重慶海潤節能研究院      魏嘉

中國醫藥集團重慶醫藥設計院      唐杰

摘   要：倡導通過新鮮空氣改善室內空氣品質的今天，新風量的計算方法及限值規定顯得尤為重要，基于此，本文對比國內現行新風量標準，指出由于不同標準關注點的不同，造成同一類建筑的設計新風量有所區別。對辦公樓、教學樓及商場建筑的通風現狀進行研究綜述，普遍存在室內二氧化碳濃度超標，空氣品質較為惡劣的現象。在關注新風量來滿足人體熱舒適的同時，需要兼顧氣流組織、通風方式及運行調控策略。

關鍵詞：公共建筑；新風需求；空氣品質；二氧化碳濃度；標準限值

0   引言

開窗通風是人在建筑活動中，為滿足室內空氣新鮮尋求到的簡單、便捷且節能的行為方式。但在室外環境污染日益加劇的今天，直接開窗通風已經不能滿足人們的健康需求。若建筑內無新風系統，室內人員呼吸產生的二氧化碳、系統設備運行產生的污染氣體、裝飾材料及家具家電散發的揮發性有機物等，將嚴重影響室內人員的身體健康。病態建筑綜合征、建筑相關疾病及化學物質過敏癥等問題的出現使人們認識到保證房間新風量是構建健康建筑的基本要求之一^[1]。

建筑新風的主要用途可以概括為以下6點：

（1）提供室內人員呼吸代謝所需要的空氣；

（2）稀釋室內污染物，減少各種室內疾病的發生和傳播；

（3）控制室內異味，提高室內空氣品質的可接受度；

（4）創造優異的空氣環境，提高人員的工作效率；

（5）調節室內溫濕度；

（6）營造室內氣流環境等^[2]。

本文挑選幾類典型公共建筑不同房間類型的狀態進行研究綜述，新風標準限值主要對比辦公室、醫院及高密度人群建筑；通風研究現狀主要綜述對象為辦公室、教室、商場等。

1   標準中新風限值對比

設計新風量的主要參數為新風量、換氣次數，根據國家現行衛生標準中的容許濃度，各標準中對于不同公共建筑的新風量的限值不盡相同。以《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736–2012）為參考，將本文選取研究的房間類型劃分為三種類型。第一種類型為公共建筑主要房間，包括辦公室、客房、大堂及四季廳，取值標準為每人所需最小新風量；第二種類型為醫院建筑，包括門診室、病房及手術室，由于現有人員新風量指標所確定的新風量沒有考慮到建筑污染部分，無法保證始終完全滿足室內衛生要求，故醫院建筑中房間新風量按照換氣次數進行確定；第三種類型為高密人群建筑，按照不同人員密度規定每人所需最小新風量。

本文按照以上三種類型的劃分，對比國內公共建筑主要標準及規范，以期得到完善的新風需求指標。

第一種類型新風取值標準對比：

表1   公共建筑典型房間最小新風量限值

以上表格可以看出，《室內空氣質量標準》（GB 18883–2002）中對室內最小新風量的取值不區分房間類型，統一為30m³/(人·h)，而對于大堂、四季廳等房間類型，GB 50736–2012中規定的最小新風量為10m³/(人·h)，有所區別。
第二種類型新風取值標準對比：

表2   醫院典型房間最小換氣次數限值

以上表格中，手術室的換氣次數在兩個標準中數值不統一，《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB 50736–2012》中換氣次數規定為5次，《綜合醫院設計規范GB 51039–2014》中規定為6次，有所區別。
第三種類型新風取值標準對比：

表3   高密度人群建筑最小新風量限值

以上表格中，教學樓建筑的新風取值規定有較大不同，《中小學校設計規范GB 50099–2011》對新風的計算是依據于最小換氣次數，且小學、初中及高中教室的換氣次數各不相同，而《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB 50736–2012》中依據于人員密度下的最小新風量進行計算，《室內空氣質量標準GB 18883–2002》統一給出最小新風量，說明《中小學校設計規范GB 50099–2011》在對新風的需求中關注于不同學齡階段，而《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB 50736–2012》中關注于人群的密度，《室內空氣質量標準GB 18883–2002》中關注于室內空氣品質。

由于各個標準中關注的方向不同，導致不同標準中對新風需求的規定限值也不同。在設計中如何在眾多標準規范中選取適宜于房間類型的新風量，在有地方標準的情況下，應以更加嚴格細分的地方標準為主；在既有通用設計標準及某類建筑專門區別的設計標準時，應選取專業性更強的設計標準。

