當要通過對我們所說的整個場所進行通風來控制工地產生的污染物時 一般通風. 使用一般通風意味著接受這樣一個事實，即污染物會在一定程度上分佈在整個工作場所的空間中，因此可能會影響遠離污染源的工人。 因此，全面通風是一種與 局部提取. 局部提取旨在通過盡可能靠近源頭攔截污染物來消除污染物（參見本章其他部分的“室內空氣：控制和清潔方法”）。

任何一般通風系統的基本目標之一是控制體味。 這可以通過每分鐘供應不少於 0.45 立方米，m³/min，每位住戶的新空氣量。 經常吸煙或體力勞動時，所需通風量較大，可超過0.9m³/每人分鐘。

如果通風系統必須克服的唯一環境問題是剛剛描述的那些，那麼最好記住每個空間都通過所謂的“滲透”進行一定程度的“自然”空氣更新，這通過門窗發生，即使它們是關閉的，也可以通過其他穿牆部位發生。 空調手冊通常在這方面提供了充足的信息，但可以說，由於滲透而導致的通風水平至少在每小時 0.25 到 0.5 次更新之間。 工業場所通常每小時會經歷 0.5 到 3 次空氣更新。

當用於控制化學污染物時，一般通風必須僅限於污染物產生量不是很高、毒性相對適中以及工人不在污染源附近執行任務的情況。污染。 如果不遵守這些禁令，就很難獲得對工作環境的充分控制的認可，因為必須使用如此高的更新率，以至於高空氣速度可能會造成不適，而且維持高更新率的成本很高。 因此，不推薦使用一般通風來控制化學物質，除非溶劑的允許濃度超過百萬分之 100。

另一方面，當全面通風的目標是為了保持工作環境的熱特性以符合法律可接受的限製或技術建議（例如國際標準化組織 (ISO) 指南）時，此方法的限制較少。 因此，一般通風更常用於控制熱環境，而不是限制化學污染，但應清楚地認識到其作為局部抽取技術的補充的有用性。

雖然多年來的短語 一般通風 稀釋通風 被認為是同義詞，但由於新的一般通風策略，今天情況已不再如此： 置換通風. 儘管稀釋通風和置換通風符合我們上面概述的一般通風的定義，但它們在控制污染的策略上有很大不同。

稀釋通風 目標是將機械引入的空氣盡可能完全地與空間內已有的所有空氣混合，以便給定污染物的濃度在整個過程中盡可能均勻（或使溫度盡可能均勻）盡可能均勻，如果熱控制是期望的目標）。 為了實現這種均勻混合，空氣以相對較高的速度從天花板以氣流的形式註入，這些氣流會產生強烈的空氣循環。 結果是新空氣與空間內已有的空氣高度混合。

置換通風， 在其理想的概念化中，包括將空氣注入空間，使新空氣取代先前存在的空氣而不與之混合。 置換通風是通過將新空氣以低速注入靠近地板的空間，並抽取天花板附近的空氣來實現的。 使用置換通風來控制熱環境的優勢在於，它受益於由於溫度差異本身導致的密度變化所產生的空氣的自然運動。 儘管置換通風已經在工業環境中得到廣泛應用，但關於該主題的科學文獻仍然非常有限，因此對其有效性的評估仍然很困難。

稀釋通氣

稀釋通風系統的設計基於這樣的假設，即污染物的濃度在整個相關空間中是相同的。 這就是化學工程師通常稱為攪拌罐的模型。

如果您假設注入空間的空氣不含污染物，並且在初始時間空間內的濃度為零，則需要了解兩個事實才能計算所需的通風率：空間中產生的污染物的數量以及所尋求的環境濃度水平（假設在整個過程中都是相同的）。

在這些條件下，相應的計算得出以下等式：

哪裡

c（噸） = 污染物在某個時間點的濃度 t

a =污染物產生量（單位時間內的質量）

Q = 供應新空氣的速率（每單位時間的體積）

V = 相關空間的體積。

上式表明濃度在該值時會趨於穩定狀態 /Q，並且它的值越小，它就會越快 質量/電壓，通常稱為“每單位時間的續訂次數”。 雖然有時通風質量指標被認為實際上等於該值，但上述等式清楚地表明其影響僅限於控制 穩定速度 環境條件，但不是出現這種穩定狀態的濃度水平。 這將取決於 僅由 產生的污染物量（a), 以及通風率 (Q).

