面对我国工业现代化和城镇化进程中伴随而至的雾霾天气,业内人士进行了许多应对措施的研究与探讨,提出了不少有益的方案以至设计指南。然而,针对公共建筑空调通风系统的技术方案,由于许多相关因素难以确定而未落到实处。目前所提供的设计方法虽然理论分析规范,但付之应用尚不成熟,也未被业内普遍认可。欧洲通风协会2018年颁发了经欧洲各国成员协会表决通过的Eurovent 4/23-2018指南《一般通风中按EN ISO 16890评级的空气过滤器之选用》(2018年1月9日第1版,2018年10月1日第2版)。笔者研读后十分认同该指南结论中所言,“Eurovent 4/23-2018选用指南是理论与实践相结合的产物,反映了众多过滤专家对技术的深刻理解和经验。该指南为设计师和通风设备制造商提供了有效的建议和帮助,以便他们正确地设计过滤装置。” ^[1,2,3]

　　 本文借鉴欧洲通风协会的思路,结合我国国情现状,提出一个类似于Eurovent 4/23-2018指南的技术方案。此方案恰当或可行与否,期盼业内人士审视与斧正。

　　 本文主要讨论集中式、半集中式空调通风系统为应对室外空气环境悬浮颗粒污染,配置适宜的空气过滤器的相关问题。

　　 公共建筑空调通风系统随需求及所处地域等不同有多种类型。常见的有全空气系统、新风+风机盘管(水+空气)系统、新风+房间冷暖空调多联机(工质+空气)等等。无论以上何种系统类型,其新风量、新风空气处理和分配系统,以及维持空气平衡的机械或自然排风等,都应依据室内空气卫生标准和保证空调通风系统持续正常运行来设计 ^[4]。包括进风口在内的新风通路是此类供冷供热系统室内外空气交换与更新的主渠道。从改善室内空气品质、保护居留者健康的角度,新风通路应设置适宜的空气过滤器,去除空气中的悬浮颗粒物等,使室内空气中悬浮颗粒物浓度控制在合理范围内,这也是当前业内普遍关注的问题。而在以往的空调通风系统设计规范或标准中,对此方面规定不够明确,急待重新审视。

　　 在当前国内众多城市环境空气中细颗粒物的监测值严重偏离世界卫生组织(WHO)空气质量准则规定 ^[5]的情况下,制定适合我国国情的空调通风系统空气过滤装置设计选型指南,规范新建空调通风系统空气过滤设备的性能配置,考核并改造既有空调通风系统的过滤装置,以应对当前大范围和经常出现的恶劣空气环境,普遍认为极为必要。

　　 既有的公共建筑中还有许多其他适应气候变化的暖通空调方式。例如北方地区的学校教室、幼儿园、办公楼等仅设有供暖设备,近些年来又添置了房间空调器以改善夏季条件。但往往都未设新风供给系统,而是靠无组织空气渗漏和开窗通风方式换气,某些时候室内空气品质难免处于失控状况。这类建筑应对雾霾天气的设备改造,如增设房间新风净化机组、设置排风设备或房间空气净化器等,不列入本文研讨范围。如考虑增设新风系统,其过滤装置的选型设计可参考本文的建议。

　　 对于公共建筑一般空调通风系统,仅从空气过滤器设计选型角度,通常可以用图1所示稳态时的颗粒物质量平衡模型概略表述。图中M_o为热压、风压等多种原因导致的单位时间内由室外渗入室内的颗粒物量,μg/h;M_i为居留者人为或其他因素等导致的单位时间内室内产生的颗粒物量,μg/h;M_n为重力作用等因素导致的单位时间内室内空气中颗粒物的自然沉降量,μg/h;C_n为在均匀分布假定前提下稳定状况时室内悬浮颗粒物质量浓度,μg/m³;C_s为送风中的悬浮颗粒物质量浓度,μg/m³;V_s为送风系统单位时间的送风量,m³/h;V_r为送风系统单位时间的循环风量,即空调系统的一、二次回风量,m³/h;V_e为单位时间由室内排至室外的空气量,包括机械排风和无组织渗出的空气量,m³/h;C_o为室外环境悬浮颗粒物质量浓度,μg/m³;V_o为送风系统单位时间的新风量,m³/h;P₁,P₂,P₃为空气过滤器的颗粒物质量穿透率。