2   各類公共建筑通風研究現狀

按照不同建筑類型分別進行研究現狀的分析總結，以期從中得到不同建筑通風需求的共性和個性。

2.1   辦公樓

在《辦公建筑設計規范》JGJ 67–2006中規定，一類、二類及三類辦公室內的新風量均要求每人每小時不應低于30m3。辦公樓建筑的主要特點在于人流量穩定，故其新風量的計算方法主要以人均最小新風量進行規定。

2.1.1   空氣品質狀況

林波榮[3]結合用戶主觀問卷調研和現場實測，比較了不同氣候區不同綠色辦公建筑室內環境品質的情況，并與相同氣候區普通辦公建筑的室內環境品質情況進行了對比，分析了不同建筑典型周圍二氧化碳濃度。發現除了持續性開啟新風機組的建筑之外，綠色辦公建筑與常規建筑的二氧化碳濃度基本上無顯著性差別，但是人們對于綠色辦公建筑的空氣品質的滿意程度卻明顯高于常規建筑，說明辦公建筑的室內空氣品質除了受到二氧化碳濃度影響之外，還受到更多其他因素的影響。

蘭麗[4]等人調查了上海市兩辦公建筑建筑內人員對室內環境的總體感覺，并對室內的空氣溫度、濕度、風速、噪聲、甲醛和二氧化碳濃度等物理參數進行了測量，對當前辦公室的室內空氣品質做一個研究，同時確定對室內人員工作效率的影響因素。結果顯示，盡管建筑室內各項物理參數都在標準范圍內，接近50%的人員抱怨有病態建筑綜合癥，且大多數人希望增加室內新風量。

辛晶晶[5]等人對上海市大型辦公樓室內CO₂濃度進行了測試，并提出了根據室內CO₂濃度確定新風模式的想法。在過渡季節室內CO₂濃度均未出現超標現象，而主要超標的時段集中在夏季的7、8、9月，造成該現象的原因是該辦公建筑夏季室外自然滲風量明顯比過渡季和冬季小，導致夏季室內CO₂濃度累積效應相對強于自然滲風的消散作用，從而易出現夏季室內CO₂濃度超標的現象。由此可以看出，就辦公建筑的室內品質中的CO₂濃度而言，在不同的季節也是會出現濃度超標現象的。建筑內的通風需求量并不是一成不變的，會受到季節和通風模式等的影響。

以上研究說明，通過調研、實測數據，辦公建筑室內的空氣品質并不理想，主要存在CO₂濃度超標的問題，即使CO₂濃度及其他室內污染物的濃度在標準范圍內，室內人員依然表示希望增加室內新風量來緩解病態建筑綜合征。

2.1.2   通風方式

趙永等人^[6]利用Climate Consultant軟件分析了畢節、貴陽、遵義三個地區辦公建筑應用通風降溫措施的適宜性，結果表明，三個地區辦公建筑采用通風代替空調均能減少至少47.1%的空調使用率，同時利用實測得到，辦公建筑應用通風降溫技術每年可節省冷量 21~31.5kW·h/m²。辦公建筑利用通風降溫，不僅能減少空調系統能耗，同時大量引入的新風還能有效稀釋室內的CO₂濃度、_^PM2.5等污染物，有效地提高室內空氣品質。

利用CFD模擬軟件，許健^[7]對采用層式通風方式下的典型辦公建筑在不同室內氣流組織下的空氣品質和房間的排污效率進行了模擬，得到不同的送風高度和回風方式對辦公室的室內人員呼吸區空氣品質和房間的排污效率均有影響，送風口設置在Δh=20cm 處能使呼吸區獲得更好的空氣品質，且采用上部回風比下部回風形式能使呼吸區獲得更優的空氣質量，在對建筑的通風量進行設計的時候，需要充分考慮室內氣流組織形式的影響。

安晶晶^[8]等人對采用自然通風和機械通風的辦公建筑的CO₂濃度、溫度及冷負荷等進行模擬，以分析兩種通風方式對室內空氣品質的差別，開窗通風可以保持較低濃度的CO₂濃度水平，尤其是在室內人數增加時可以滿足室內空氣品質的需求，機械通風的CO₂濃度要明顯高于開窗通風，且在室內人數超過設計值時室內空氣品質較差。