當給定空間的空氣受到污染但沒有產生新的污染物量時，一段時間內濃度降低的速度由以下表達式給出：

哪裡 Q V 具有上述含義， t₁ t₂ 分別是初始時間和最終時間 c₁ c₂ 是初始濃度和最終濃度。

在初始濃度不為零 (Constance 1983; ACGIH 1992) 的情況下，可以找到用於計算的表達式，其中註入空間的空氣並非完全沒有污染物（因為要減少空氣中冬季部分的加熱成本例如，被回收利用），或者產生的污染物量隨時間變化的地方。

如果我們忽略過渡階段並假設已經達到穩定狀態，則該方程表明通風率相當於 空調_LIM，其中 c_LIM 是在給定空間中必須保持的濃度值。 該值將由法規或作為輔助規範由技術建議確定，例如美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 的閾值限值 (TLV)，建議通風率按以下公式計算

哪裡 a c_LIM 具有已經描述的含義並且 K 是安全係數。 的價值 K 必鬚根據給定空間中空氣混合物的功效、溶劑的毒性（較小的 c_LIM 是，值越大 K 將是)，以及工業衛生學家認為相關的任何其他情況。 ACGIH 除其他外，引用了過程的持續時間、操作週期和工人在污染物排放源方面的通常位置、這些源的數量及其在給定空間中的位置、季節性自然通風量的變化和通風設備功能功效的預期降低作為其他確定標準。

在任何情況下，使用上述公式需要對值的合理準確的了解 a K 應該使用它，因此我們在這方面提出了一些建議。

產生的污染物的數量通常可以通過產生污染物的過程中消耗的某些材料的數量來估算。 因此，在溶劑的情況下，使用的量將很好地指示在環境中可以發現的最大量。

如上所述，值 K 應根據給定空間中空氣混合物的功效來確定。 因此，該值將更小，與在給定空間內的任何點找到相同污染物濃度的估計有多好成正比。 反過來，這將取決於空氣在通風空間內的分佈方式。

根據這些標準，最小值 K 當空氣以分佈式方式註入空間時（例如，通過使用增壓室），以及當空氣的注入和抽取位於給定空間的兩端時，應該使用。 另一方面，較高的價值 K 當間歇性供應空氣並在靠近新空氣入口的位置抽取空氣時，應使用這種方法（圖 1）。

圖 1. 有兩個送風口的室內空氣流通示意圖

應該注意的是，當空氣被注入給定空間時——尤其是在高速情況下——產生的氣流會對周圍的空氣產生相當大的拉力。 然後，這種空氣與水流混合併使其減速，同時產生可測量的湍流。 因此，這個過程會導致空間中已有的空氣與註入的新空氣強烈混合，從而產生內部氣流。 預測這些電流，即使是一般預測，也需要大量經驗（圖 2）。

圖 2. 進氣和排氣位置的建議 K 係數

為了避免工人因承受相對高速的氣流而導致的問題，空氣通常通過擴散格柵注入，這些格柵的設計方式有助於新空氣與已經存在的空氣快速混合空間。 通過這種方式，空氣高速移動的區域盡可能小。

剛剛描述的氣流效應不會在空氣逸出或通過門、窗、抽氣口或其他開口抽出的點附近產生。 空氣從各個方向到達抽氣格柵，因此即使距離它們相對較近，空氣運動也不容易被感知為氣流。