　　 对于新风+风机盘管系统,仅有新风通路、风机盘管无有效过滤装置时符合图1a所示的颗粒物浓度质量平衡模型。

　　 对于全空气系统,从空气平衡角度可列出如下关系式:

　　 $\begin{array}{l}V{}_{\text{i}}+V{}_{\text{s}}=V{}_{\text{r}}+V{}_{\text{e}}(1)\\ V{}_{\text{s}}=V{}_{\text{r}}+V{}_{\text{o}}(2)\\ V{}_{\text{e}}=V{}_{\text{i}}+V{}_{\text{o}}(3)\end{array}$

　　 从空气悬浮颗粒物质量平衡角度可列出以下关系式:

　　 ${\rm M}{}_{\text{o}}+{\rm M}{}_{\text{i}}-{\rm M}{}_{\text{n}}+V{}_{\text{s}}C{}_{\text{s}}=(V{}_{\text{r}}+V{}_{\text{e}})C{}_{\text{n}}(4)$

　　 式(1)～(4)中 V_i为单位时间经孔洞、开口或缝隙由室外渗入室内的空气量,m³/h;M_o=V_iξC_o,其中ξ为渗透系数(室外空气污染物经围护结构渗入室内的浓度与室外浓度的比值),根据JGJ/T 461—2019《公共建筑室内空气质量控制设计标准》 ^[6](以下简称JGJ/T 461—2019),渗透风换气次数α可取0.1～0.6 h^-1,PM2.5的穿透系数可取0.6～0.9,则M_o=αQ·(0.6～0.9)C_o(其中Q为房间容积,m³),其取值范围为(0.06～0.54)QC_o。

　　 房间内为微正压时(这也是空调通风系统避免室内温湿度受外界干扰的一种常规处理方法。例如,办公楼在厕所、开水间等处,宾馆在客房卫生间等处设排风器,为避免室内正压偏大,还可能在走廊增设直接向外排风的风扇,但其总计排风量往往略小于送入的新风量),因进入的新风量V_o大于排风量V_e,其差额即为室内向室外渗漏的无组织排风量,即V_i为负值。

　　 当新风入口设有颗粒物质量过滤效率为η₁的空气过滤器,新风、回风混合后设有过滤效率为η₃的空气过滤器(如图1b所示)时,由送风携入室内的颗粒物量为

　　 $V{}_{\text{s}}C{}_{\text{s}}=V{}_{\text{r}}C{}_{\text{n}}(1-\eta {}_3)+V{}_{\text{o}}C{}_{\text{o}}(1-\eta {}_1)(1-\eta {}_3)(5)$

　　 将式(5)代入式(4),可以得到

　　 $\begin{array}{l}{\rm M}{}_{\text{o}}+{\rm M}{}_{\text{i}}-{\rm M}{}_{\text{n}}+V{}_{\text{r}}C{}_{\text{n}}{\rm P}{}_3+V{}_{\text{o}}C{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_3=\\ (V{}_{\text{r}}+V{}_{\text{e}})C{}_{\text{n}}(6)\end{array}$

　　 室内颗粒物质量浓度为

　　 $C{}_{\text{n}}=\frac{{\rm M}{}_{\text{o}}+{\rm M}{}_{\text{i}}-{\rm M}{}_{\text{n}}+V{}_{\text{o}}C{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_3}{V{}_{\text{e}}+V{}_{\text{r}}(1-{\rm P}{}_3)}(7)$

　　 如果回风通路未设置有效的空气过滤器,仅在新风通路设置过滤效率分别为η₁和η₂的两级空气过滤器时,式(7)则变为

　　 $C{}_{\text{n}}=\frac{{\rm M}{}_{\text{o}}+{\rm M}{}_{\text{i}}-{\rm M}{}_{\text{n}}+V{}_{\text{o}}C{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_2}{V{}_{\text{e}}}(8)$

　　 如果送风空间不存在无组织渗入及渗出的空气量,即V_i=0时,由式(3)可知,此时送入的新风量V_o=V_e,式(8)可简化为

　　 $\begin{array}{l}C{}_{\text{n}}=\frac{C{}_{\text{o}}V{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_2}{V{}_{\text{e}}}+\frac{{\rm M}{}_{\text{o}}+{\rm M}{}_{\text{i}}-{\rm M}{}_{\text{n}}}{V{}_{\text{e}}}=\\ C{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_2+\frac{{\rm M}{}_{\text{o}}+{\rm M}{}_{\text{i}}-{\rm M}{}_{\text{n}}}{V{}_{\text{o}}}(9)\end{array}$

