规定指标法和性能指标法2种方法。

　　 规定指标法为一种稳态的设计方法, 对室内装修所用材料的污染物释放率等级、材料用量等参数作了规定, 在装修设计中按等级与承载率对应关系进行核算, 若符合限量要求则能满足建筑室内的空气质量基本要求。规定指标法基于污染物释放率等级进行评估, 未考虑污染物释放率随时间的衰减变化, 这种做法简单、明了, 便于工程普及推广, 但指标要求相对严格, 限制了室内装修的多样化和功能。

　　 如当室内空气质量控制目标为Ⅱ级, 区域拟采用污染物释放率等级和各等级材料的面积承载率按下式进行设计计算。

　　 $\begin{array}{l}\frac{1}{4}{\rm N}{}_{\text{F}2}+\frac{3}{5}{\rm N}{}_{\text{F}3}+\frac{6}{5}{\rm N}{}_{\text{F}4}\le \frac{1}{\alpha }(2)\\ {\rm N}{}_{\text{F}k}=\frac{S{}_{\text{F}k}}{A}(3)\end{array}$

　　 式 (2) , (3) 中 N_F2, N_F3, N_F4分别为污染物释放等级为F2, F3, F4的材料面积承载率;α为温度修正系数;N_Fk为污染物释放等级为Fk的材料面积承载率;S_Fk为污染物释放等级为Fk的材料面积, m²;A为区域面积, m²。

　　 如室内空气质量控制目标为Ⅲ级, 则式中相应的系数要进行调整。

　　 在规定指标法中, 因材料污染物释放率等级为F1的材料对空气污染影响较小, 材料的用量可不受限制, 因此不参与设计计算。

　　 从式 (2) , (3) 可直观地看出材料用量与材料污染物释放率等级、房间面积、环境温度的关系, 而对室内空气质量其他影响因素则进行了合理的简化处理。对于通风换气, 式 (2) , (3) 成立的条件为室内换气次数不小于0.45 h^-1;环境湿度的影响不予考虑;一般商品住宅工程, 套内层高为 (2.8±0.2) m, 在该范围内可忽略层高差异的影响。对于层高H超过该范围的空间进行承载率核算时, 需进行层高修正, 层高修正系数为实际层高与标准层高2.8 m的比值。

　　 性能指标法是一种对装修污染进行动态权衡分析的设计方法, 在装饰装修设计时采用污染物预评价手段对设计方案进行优化, 使室内空气质量达到设计要求。采用模拟计算方式, 耦合建筑情况、装修材料类型、装修材料污染物释放特性、材料用量、通风情况、装修施工进度和施工工艺、装修交付时间、室内温湿度等因素, 预测工程建成后室内环境的动态水平, 权衡判断方案的合理性, 解析污染源, 并明确主要污染源控制要求。

　　 性能指标法采用的预评价模型在文献[7]中已有详细的介绍, 相应的分析计算工具具备计算工程逐时/逐天的室内污染物浓度、材料污染物释放量, 解析室内空气污染源头, 并输出材料释放率控制要求, 生成装修污染物控制设计计算书等功能。

　　 当采用性能指标法进行污染物控制设计时, 主要实施步骤包括建立模型、确定设计控制目标、输入边界条件、计算分析和优化调整五大环节, 流程见图1。其中计算边界条件包括环境温湿度、通风、材料污染特性、时间进度等。若预期的污染物浓度高于控制目标限值, 则进一步进行设计优化, 调整措施包括优先选用污染物释放率低的材料、减少污染物释放率高的材料用量、改进室内通风、合理安排项目实施进度和交付时间等。

　　 规定指标法是基于材料污染物168 h释放率等级进行评估的稳态设计方法, 未考虑污染物释放率随时间的衰减变化, 这种做法简单、易操作。性能指标法是一种性能化系统综合考虑的方法, 通过模型系统考虑各种因素的关联和影响, 并以材料污染释放特性描述室内空气质量的动态衰减, 计算精度比规定指标法高。

　　 规定指标法仅适用于室内空气质量目标为Ⅱ, Ⅲ级, 性能指标法适用于所有控制目标。规定指标法基于房间通风换气次数为0.45 h^-1的前提, 当室内换气次数不满足最小换气次数要求时, 则规定指标法不适用, 需采用性能指标法, 并在分析时明确实际的换气情况。