無論如何，在處理空氣分配時，重要的是要牢記工作站的便利性，盡可能讓新空氣在到達污染源之前到達工作人員。

當給定空間中存在重要的熱源時，空氣的運動將在很大程度上受對流的影響，對流是由於密度較大的冷空氣與較輕的暖空氣之間的密度差異造成的。 在這種空間中，氣流組織的設計者不能忘記這些熱源的存在，否則氣流的運動可能會與預測的大相徑庭。

另一方面，化學污染的存在不會以可測量的方式改變空氣的密度。 雖然在純淨狀態下，污染物的密度可能與空氣的密度非常不同（通常大得多），但考慮到工作場所實際存在的濃度，空氣和污染物的混合物的密度與空氣中的密度沒有顯著差異純淨空氣的密度。

此外，應該指出的是，在應用這種通風方式時最常犯的錯誤之一是只為空間提供抽氣機，而沒有預先考慮足夠的空氣攝入量。 在這些情況下，抽氣式通風機的效率會降低，因此實際抽氣率遠低於計劃。 結果是給定空間中污染物的環境濃度高於最初計算的濃度。

為了避免這個問題，應該考慮如何將空氣引入空間。 推薦的做法是使用吸入式通風機和抽氣式通風機。 通常，提取速率應大於注入速率，以便允許通過窗戶和其他開口滲透。 此外，宜使空間保持微負壓，以防止產生的污染物飄散到未被污染的區域。

排量通風

如上所述，通過置換通風，人們尋求最大限度地減少新空氣與給定空間中先前發現的空氣的混合，並嘗試將系統調整為稱為活塞流的模型。 這通常是通過在給定空間中以低速和低海拔引入空氣並在天花板附近抽出來實現的； 與稀釋通風相比，這有兩個優點。

首先，它可以降低空氣更新率，因為污染集中在空間的天花板附近，那裡沒有工人呼吸。 這 平均 給定空間中的濃度將高於 c_LIM 我們之前提到過的值，但這並不意味著工人面臨更高的風險，因為在給定空間的佔用區域內，污染物的濃度將等於或低於 c_LIM.

此外，當通風的目標是控制熱環境時，置換通風可以將比稀釋通風系統所需的暖空氣引入給定空間。 這是因為抽取的暖空氣的溫度比空間佔用區域的溫度高幾度。

置換通風的基本原理由 Sandberg 提出，他在 1980 世紀 1981 年代初期提出了一個通用理論，用於分析封閉空間中污染物濃度不均勻的情況。 這使我們能夠克服稀釋通風的理論局限性（假設在整個給定空間內濃度均勻），並為實際應用開闢了道路（Sandberg XNUMX）。

儘管置換通風在一些國家被廣泛使用，特別是在斯堪的納維亞半島，但很少有研究發表在實際安裝中比較不同方法的功效。 這無疑是因為在真實工廠中安裝兩種不同的通風系統存在實際困難，並且因為對這些類型的系統進行實驗分析需要使用示踪劑。 示踪是通過向通風氣流中添加示踪氣體，然後測量空間內不同點和抽取空氣中的氣體濃度來完成的。 這種檢查可以推斷空氣在空間內的分佈情況，然後比較不同通風系統的功效。

在實際現有裝置中進行的少數可用研究不是結論性的，除了關於採用置換通風的系統提供更好的空氣更新的事實。 然而，在這些研究中，人們往往對結果持保留態度，因為這些結果尚未通過對工作場所環境污染水平的測量得到證實。

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進行非工業活動（辦公室、學校、住宅等）的建築物的主要功能之一是為居住者提供健康舒適的工作環境。 這種環境的質量在很大程度上取決於建築物的通風和氣候系統是否得到充分設計和維護以及是否正常運行。

因此，這些系統必須提供可接受的熱條件（溫度和濕度）和可接受的室內空氣質量。 換句話說，他們的目標應該是室外空氣與室內空氣的適當混合，並且應該採用能夠消除室內環境中發現的污染物的過濾和清潔系統。