　　 按照Eurovent 4/23-2018指南,如果仅在新风通路上设置空气过滤器,室内无尘源也没有经围护结构渗入的室外空气中的颗粒物,即M_i,M_n及M_o可以忽略,则室内空气悬浮颗粒物质量浓度为C_n=C_oP₁P₂,式中的C_oP₁P₂即为该指南所定义的送风级别(SUP)。

　　 当房间的新风比为A(A=V_o/V_s),回风通路无有效的空气过滤装置(如带新风的风机盘管系统等),而新风通路设有两级空气过滤器时,送入室内空气的颗粒物质量浓度C_sa为

　　 $C{}_{\text{s}\text{a}}=(1-A)C{}_{\text{n}}+AC{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_2(10)$

　　 当房间的新风比为A,新风设有穿透率为P₁的空气过滤器,新风、回风混合后设置穿透率为P₃的空气过滤器时,送入室内空气的颗粒物质量浓度C_sb为

　　 $C{}_{\text{s}\text{b}}=(1-A)C{}_{\text{n}}{\rm P}{}_3+AC{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_3(11)$

　　 2种过滤器设置方案室内外各种条件一致时,送入室内的空气颗粒物质量浓度应相同,即C_sa=C_sb,由此可得

　　 ${\rm P}{}_3=\frac{(1-A)C{}_{\text{n}}+AC{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1{\rm P}{}_2}{(1-A)C{}_{\text{n}}+AC{}_{\text{o}}{\rm P}{}_1}(12)$

　　 JGJ/T 461—2019规定:室内人员密度大于0.4人/m²时,人员PM2.5的发生量按0.9 μg/(人·h)计;人员密度小于等于0.4人/m²时,人员PM2.5的发生量可忽略不计。教室、幼儿园及办公室一般均属后者,人员PM2.5的发生量可忽略不计。

　　 此时C_oP₁即为Eurovent 4/23-2018指南所指的送风浓度。

　　 近年来国内研究人员针对如何降低雾霾天气影响室内空气品质、危害人类健康的问题,进行了许多有意义、有价值的试验、实测和研讨 ^{[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]},提出了许多建议、措施和方案,还出台了一些有关的行业标准。这些研究成果对启发和促进业内人士重视和了解公共建筑空调通风系统应对雾霾天气的方方面面,功不可没。不过,笔者站在工程技术实用的立场,认为截至目前这些研究结果尚未能给出简单易行的合理方法。眼下所见的各种建议和方案中有不少待定的参数,暂时可能难以给出令人信服的数据,而且所推荐的各种方法似乎都偏于理论和过于烦琐,不便在工程设计中普及推广。

　　 笔者对室内外大气细颗粒物浓度的设计取值问题存在以下疑惑。

　　 按照GB 3095—2012《空气环境质量标准》,自2013年1月起,作为第一阶段监测实施的京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市、省会城市共74个城市,开展了包括室外环境细颗粒物在内的6个基本项目的监测。2014年新增87个城市为第二阶段实施城市,目前己增至338个城市,覆盖全国各地域,并取得了一大批珍贵数据,为暖通空调专业应对室外雾霾天气,采取空气过滤等措施改善室内空气品质提供了基础依据。

　　 目前所见国内推出的应对大气污染,通风系统采用空气过滤方式保障室内空气品质的各种设计方法,所依据的基本理论都是室内悬浮细颗粒物的瞬态或稳态质量平衡方程。但计算所需的相关参数却颇具争议,恐怕一时难以敲定。

　　 室内外空气细颗粒物设计浓度应是最基础的设计参数,而其设计取值如何确定并不简单,既要符合客观实际,又要易于统计和方便用于设计选型,笔者认为业内人士对这些方面未必能统一认识,达成共识可能尚需时日。笔者的认识如下。

　　 室外环境细颗粒物的设计浓度如何合理确定有多种方案,目前所见主要是参考暖通空调室外温湿度确定方法,以不保证率,不保证天数、时数等为依据,甚至比照供暖、供冷度日数(HDD,CDD)的概念,依据环保部门的PM2.5监测值来推算室外细颗粒物设计浓度。笔者也曾做过类似的工作,但现在想来似乎都未必妥当 ^[10]。