對于辦公建筑而言，通風量、氣流組織及通風方式均需進行綜合考量，以最小新風量最節能的方式保證室內空氣品質達到標準要求。

2.1.3   小結

通過文獻調研，人流量較為穩定的辦公室內的空氣品質大多處于并不滿意的狀態；通過測試，盡管辦公室內溫度、濕度、二氧化碳濃度、甲醛等物理參數均在標準范圍內，但依然有超過半數的人抱怨有病態建筑綜合征。對辦公建筑的通風模擬顯示，機械通風的二氧化碳濃度明顯高于自然通風；且送風口設置在某一位置處能使呼吸區獲得更好的空氣品質，且采用上部回風比下部回風形式能使呼吸區獲得更優的空氣質量。

以上研究說明對于辦公建筑而言，通風的效果，不僅與房間通風量的大小、氣流組織形式有關，還與適宜的通風方式有關。采用適宜的通風降溫方式代替空調制冷，不僅可以達到節能的效果，而且可以優化室內的空氣品質。

2.2   教學樓

教室的受眾根據年齡階段分為幼兒園、小學、初中、高中、大學等，不同類型的教室對空氣品質的需求也不盡相同。

2.2.1   教室通風的重要性

教室內空氣環境品質與學生和教師的健康、舒適等都息息相關。當人長時間處于CO₂體積分數較高的環境中時，人的呼吸系統、循環系統、大腦器官的機能將受到影響，引起較為強烈的不舒適感。美國LEED認證標準中認為室內空氣品質會直接影響學生的學習效率，諸多學者也對學生的學習效率與通風量的關系進行了研究，高校上課期間教室內CO₂體積分數維持在(1200~1800)×10-6之間，在這樣的環境中，學生的學習效率明顯偏低^[9]。目前，向室內引入新風從而稀釋室內污染物，是當前改善室內空氣品質的主要途徑之一。

2.2.2   研究現狀

申曉宇^[10]針對南京某高校教學樓內不同教室在不同季節中二氧化碳濃度進行連續監測，分析出教室位置朝向、廊窗方式、上座率、門窗開啟等因素對空氣品質的影響，提出改善教室空氣品質的對策與建議，對估算出自然通風教室獲得的新風量值。

廖梅等^[11]連續監測某教室CO₂濃度，通過濃度衰減法計算不同教室、不同通風形式下室內新風量的大小。通過問卷調查和數值模擬的方法對夏熱冬冷地區高校教室內空氣品質進行研究，得出高校教室內空氣品質存在較大的問題，11月、12月及3月室內二氧化碳濃度超標最為嚴重，增加教室門窗的開啟數量有利于室內二氧化碳濃度的擴散，但相應的會影響室內熱舒適性。

黃衍等^[12]提出間歇式開窗為主的自然通風不能完全解決教室內新風量不足導致的二氧化碳濃度超標問題，并通過工程案例分析了中學教室內CO₂濃度和新風量的關系，并得出按照《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736–2012）規定的最小新風量計算得到的教室內二氧化碳濃度值最低。

王洪光^[13]針對某高校教室進行測試室內熱環境，并對比分析得到高校教室室內熱環境存在的問題，夏季自然通風狀態下室內熱環境質量較差，冬季室內溫度偏高，且冬夏季室內空氣都比較干燥。在教室內無主動換氣設施，導致全年室內空氣品質都比較差。提出了自然通風結合采光的遮陽設施改善室內空氣品質的措施。

鄧大躍^[14]提出教室二氧化碳濃度超標，新風量不足，會嚴重影響學生學習，降低課堂教學效果。并對人呼出二氧化碳作為示蹤氣體，測試研究教室有人和無人情況下教室內CO₂濃度的變化，并對教室新風量進行計算。
胡佳林等^[9]通過環境參數測量與問卷調查結合的方式探索夏季教室室內環境與學生學習效率間的關系。主要分析同濟大學兩種典型教室正常上課期間室內熱環境、空氣品質和光環境狀況，結果表明教室室內環境存在的主要問題是新風量不足，二氧化碳濃度長期維持在較高的水平，從而導致室內人員學習效率不高。

徐菁^[15]針對關中地區農村小學教室的室內熱環境進行測試，得出冬季室內由于換氣量不足導致學生感到不舒適。其中換氣量不足是由于冬季缺少合適的通風設施的緣故，得出在該地區的農村小學采用太陽能新風系統是改善教室冬季室內空氣品質的有效措施，并通過建模計算得出，在第一節課下課時打開排風扇，并以4.8m³/min的速率排氣最為理想。

2.2.3   小結

通過查詢相關研究文獻，發現針對教室空氣品質的研究內容主要為室內二氧化碳濃度，研究方法主要為實地測試、問卷調查及數值模擬，研究結論主要為如何通過建筑外形結構提高教室自然通風。