自 XNUMX 世紀以來，人們就表達了清潔室外空氣對於室內空間健康所必需的觀點。 本傑明·富蘭克林認識到，如果通過打開窗戶讓房間自然通風，房間內的空氣會更健康。 提供大量室外空氣有助於降低結核病等疾病傳染風險的想法在 XNUMX 世紀流行起來。

1930 年代進行的研究表明，為了將人類生物性排泄物稀釋至不會因氣味引起不適的濃度，房間所需的新室外空氣量為每位住戶每小時 17 至 30 立方米。

在 62 年制定的第 1973 號標準中，美國供暖、製冷和空調工程師協會 (ASHRAE) 建議每個住戶每小時至少要吸入 34 立方米的室外空氣以控制氣味。 絕對最小值 8.5 m³/hr/occupant 建議防止二氧化碳超過 2,500 ppm，這是工業環境設定的暴露限值的一半。

同一個組織，在 90 年制定的第 1975 號標準中——在能源危機中——採用了上述絕對最小值，暫時擱置了更大的通風流量以稀釋煙草煙霧、生物廢氣等污染物的需要向前。

在其第 62 號標準 (1981) 中，ASHRAE 糾正了這一遺漏並將其建議確定為 34 m³/hr/occupant 對於允許吸煙的區域和 8.5 m³/hr/occupant 在禁止吸煙的區域。

ASHRAE 發布的最新標準，也是第 62 號 (1989)，規定最小高度為 25.5 m³/hr/occupant 用於佔用的室內空間，與是否允許吸煙無關。 它還建議當進入建築物的空氣在呼吸區沒有充分混合或建築物中存在異常污染源時，增加該值。

1992 年，歐洲共同體委員會公佈了其 建築物通風要求指南. 與現有的通風標準建議相比，本指南未指定應為給定空間提供的通風流量； 相反，它提供的建議是根據所需的室內空氣質量計算得出的。

現有的通風標準規定了每位住戶應提供的固定通風量。 新指南中顯示的趨勢表明，單靠體積計算並不能保證每種環境的室內空氣質量都很好。 這是出於三個根本原因。

首先，他們假設居住者是唯一的污染源。 最近的研究表明，除了居住者之外，其他污染源也應被視為可能的污染源。 例子包括家具、室內裝潢和通風系統本身。 第二個原因是，無論輸送到建築物中的空氣質量如何，這些標準都推薦相同數量的外部空氣。 第三個原因是他們沒有明確定義給定空間所需的室內空氣質量。 因此，建議未來的通風標準應基於以下三個前提：為要通風的空間選擇定義的空氣質量類別、佔用空間的污染物總負荷和可用的室外空氣質量.

感知的空氣質量

室內空氣質量可以定義為滿足人類需求和要求的程度。 基本上，一個空間的居住者對他們呼吸的空氣有兩個要求：感覺他們呼吸的空氣是新鮮的，而不是污穢、陳舊或刺激性的； 並知道呼吸這種空氣可能對健康造成的不良影響可以忽略不計。

人們普遍認為空間中空氣的質量程度更多地取決於空氣的成分，而不是空氣對居住者的影響。 因此，評估空氣質量似乎很容易，假設通過了解其成分可以確定其質量。 這種評估空氣質量的方法在工業環境中很有效，我們可以在工業環境中找到涉及或源自生產過程的化合物，並且存在用於評估濃度的測量設備和參考標準。 但是，此方法不適用於非工業環境。 非工業環境是可以找到數千種化學物質的地方，但濃度非常低，有時比建議的接觸限值低一千倍； 逐一評估這些物質會導致對該空氣質量的錯誤評估，並且空氣很可能被判斷為高質量。 但是還有一個缺失的方面需要考慮，那就是缺乏關於這數千種物質對人類的綜合影響的知識，這可能是空氣被認為是骯髒、陳舊的原因或刺激性。

得出的結論是，用於工業衛生的傳統方法不適用於定義呼吸被評估空氣的人類所感知的質量程度。 化學分析的替代方法是使用人作為測量設備來量化空氣污染，並聘請評委小組進行評估。