　　 其一,空调通风系统设计时,依据当地室外比较不利的环境条件,确定冷热负荷及相应的供热供冷设备,以保障室内温湿度及新风量在全年运行中满足建筑物居留者的生活需要。例如,冬季通风室外计算温度采用累年最冷月平均温度的平均值,夏季通风室外计算温度采用历年最热月14:00的月平均温度的平均值,夏季空气调节室外计算干球温度采用历年平均不保证50 h的干球温度,等等。而在实际运行中,可采用改变水温、水量等多种手段保证其冷热供应量,依据室内设计参数及室外实际参数随时进行调节,合理情况下室内温度、湿度不应偏高或偏低,不存在不当耗费问题。而空气过滤设备则明显不同,一旦按室外细颗粒物设计浓度选定并装置在系统中,无论室外污染状况如何变化,空气过滤器的动力消耗始终存在,而且随滤材聚集尘埃其阻力逐渐增大,滤材更新前能耗有增无减。同时,室内细颗粒物浓度在保证率、保证天数以内的全年中绝大部分时段,都低于甚至远低于设计所确定的室内细颗粒物浓度。诚然,这可能于居留者的健康未必是坏事,那么确定室内设计值的意义又何在?

　　 其二,室外环境细颗粒物的浓度变化,远不像室外温湿度的变化那么规律。某个地区一年四季、全年各月、每天各时的温度、湿度变化具有连续性、缓变性。某地区的室外温湿度随所处经纬度、地理环境和大气环流等变化基本有序,而且几乎非人力所能左右。即便近些年来大气温度略有升高,但其波动幅度相对而言十分微弱,异常的情况并不多。但室外环境的PM2.5浓度则大不相同,受人为因素干扰极为明显。不仅很多情况下变化无常,同一地区邻街、靠近工业区、机场等处的PM2.5浓度测值往往偏高,相邻地域可能因地形或建筑物密集等大气扩散条件不同而差异显著。又例如近几年来各大城市采取煤改气、汽车限号、污染企业外迁等多项环保措施后,大气环境PM2.5监测值呈现逐年显著下降的状况,如表1所示。

　　 笔者深信,由于环保措施进一步完善与强化,如随着城市规划更趋合理,电动汽车和绿色出行方式普及,建筑及装修工艺、道路施工技术的改进,等等,国内城市的细颗粒物浓度还可能在近些年内有较为明显的变化。那么依据近期大气监测值统计得到的,符合不保证率、不保证天数规定的室外计算浓度值,恐怕一时难于稳定。期待规范、指南及时变更设计依据未必现实,而要求设计、管理人员随大气监测值变化及时跟进,似乎更不合情理。

　　 长期以来,国外所有涉及空气悬浮细颗粒物危害人类健康的研究,都是以室外大气环境的细颗粒物浓度为依据的,极少有文献给出室内空气悬浮细颗粒物浓度与居留者健康状况及引发疾患的循证医学研究的统计数据。可能正因为如此,截至目前曾经是影响力最大的室内细颗粒物浓度限值,仍是出自于1987年由加拿大卫生部所初次颁发的《居住建筑暴露指南》,以及该文件1995年的新版《住宅室内空气品质暴露指南》 ^[21]。该指南给出的PM2.5(mass median aerodynamic diameter,MMAD)的室内允许长期暴露范围(acceptable long-term exposure range,ALTER)为小于等于40 μg/m³,室内允许短期暴露范围(acceptable short-term exposure range,ASTER)为小于等于100 μg/m³。该指南对其他多种室内污染物,如臭氧、二氧化氮、二氧化硫等都分别给出了ALTER和ASTER的允许范围。

　　 然而,加拿大卫生部2012年颁布的《住宅室内空气细颗粒物(PM2.5)指南》明确指出:“1987年所确立的长期和短期允许暴露范围应被废除,并以聚焦于控制室内源使室内PM2.5的长期暴露量最小化的新标准替代” ^[22]。此后国际上再没有出现过公认的室内PM2.5允许浓度值可作为设计浓度值的依据。加拿大2018年颁布的《住宅室内空气品质指南》 ^[23]保留了其他多种污染物如甲醛、臭氧、苯、一氧化碳等的长期暴露限值和短期暴露限值,但对于PM2.5无任何具体指标,只有一句定性的话“维持室内PM2.5水平尽可能低”(keep indoor levels of PM2.5 as low as possible)。