對教室內空氣品質的研究均表現出室內二氧化碳濃度過高，空氣品質較差，學生的學習效率及精神狀態都處于較低水平。由于開窗進行自然通風是教室的主要通風手段，尤其在北方的冬天，采暖季節沒有獨立的通風系統，門窗關閉導致室內空氣品質更加惡劣。
鑒于教室空氣品質的重要性，對于不同類型教室的通風設計需要有明確的標準規定，通風的需求需要進行進一步的明確，且建議進行獨立新風系統進行空氣置換，在不適宜開窗通風的氣候條件下保證教室內的空氣品質質量。

2.3   商場

商場屬于高密度人群建筑，且大多數商場在工作日、周末及節假日的人流量有明顯的區別。商場新風量的計算方法為根據人流量密度確定最小新風量。

2.3.1   商場建筑的特點

商場是向社會供應生產和生活所需的各類商品的交易場所，它的功能性質，決定了其位置往往處于城市繁華熱鬧、建筑擁擠、用地緊張的中心地帶。在緊張的用地條件和建筑內部無嚴格日照要求的情況下^[16]，建筑面積大、用能設備多、人流密度大、使用時間長是商場的主要特點。

2.3.2   通風現狀

作為周末、節假日人流量的主要聚集區，商場內空氣的品質直接影響著商場內人員，特別是商場工作人員的身體健康。商場中的人員相對集中，呼出的CO₂不易排到室外。因此，針對商場類建筑而言，CO₂濃度是評價室內空氣品質的一個重要指標。《室內空氣質量標準》中規定，室內CO₂濃度不能超過日均值的0.10%。據統計^[17]，CO₂濃度超過700×10^-6會使少數比較敏感的人有不舒適的感覺；CO₂濃度超過1000×10^-6會使人有不舒適的感覺,并易引起人員產生嗜睡。除了CO₂之外，溫濕度、TVOCS和其他空氣污染物也會對空氣品質產生一定的影響。

王濤等人^[18]以主觀問卷和現場測試的方式對天津地區 5家建筑面積均在1萬m²以上的大型商場的室內空氣品質狀況進行調查研究，發現有將近50%的人認為商場內溫濕度適中，60%的人認為商場內通風情況一般，并且大多數人認為商場內空氣不流通、窒息，且有輕微的污濁；同時，實測的數據顯示在一些區域里出現的CO₂濃度最高可以達到 1650×10^-6，超過國家標準1000×10^-6。得出以天津為代表的北方地區冬季大型商場普遍存在著室內通風情況不良、室內空氣流通情況較差、室內CO²無法得到有效的稀釋等問題。

黎洪等人^[19]對深圳市不同片區的五家大型商場的室內空氣品質進行了現場檢測，發現不同樓層的溫度分布明顯呈現出底部和頂部溫度較高而中部較低的特點，其中一層溫度最高；對商場來說，平日的室內空氣品質等級都屬于清潔或未污染等級，但周末的綜合指數明顯比平日要高，原因主要是周末的客流量比平日大，導致空氣中CO₂含量升高。同時通過分析不同售貨區、不同時段的客流量，得出CO2含量乃至空氣品質的優劣與客流量有相當的一致性。因此，在設計商場類建筑通風時，可以將建筑內部的人流量、樓層考慮在內。

劉冬華等人^[20]對武漢市區兩個大型商場室內甲醛、CO₂、TVOC、風速等參數進行了測試，測試結果表明：在周末，商場內空氣中的甲醛、CO₂、TVOC等明顯高于工作日，特別是CO₂濃度，同時不同樓層的空氣參數含量不同，同一樓層的不同區域空氣參數的含量也有差異。

2.3.3   小結

通過對以上研究，在工作日期間，商場的空氣品質較好；而在周末和節假日等人流量較大的情況下，空氣品質較差，空氣中CO₂濃度、甲醛、PM_2.5等都超過標準的規定值，特別是CO₂濃度；且存在不同樓層、不同售貨區、不同時段的空氣參數含量差別較大的現象，同一樓層的不同區域空氣參數也有差異。因此，針對商場建筑獨有的周期特點，提出一種改善室內空氣品質的通風方案，顯得尤為重要。

3   結論

對現行通風標準進行梳理，得出針對辦公樓、醫院及學校建筑的新風量計算方法及取值規定有較大出入，主要體現在：

（1）《室內空氣質量標準GB 18883–2002》對所有室內的新風量規定均為30（m³/(人·h)）；但《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB 50736–2012》中對不同功能的室內新風量限值從30（m3/(人·h)）~10（m3/(人·h)）有所區別。