人類通過兩種感官感知空氣質量：嗅覺，位於鼻腔，對數十萬種氣味物質敏感；化學感，位於鼻子和眼睛的粘膜，對氣味敏感空氣中存在類似數量的刺激性物質。 正是這兩種感官的綜合反應決定了空氣的感知方式，並使受試者能夠判斷其質量是否可以接受。

奧爾夫單位

一 OLF （來自拉丁語 = 嗅覺) 是一個標准人的空氣污染物（生物流出物）排放率。 一個標准人是指在辦公室或類似的非工業工作場所工作的普通成年人，他們久坐不動且熱舒適，使用衛生標准設備達到 0.7 浴/天。 選擇來自人類的污染來定義該術語 OLF 原因有二：一是人排出的生物臭味是眾所周知的，二是關於這種生物臭味引起不滿的數據很多。

任何其他污染源都可以表示為引起與正在評估的污染源相同數量的不滿意所需的標准人數 (olfs)。

圖 1 描繪了一條定義 olf 的曲線。 這條曲線顯示了一個標准人（1 olf）產生的污染在不同的通風率下是如何被感知的，並允許計算不滿意的人的比率——換句話說，那些在剛過後就會認為空氣質量不可接受的人他們進了房間。 該曲線基於不同的歐洲研究，其中 168 人判斷被 XNUMX 多人（包括男性和女性）污染的空氣質量被認為是標準的。 在北美和日本進行的類似研究顯示與歐洲數據高度相關。

圖 1. Olf 定義曲線

十元單位

空氣中污染的濃度取決於污染源及其因通風而稀釋。 感知到的空氣污染被定義為人類生物排泄物的濃度，它會引起與正在評估的污染空氣濃度相同的不適或不滿。 一 十元 （來自拉丁語 污染) 是一個標准人 (1 olf) 在未受污染空氣的通風率為 10 升/秒時造成的污染，因此我們可以寫

1 decipol = 0.1 olf/(升/秒)

圖 2 源自與上圖相同的數據，顯示了感知空氣質量之間的關係，以不滿意的個人百分比和分位數表示。

圖 2. 空氣感知質量之間的關係，以不滿意的個人百分比和分位數表示

為了從舒適的角度確定所需的通風率，選擇給定空間所需的空氣質量等級至關重要。 表 1 提出了三個質量類別或級別，它們來自圖 1 和圖 2。每個級別對應一定比例的不滿意的人。 一層或另一層的選擇主要取決於空間的用途和經濟考慮。

表 1. 室內空氣質量等級

¹ 假設室外空氣乾淨，通風系統的效率等於一。

資料來源：CEC 1992。

如上所述，數據是評委們進行的實驗的結果，但重要的是要記住，空氣中發現的一些可能危險的物質（致癌化合物、微生物和放射性物質，對於例如）不能被感官識別，並且其他污染物的感官影響與其毒性沒有定量關係。

污染源

如前所述，當今通風標準的缺點之一是它們僅將居住者視為污染源，而人們認識到未來的標準應該考慮所有可能的污染源。 除了居住者及其活動（包括他們可能吸煙的可能性）之外，還有其他污染源對空氣污染有重大貢獻。 示例包括家具、室內裝潢和地毯、建築材料、用於裝飾的產品、清潔產品和通風系統本身。

決定給定空間中空氣污染負荷的是所有這些污染源的組合。 這種負荷可以表示為化學污染或用 olfs 表示的感官污染。 後者綜合了人類感知到的幾種化學物質的作用。

化學負荷

由給定材料發出的污染可以表示為每種化學物質的排放率。 化學污染總負荷按所有污染源相加計算，單位為微克每秒（μg/s）。

實際上，可能很難計算污染負荷，因為通常很少有關於許多常用材料排放率的數據。

感覺負荷

感官感知的污染負荷是由那些對感知空氣質量有影響的污染源造成的。 這種感覺負荷的給定值可以通過將給定空間中存在的不同污染源的所有 olfs 相加來計算。 與之前的案例一樣，關於每平方米 olfs (olfs/m²) 的許多材料。 因此，事實證明，估計整個建築物（包括居住者、家具和通風系統）的感官負荷更為實用。