　　 总而言之,如果要明确给定室内设计浓度值似乎缺少科学根据,而国内目前所推出的、以进出室内的PM2.5质量平衡为依据的各种空调通风系统空气过滤器选型方法,都必须确定室内PM2.5设计浓度值。而Eurovent 4/23-2018指南所推荐的空气过滤器选型技术方案恰恰回避了此问题。

　　 除此之外,前面所提及的细颗粒物通过建筑围护结构的穿透系数、室内细颗粒物的发生量等相关参数的确定或取值,在工程设计应用中都存在一定的难度和缺少可靠性,这也是笔者格外关注Eurovent 4/23-2018指南的原因,期盼借助其思路制定适合我国国情的、按ISO 16890分级选用空气过滤器的技术方案。

　　 既然按照基于质量平衡原理的传统理论方法,计算并确定符合空调通风系统对细颗粒物过滤效率要求的空气过滤器,存在许多待定因素和难处。而且似乎也无需如此较真,因为室内细颗粒浓度在较低数值以下变化时,不会像室内温湿度的波动那样可能明显影响居留者的舒适度和健康状态。在我国目前经济发展水平下,公共建筑空调通风系统设置合适的空气过滤器,可以算是“锦上添花”的举措。对某些易感人群居留的、环境要求高的公共建筑确实必要,但似乎也不宜要求偏高、偏严。因为提升室内空气品质将增大电力耗费和加重大气环境负担。那么某些公共建筑的过分改善,对于大多数居留场所不具备采取净化通风措施条件的城镇居民而言,其后果是负面的。

　　 ASHRAE 2018年1月13日颁发的《过滤和空气净化立场文件》 ^[24](以下简称《立场文件》)明确阐述了其观点。《立场文件》指出:“一些文献以流行病学的资讯为根据,建立了与颗粒物过滤相关的健康获益模型,来预测室外空气颗粒物浓度与对健康不利影响的关系。这些模型考虑了许多健康方面或与健康相关的结果,其中包括死亡、心脏和呼吸系统疾病、慢性支气管炎、哮喘等。这些模型研究表明,与过滤相关的健康实质获益和PM2.5总暴露量的降低一般成正比。尽管有2项研究发现,预测未来冠心病事故的生物指标随空气过滤有统计性的显著改善,对预测健康受益的模型提供了一些实质性支持,但《立场文件》认为,因为所依据的大部分的健康结果都发生在小部分人群,所以还需要用大量的实证研究验证这些预测结果的普遍性和适用性,而截至目前还没有进行这些研究。”

　　 ASHRAE汇集了欧美等国一批专家、学者组成了专门的《立场文件》委员会,该委员会查阅了大量现存的国际文献,对文献进行了较全面地甄别、筛选与分析。在此基础上,编写完成了《立场文件》。按笔者的理解,ASHRAE设立《立场文件》委员会并非偶然,是很有针对性的。正因为当前在涉及公共建筑的新风过滤和室内空气净化设备的健康效果的评价方面存在较多不实之处。甚至在某些问题上,还存在采信一些实证不足的数学模型的预测结果作为依据,用于指导工程设计。更有些出于商业动机,对一些空气净化产品在有益健康方面存在夸大的宣传,致使一些技术措施偏离了科学方向,并可能给社会造成不必要的经济负担。为此,ASHRAE协会认为,对相关问题以《立场文件》的形式表明协会的官方立场是十分必要的。

　　 笔者认为,《立场文件》所表述的观点和认识,或许也应是国内在制定相关标准、设计指南时的一项参考依据。

　　 制定适合我国国情的标准,需要确定适合我国目前经济发展水平、大气环境污染现状及公共建筑既有空调通风系统设计方法与运行规律等方面的相关因素,显然不宜照搬Eurovent 4/23-2018指南的规定。WHO也特别强调,不同国家和地区在制定其相关空气质量标准及措施时不能脱离当地的实际状况。