（2）手術室的換氣次數在《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB 50736–2012》中規定為5次，在《綜合醫院設計規范GB 51039–2014》中規定為6次，有所區別。

（3）《中小學校設計規范GB 50099–2011》對新風的計算是依據于最小換氣次數，且小學、初中及高中教室的換氣次數各不相同；而《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB 50736–2012》中依據于人員密度下的最小新風量進行計算。

本文對國內現有的通風研究進行文獻綜述，以辦公樓、教學樓及商場為主要研究對象，得出這三類建筑中普遍存在空氣質量問題，主要體現在：CO₂濃度普遍超標，室內空氣環境處于較差水平。對不同類型的公共建筑，其通風需求也不盡相同，主要體現在：

（1）在對不同類型建筑進行通風設計時，需要綜合考慮通風量、氣流組織及通風方式，以最小新風量最節能的方式保證室內空氣品質達到標準要求。

（2）對于不同學齡的教室進行新風量計算時，應綜合考慮不同年級的最小換氣次數及人員密度。

（3）對于商場建筑這類人流量大且存在明顯周期性運行的建筑，通風設計需兼顧工作日及節假日兩種情況，避免出現工作日過冷、節假日過熱的情況；運行調控中需根據人流量大數據及時反饋控制風量，滿足人體熱舒適的同時兼顧節能運行。

參考文獻

[1] Sundell J.On the history of indoor quality and health[J].Indoor Air,2004,14(7):51–58.

[2] 張旭 等.民用建筑室內設計新風量研究[J].暖通空調,2016,42(7):17–32.

[3] 林波榮,劉彥辰,裴祖峰.我國綠色辦公建筑運行能耗及室內環境品質實測研究[J],暖通空調，2015,45(3):1–8.

[4] 蘭麗，連之偉，宋沅沛.辦公建筑人員工作效率室內環境影響因素及經濟分析[J], 土木建筑與環境工程,2012,34(增刊):135–139.

[5] 辛晶晶,卜震.上海某大型辦公建筑室內空氣品質與新風模式分析[J],建筑科學，2015,31(10):134–138.

[6] 趙永,張旭東,王厚華,等.貴州省辦公建筑夏季通風降溫技術的適宜性分析[J],建筑熱能通風空調，2015,34(2):71–73.

[7] 許健,鄔杰,余躍進.辦公建筑通風系統的氣流組織形式影響研究[J],建筑技術，2015,45(11):1006–1009.

[8] 安晶晶,燕 達,周 欣,等. 機械通風與自然通風對辦公建筑室內環境營造差異性的模擬分析[J],2015,建筑科學，2015,31(10):124–133.

[9] 胡佳林 等,夏季自然通風教室室內環境與學習效率的調查研究[J].節能,2009,(7):19–23.

[10] 申曉宇.學校教室空氣污染物的擴散傳播特性研究[D].南京師范大學.碩士.2013.

[11] 廖梅 等,自然通風教室內CO2濃度調查與新風量測定[J].建筑熱能通風空調,2014,33(6):27–30.

[12] 黃衍 等,中學教室內新風指標探討[J].暖通空調,2016,46(1):12–16.

[13] 王洪光.西安地區高校教室室內熱環境研究[D].西安建筑科技大學.碩士.2005.

[14] 鄧大躍 等,教室內二氧化碳污染和新風量測定[J].環境科學與技術,2007,30(9):45–47.

[15] 徐菁,關中地區農村小學教室室內熱環境研究[D],西安建筑科技大學.碩士.2014.

[16] 鄧高峰,王志勇,李增和,等.公共建筑室內空氣品質與人體舒適性關系研究[J],建筑熱能通風空調，2011,30(05):27–30.

[17] 肖湧，吳祥生，熊學藝.重慶地區商場CO2濃度測試[J],重慶大學學報，2002,25(8):21–24.

[18]  王濤，楊華,齊淑一,等.北方地區大型商場冬季室內空氣品質調查研究[J],河北工業大學學報，2013,42(5):55–60.

[19]  黎洪.深圳市大型商場空氣品質的測試與分析[J]，潔凈與空調技術，2006,1:56–59.

[20] 劉冬華 張曙光 楊長康,等.武漢地區商場建筑室內空氣品質分析[J],科技創業，2015,24:134–136.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年5月刊總第5期。
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