表 2 顯示了建築物的居住者在進行不同類型的活動時所產生的污染負荷，作為吸煙者和不吸煙者的比例，以及各種化合物的產生，如二氧化碳 (CO₂)、一氧化碳 (CO) 和水蒸氣。 表 3 顯示了不同類型空間的典型入住率的一些示例。 最後，能夠 4 反映了在不同建築物中發現的感官負荷（以每平方米 olfs 為單位）的結果。

表 2. 建築物居住者造成的污染

¹ 1 met 是久坐不動的人在休息時的代謝率（1 met = 58 W/m² 皮膚表面）。
² 每個吸煙者平均消費 1.2 支香煙/小時。 平均排放率，每支香煙 44 毫升二氧化碳。
³ 來自煙草煙霧。
⁴ 適用於接近熱中性的人群。

資料來源：CEC 1992。

表 3. 不同建築物的佔用程度示例

資料來源：CEC 1992。

表 4. 建築物造成的污染

¹ 在 24 個機械通風辦公室獲得的數據。
² 在 6 所機械通風學校獲得的數據。
³ 在 9 個機械通風的兒童保育中心獲得的數據。
⁴ 在 5 個機械通風的劇院中獲得的數據。
⁵ 新建築應達到的目標。

資料來源：CEC 1992。

室外空氣質量

另一個前提是可用室外空氣的質量，它完善了創建未來通風標準所需的輸入。 某些物質的建議暴露值，包括內部和外部空間，出現在出版物中 歐洲空氣質量指南 世界衛生組織 (1987)。

表 5 顯示了可感知的室外空氣質量水平，以及在室外發現的幾種典型化學污染物的濃度。

表 5. 室外空氣質量等級

¹ 感知空氣質量的值是每日平均值。
² 污染物的值對應於年平均濃度。

資料來源：CEC 1992。

應該記住，在許多情況下，室外空氣質量可能比表中或 WHO 指南中指示的水平更差。 在這種情況下，空氣在被輸送到佔用空間之前需要進行清潔。

通風系統的效率

影響給定空間通風要求計算的另一個重要因素是通風效率（E_v), 定義為抽取空氣中污染物濃度 (C_e) 和呼吸區的濃度 (C_b).

E_v = C._e/C_b

通風效率取決於空氣的分佈和給定空間中污染源的位置。 如果空氣與污染物完全混合，則通風效率等於XNUMX； 如果呼吸區的空氣質量比抽取的空氣質量好，則效率大於 XNUMX，並且可以通過較低的通風率獲得所需的空氣質量。 另一方面，如果通風效率小於 XNUMX，或者換句話說，如果呼吸區的空氣質量不如抽取的空氣質量，則需要更大的通風率。

在計算通風效率時，將空間劃分為兩個區域很有用，一個區域輸送空氣，另一個區域包括房間的其餘部分。 對於按混合原理工作的通風系統，輸送空氣的區域通常位於呼吸區上方，當混合充分到兩個區域合二為一時，達到最佳條件。 對於按置換原理工作的通風系統，空氣是在有人的區域供應的，抽氣區通常在頭頂； 當兩個區域之間的混合最少時，這里達到了最佳條件。

因此，通風效率是供氣和抽氣元件的位置和特性以及污染源的位置和特性的函數。 此外，它還是溫度和供氣量的函數。 可以通過數值模擬或測量來計算通風系統的效率。 當數據不可用時，圖 3 中的值可用於不同的通風系統。 這些參考值考慮了空氣分佈的影響，但沒有考慮污染源的位置，而是假設它們在整個通風空間內均勻分佈。