　　 WHO指出:“WHO空气质量准则(AQG)是为在全世界范围内使用而制定的。各国制定的国家标准之间是有差异的。因为标准是依据所采用的权衡健康风险的方法、技术可行性和经济方面的考虑,以及其他各种政治和社会因素来制定的,而这些因素反过来又取决于国家发展水平和空气质量管理能力。WHO承认这些差异的存在,在制定这些政策目标时,应该充分考虑当地情况后再决定是否直接将准则值作为当地具有法律效力的标准。”

　　 笔者认为,WHO的上述立场及其具体提出的除准则值以外的3个过渡时期目标值(如表2所示),为我国制定适合国情的标准提供了依据。

　　 国内环保主管部门颁发的HJ 633—2012《环境空气质量指数(AQI)技术规定》,以空气质量指数类别判定空气的污染程度,空气质量指数类别及相应的PM2.5 24 h平均质量浓度限值如表3所示。

　　 笔者认为,根据我国国情现状用6个级别来标识某天的空气质量是合适的,但用作空调通风系统空气过滤设备的选型依据则未必恰当。

　　 笔者认为,以PM2.5等颗粒物的年平均浓度值作为大气环境污染状况的指标及设计依据,较以24 h平均浓度值为标志更适宜。因为几乎所有涉及空气悬浮细颗粒物危害人类健康的论述,都是以多年医学循证的研究统计结果为依据的。而这些研究对应的坐标基本都是大气环境细颗粒物年平均浓度值。

　　 正因为如此,WHO特别强调指出:“评价WHO空气质量准则值(AQG)和过渡时期目标时,与24 h平均浓度相比,通常优先推荐年平均浓度,因为在低浓度暴露时,很少有人关注到短期暴露产生的健康效应。”也就是说短期高浓度暴露虽然不利于健康,但其后果尚无确切的判断,采用年平均浓度作为设计参数更科学。

　　 依据上述认识,笔者认为应与Eurovent 4/23-2018指南相一致,采用细颗粒物的年平均值为准,而不是采用与24 h平均值相关联的不保证率、不保证天数等方法来确定室外空气PM2.5浓度设计值。

　　 超细颗粒物PM1可能比PM2.5对人体健康的危害更大,但目前国际上尚无确切的定论和定量指标,可暂不考虑。而PM2.5对人体健康的危害远较PM10突出,再者国内PM2.5的监测已日渐普及,可作为基础标志物。

　　 欧洲通风协会根据欧洲大气环境PM2.5质量浓度年平均测值现状,将室外空气仅分为≤10 μg/m³,>10 μg/m³且≤15 μg/m³和>15 μg/m³ 3挡。表4给出了欧美部分城市近年PM2.5质量浓度年平均测值。

　　 从国内PM2.5质量浓度年平均测值近况来看,其分布范围很宽,从20 μg/m³以上至近100 μg/m³。若室外空气级别偏少,应对的技术措施针对性必然较差。

　　 根据国内338个城市PM2.5近年监测数据,对照欧美部分城市近年的测值(见表4),并兼顾今后国内环境改善的前景,笔者建议国内室外空气宜按PM2.5质量浓度年平均测值分为5级,如表5所示。

　　 根据全国338个城市2018年的监测数据(缺少日喀则、林芝、昌都、三沙等7个城市的数据),达到ODA1级(室外空气清洁)的城市或地区有10个,仅占总数的2%左右;福州、厦门、海口、丽江、拉萨、伊春等35个城市处于ODA2级(室外空气较清洁),约占总数的11%;ODA3级(室外空气轻度污染)的城市或地区主要有广州、深圳、青岛、大连、宁波、珠海等沿海城市和长春、吉林、南昌、南宁、贵阳等二线城市,共98个,占总数的30%左右;上海、杭州、南京、苏州、重庆、成都、沈阳、合肥、桂林和哈尔滨等116个城市处于ODA4级(室外空气重度污染),占总数的35%左右;北京、天津、西安、宝鸡、郑州、洛阳、开封、太原、晋中、济南、潍坊、淄博、泰安、石家庄、保定、唐山等75个城市处于ODA5级(室外空气严重污染),约占总数的23%,其中个别地区甚至高达100 μg/m³左右,如和田地区、喀什地区,北京、天津2016—2018年的PM2.5质量浓度年平均测值的平均值为59.7 μg/m³,西安则高达68.7 μg/m³。