　　 规定指标法, 由于按照相应材料等级的污染物释放率高限来确定材料用量, 因此用量限值较严苛。性能指标法不拘泥于建筑室内装修的单种材料性能和用量, 而着眼于总体室内空气质量是否满足控制目标的要求, 当单种材料污染物释放率超出指标时, 可通过调整其使用量或由其他释放率低于指标的材料来弥补, 从而使整体空气质量满足要求。虽然性能指标法在操作上相对复杂, 但提供了更为经济、灵活的解决方案。

　　 广东省南山区的某办公建筑, 其污染物控制设计区域为建筑的第36, 37层, 示例区域为其中的36层3个典型功能房间。项目采用的空调系统设计温度为26 ℃。项目室内环境污染控制目标为JGJ/T 436—2018《住宅建筑室内装修污染控制技术标准》Ⅲ级。表3为本案例房间面积、装修材料用量、换气次数及施工进度表等主要基本信息。

　　 本案例空气质量控制目标为Ⅲ级, 当采用材料污染物释放率控制法时, 要求各种材料承载率总和应满足下式的要求。

　　 $\frac{1}{5}{\rm N}{}_{\text{F}2}+\frac{2}{5}{\rm N}{}_{\text{F}3}+\frac{4}{5}{\rm N}{}_{\text{F}4}\le 0.72$ (4)

　　 表4为选用普通环保等级材料的计算结果, 甲醛浓度判定结果为不符合;表5为优化调整部分材料后的计算结果, 各房间甲醛浓度可以满足控制目标要求。

　　 本案例性能指标法设计采用INDOOR-PACT软件计算, 模拟分析得出的建筑室内甲醛浓度动态变化趋势见图2, 验收时刻3个房间的甲醛质量浓度均小于目标限值0.08 mg/m³。图3为办公室1各材料在装修后不同时段对室内甲醛污染的影响权重, 可以看出:不同的材料污染物释放衰减规律不同, 装修工序进度对验收时的室内空气质量有重要影响, 例如, 因涂料较早进场, 在验收时刻, 涂料对室内甲醛污染已无影响。

　　 表6为分别采用性能指标法和规定指标法得出的装修材料控制要求, 可知两者对各种材料的要求大致相同, 性能指标法计算得出的控制要求数值更灵活, 例如, 在性能指标法计算中家具和墙纸基膜的污染物释放率都在F1等级内调整, 在规定指标法计算中选用一个材料等级, 其对室内空气质量的影响视为相同, 不考虑同一等级内不同释放率数值差异的影响。

　　 规定指标法并不比性能指标法要求更严格, 主要原因在于本案例验收时间距离完工时间仅1周, 且房间选用多种材料, 室内空气质量目标达标要求的材料环保性能较高, 多数材料需选用等级为F1的材料, 在规定指标法计算时, 污染物释放率等级为F1的材料污染物释放率影响不予考虑, 但性能指标法所有等级材料的污染影响均需全部考虑在内。

　　 本案例, 性能指标法计算材料污染散发特性参数按照实际选用材料送样检测数据输入, 温度、通风换气量、施工进度等边界条件与实际情况保持一致, 将模拟计算验收时刻房间甲醛浓度值与实测结果进行对比。验收时刻甲醛质量浓度计算结果:办公室1为0.053 mg/m³, 小会议室2为0.065 mg/m³, 办公室3为0.044 mg/m³。验收时刻室内空气质量甲醛检测结果:办公室1为0.06 mg/m³, 小会议室2为0.06 mg/m³, 办公室3为0.05 mg/m³。预测值与计算结果均能满足室内空气质量甲醛目标要求, 结果对比如图4所示, 计算浓度与测试结果平均值绝对偏差为-0.005 2～0.007 3 mg/m³, 差值与标准限值的比为-6.5%～12.17%。计算值与预测值差异较小, 性能指标法模拟预测的准确性高。

　　 污染控制设计方法经工程试行论证, 是建筑工程行业标准JGJ/T 436—2018《住宅建筑室内装修污染控制技术标准》的重要研究支撑。“预评价+前治理”在建筑室内装修工程中的应用, 将有效地从源头降低建筑室内空气污染, 保障公众健康, 促进全社会的可持续发展。但污染设计方法的大规模应用推广, 需要与现有建筑工程建设流程更好地结合, 便于工程相关方执行。