圖 3 不同通風原理下呼吸區通風效果

計算通風要求

圖 4 顯示了用於從舒適度和保護健康的角度計算通風要求的方程式。

圖 4. 計算通風要求的公式

舒適的通風要求

計算舒適度要求的第一步是確定人們希望為通風空間獲得的室內空氣質量水平（見表 1），並估計可用的室外空氣質量（見表 5）。

下一步包括估計感官負荷，使用表 8、9 和 10 根據居住者及其活動、建築物類型和按平方米表面積的佔用水平選擇負荷。 通過將所有數據相加獲得總值。

根據通風系統的工作原理並使用圖 9，可以估算通風效率。 應用圖 1 中的等式 (9) 將得出所需通風量的值。

衛生防護的通風要求

一種與上述類似的程序，但使用圖 2 中的等式 (3)，將提供預防健康問題所需的通風流量值。 要計算此值，有必要確定建議控制的一種物質或一組關鍵化學物質，並估計它們在空氣中的濃度； 考慮到污染物的影響和您希望保護的居住者（例如兒童或老人）的敏感性，還必須考慮到不同的評估標準。

不幸的是，由於缺乏有關進入計算的某些變量的信息，例如污染物排放率（G)、室內空間評價標準(C_v） 和別的。

在現場進行的研究表明，在需要通風以達到舒適條件的空間中，化學物質的濃度很低。 然而，這些空間可能包含危險的污染源。 在這些情況下，最好的策略是消除、替代或控制污染源，而不是通過全面通風來稀釋污染物。

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關於供暖，一個人的需求將取決於許多因素。 它們可以分為兩大類，與環境有關的那些和與人為因素有關的那些。 在與周圍環境相關的因素中，可以包括地理（緯度和海拔高度）、氣候、人所在空間的暴露類型，或保護空間免受外部環境影響的屏障等。人為因素包括工人的能量消耗、工作節奏或工作所需的勞累量、禦寒衣物或個人喜好或品味。

許多地區對供暖的需求是季節性的，但這並不意味著在寒冷季節供暖是可有可無的。 寒冷的環境條件會影響健康、身心效率、精確度，偶爾還會增加發生事故的風險。 供暖系統的目標是保持宜人的熱條件，以防止或盡量減少對健康的不利影響。

人體的生理特性使其能夠承受熱條件的巨大變化。 人類通過皮膚中的熱感受器通過下丘腦維持熱平衡； 如圖 36 所示，體溫保持在 38 至 1°C 之間。

圖 1. 人體的體溫調節機制

供暖系統需要非常精確的控制機制，尤其是在工人以坐姿或固定姿勢執行任務時，這些姿勢不會刺激四肢的血液循環。 在執行的工作允許一定的移動性的情況下，系統的控制可能不太精確。 最後，如果工作是在異常不利的條件下進行的，例如在冷藏室或非常寒冷的氣候條件下，可以採取支持措施來保護特殊組織，調節在這些條件下花費的時間或通過集成的電力系統供熱進入工人的衣服。

熱環境的定義和描述

對任何正常運行的供暖或空調系統提出的一項要求是，它應該允許控制定義熱環境的變量，在規定的限度內，一年中的每個季節。 這些變量是

1. 氣溫
2. 定義空間的內表面的平均溫度
3. 空氣濕度
4. 空間內氣流的速度和均勻性

已經表明，給定空間的空氣溫度和牆壁表面溫度與在不同房間中提供相同感知熱感覺的溫度之間存在非常簡單的關係。 這種關係可以表示為

哪裡

T_吃 = 給定熱感覺的等效空氣溫度

T_DBT = 用乾球溫度計測量的空氣溫度

T_AST = 測得的牆壁平均表面溫度。

例如，如果在給定空間中，空氣和牆壁的溫度為 20°C，則等效溫度將為 20°C，並且感知到的熱感將與牆壁平均溫度為15°C，空氣溫度為 25°C，因為那個房間會有相同的等效溫度。 從溫度的角度來看，熱舒適的感知感覺是一樣的。