　　 表5所列室外空气按PM2.5质量浓度年平均测值划分的类别是否恰当,究竟分几级合适,各级的指标如何合理界定等问题,尚有待同行专家进一步论证确定。

　　 JGJ/T 461—2019规定了室内PM2.5设计日质量浓度值,以用于空气过滤器选型计算,并举例说明了各级的适用场所,如表6所示。

　　 JGJ/T 461—2019的室内PM2.5设计日质量浓度值,其一级相当于WHO的室外空气准则值,二级相当于WHO的IT-3及GB 3095—2012的室外空气质量Ⅰ级,三级相当于WHO的IT-2,四级相当于WHO的IT-1及GB 3095—2012的室外空气质量Ⅱ级。按照JGJ/T 461—2019的规定,对于长时间滞留场所,如公寓、幼儿园,一般按照室内二级标准设计,要求极高的VIP病房可考虑按一级设计。笔者认为,JGJ/T 461—2019的规定比较适合当前国内现状,而其给出的适用场所举例似乎标准略微偏高,如果说JGJ/T 461—2019此举是为将来国内大气环境显著改善而预留空间的话,倒也可以理解。

　　 本文2.2节指出,目前国际上没有公认的室内颗粒物标准。但笔者也注意到WHO在《空气质量指南(2005)》中有这样一段话:“WHO颗粒物的空气质量准则(AQG)也可以用于室内环境”。也就是说JGJ/T 461—2018比照WHO室外空气准则值确定室内PM2.5浓度值为设计标准无可厚非。而Eurovent 4/23-2018指南则完全不同,其选型方法未显示室内具体的设计浓度值。

　　 Eurovent 4/23-2018指南根据居留场所的性质和需求规定了5个送风级别,给出了相应的送风的细颗粒物浓度限值和应用场所示例。但由于国内空调通风系统的设计概念与欧美国家不完全一致,因此该指南的送风级别很难与国内公共建筑的不同部位逐一对照。例如国内某些公共建筑的洗手间、楼梯间往往只设排风而无送风,仅靠室内负压从相邻的空调房间补风。但在该指南中却分别将洗手间、楼梯间列入送风3级和送风4级。

　　 JGJ/T 461—2018所规定的4个目标等级,一定程度上反映了对国内公共建筑各种场所不同室内空气品质要求的类别,并为未来升级留有适当余地,所以笔者认为该标准以室内PM2.5设计日质量浓度值所确定的目标等级,可用作国内当前与Eurovent 4/23-2018指南相对应的送风等级。

　　 参照Eurovent 4/23-2018指南的思路,笔者经计算后给出了适合我国国情、对应于各送风等级的送风颗粒物浓度,如表7所示。与Eurovent 4/23-2018的指南不同在于:该指南依据欧洲的大气环境近况,以WHO《空气质量指南(2005)》的准则值为基数;笔者则从实际出发,根据国内大气环境现状,以WHO《空气质量指南(2005)》的过渡时期目标1(IT-1),即PM2.5年平均质量浓度≤35 μg/m³为计算基数。另外该指南未明确区分送风与新风,本文定义的送风等级则是依据新风限值确定的,与送入室内的空气浓度有别,实际送风浓度与新风比和回风是否设置空气过滤装置有关。

　　 表7中的4个新风等级与表6中的4个不同适用场所的级别逐一对应。对表7所列新风限值举例说明如下:若某场所按JGJ/T 461—2019的目标等级二级设计,即室内PM2.5日平均质量浓度值为35 μg/m³,相应的年平均质量浓度值为15 μg/m³,其送入的新风PM2.5质量浓度限值应小于等于10.5 μg/m³。也就是说,为满足室内空气品质要求,留有(15-10.5)μg/m³乘以新风量的差额,将其作为稀释室内PM2.5发生量等不确定因素的余量。

　　 依据表5的5个室外空气级别和表7的4个送风等级,笔者计算得出了按照室外空气级别和送风等级所推荐的新风通路最低过滤效率e_PM2.5,见表8。

　　 参照Eurovent 4/23-2018指南的规定,为保护HVAC系统,新风的第一级空气过滤器的过滤效率e_PM10应不低于50%,根据欧洲通风协会认证中心(Eurovent Certita Certification)的测试统计,约相当于e_PM2.5为10%～15%。

　　 欧洲通风协会认证中心对市售的91台空气过滤器,按EN 779和按ISO 16890的测试对比结果,可大略以表9表述表8。

　　 以北京某高级办公室(SUP 2)为例,建筑面积50 m²,容积150 m³,办公人员10人,设计最小新风量408 m³/h(人均30 m³/h,单位地板面积2.16 m³/h,见JGJ/T 461—2019第3.6.3条),采用全空气系统,房间送风量为1 050 m³/h,新风比约为0.39。

　　 当空气过滤装置仅设在新风通路时,房间送风的PM2.5质量浓度C_s1=(1-0.39)×15 μg/m³+0.39×10.5 μg/m³=13.245 μg/m³。

　　 维持室内PM2.5质量浓度不高于15 μg/m³,每小时由排风带走的PM2.5总量为1 050 m³/h×(15-13.245)μg/m³=1 842.75 μg/h。

　　 参照JGJ/T 461—2019,当人均占用面积>2.5 m²时,人体产尘量可忽略(第3.4.1条)。渗透风换气次数按0.30 h^-1计,穿透系数按0.75计,室外PM2.5质量浓度按50 μg/m³计,则该办公室的PM2.5产生量为0.30 h^-1×0.75×150 m³×50 μg/m³=1 687.5 μg/h<1 842.75 μg/h。

　　 计算结果表明,按表8选用e_PM2.5为80%的空气过滤器,或参照表9选取F8空气过滤器均可满足室内要求。

　　 如果该办公室新风经e_PM2.5为15%的预过滤器过滤并与回风均匀混合,再经穿透率为P₃的空气过滤器处理后送入室内,则符合室内空气PM2.5浓度要求的P₃空气过滤器可按式(12)确定。

　　 $\begin{array}{l}e{}_{\text{Ρ}\text{Μ}2.5}=1-13.245\text{μ}\text{g}/\text{m}{}^3÷(0.61\times \\ 15\text{μ}\text{g}/\text{m}{}^3+0.39\times 0.85\times 50\text{μ}\text{g}/\text{m}{}^3)=0.485\end{array}$

　　 即P₃空气过滤器的最低效率e_PM2.5应为48.5%,约相当于EU 779的M6级过滤器的过滤效率。

　　 截至目前,国内的相关研究结果尚未能给出简单易行的合理方法。眼下所见的各种建议和方案中有许多待定的参数,暂时可能还难以给出令人信服的实用数据。而且所推荐的各种方法似乎都偏于理论和过于烦琐,不便在工程设计中普及推广。而Eurovent 4/23-2018指南是理论与实践相结合的产物,值得借鉴。几十年来国内所建ISO 5级以下,数以百万、千万m²计的各级洁净室,都是根据洁净室的换气次数经验数值设计计算的。笔者未曾听说有哪个工程是甩开经验值而按理论公式计算设计的。实践证明所用的这些工程经验值是简便和可信的。这样想来借鉴Eurovent 4/23-2018指南,搞一套适合我国当前现状的、简易可行的方案又有何不可呢?

　　 此外,ASHRAE的《立场文件》提醒业内人士,“预测室外空气颗粒物浓度与对健康不利影响的关系,所依据的大部分的健康结果都发生在小部分人群,所以还需要用大量的实证研究验证这些预测结果的普遍性和适用性。”同时WHO也一再强调,“各国标准的制定需要考虑当地条件的限制和公共卫生的优先重点问题。因为标准是依据所采用的权衡健康风险的方法、技术可行性和经济方面的考虑,以及其他各种政治和社会因素来制定的。而这些因素反过来又取决于国家发展水平和空气质量管理能力。”正因为如此,笔者认为,公共建筑空调通风系统应对雾霾天气所采取的技术措施规定宜相对宽松,并且便于实施和考核。

　　 再者,从减少空调通风系统运行能耗考虑,笔者认为宜在主要空气过滤段装置旁通阀,在室外空气相对良好的时段可考虑适当开启,以降低空气过滤段的流通阻力,减少驱动能耗。

　　 当然,室内PM2.5浓度的感知元件及旁通阀的开度指令和相应的执行机构都是需要研发和工程应用检验的。

　　 带新风或自循环的房间空气净化器安装简单、移动方便,更有开停自如的优点,可作为空调通风系统应对雾霾天气的一种补充方式,综合应用;也可作为公共建筑空调通风系统在采取本文推荐的空气过滤措施基础上,对个别特殊高要求房间所采取的一种辅助手段。

　　 本文所建议的方案必有疏漏之处,供业内人士审视并斧正。