潮濕空氣的性質

在實施空調計劃時，必須考慮三件事：給定空間內空氣的熱力學狀態、室外空氣以及將供應到房間的空氣。 然後，將根據每個組件的現有熱負荷來選擇能夠改變供應到房間的空氣的熱力學特性的系統。 因此，我們需要了解潮濕空氣的熱力學性質。 它們如下：

T_DBT = 幹球溫度讀數，使用與輻射熱絕緣的溫度計測量

T_能夠 = 露點溫度讀數。 這是不飽和乾燥空氣達到飽和點時的溫度

W = 濕度關係，範圍從乾燥空氣的零到 W_s 對於飽和空氣。 表示為千克水蒸氣乘以千克乾空氣

RH = 相對濕度

t* = 帶濕球的熱力學溫度

v = 空氣和水蒸氣的比容（以 m 為單位表示³/公斤）。 它是密度的倒數

H = 焓，千卡/千克乾燥空氣和相關的水蒸氣。

在上述變量中，只有三個是可直接測量的。 它們是乾球溫度讀數、露點溫度讀數和相對濕度。 第四個變量可通過實驗測量，定義為濕球溫度。 濕球溫度是用一個溫度計測量的，該溫度計的球體已被潤濕，並且通常藉助吊索以中等速度移動通過不飽和的潮濕空氣。 該變量與乾球溫度（3%）的熱力學溫度差別不大，因此它們都可以用於計算而不會出錯太多。

濕度圖

上一節中定義的屬性在功能上是相關的，可以用圖形形式描述。 這種圖形表示稱為濕度圖。 它是源自美國采暖、製冷和空調工程師協會 (ASHRAE) 表格的簡化圖表。 焓和濕度顯示在圖表的坐標上； 繪製的線條顯示乾濕溫度、相對濕度和比容。 通過濕度圖，了解上述變量中的任何兩個，您就可以推導出潮濕空氣的所有特性。

熱舒適條件

熱舒適被定義為一種對熱環境表示滿意的心理狀態。 它受物理和生理因素的影響。

很難規定熱舒適應滿足的一般條件，因為各種工作情況下的條件各不相同； 當不同的人擔任同一個工作崗位時，甚至可能需要不同的條件。 由於不同的氣候條件和不同的穿著風俗習慣，舒適所需的熱條件技術規範不能適用於所有國家。

對從事輕體力勞動的工人進行了研究，建立了一系列溫度、速度和濕度標準，如表 1 所示（Bedford 和 Chrenko，1974 年）。

表 1. 環境因素的擬議規範

上述因素相互關聯，在熱輻射高的情況下需要較低的空氣溫度，在氣流速度也較高的情況下需要較高的空氣溫度。

通常，應進行的更正如下：

應提高空氣溫度：

• 如果氣流速度很高

• 對於久坐的工作情況

• 如果穿的衣服很輕

• 當人們必須適應室內高溫時。

應降低空氣溫度：

• 如果工作涉及繁重的體力勞動

• 使用保暖衣物時。

為了獲得良好的熱舒適感，最理想的情況是環境溫度略高於空氣溫度，並且輻射熱能在所有方向上的流動相同並且不會在頭頂過高。 溫度隨高度的增加應該被最小化，保持雙腳溫暖而不在頭頂上產生太多的熱負荷。 影響熱舒適感的一個重要因素是氣流的速度。 有一些圖表根據正在進行的活動和所穿衣服的種類給出了建議的風速（圖 2）。

圖 2. 基於整體溫度和氣流速度讀數的舒適區

在一些國家/地區，存在最低環境溫度規範，但尚未確定最佳值。 通常，空氣溫度的最大值為 20°C。 隨著最近的技術改進，測量熱舒適度的複雜性增加了。 出現了很多指標，包括有效溫度指數（ET）和修正有效溫度指數（CET）； 熱量過載指數； 熱應激指數 (HSI)； 濕球球溫度 (WBGT)； 和 Fanger 中值指數 (IMV) 等。 WBGT 指數使我們能夠根據工作強度確定所需的休息時間間隔，從而排除工作條件下的熱應力。 這將在本章中進行更全面的討論 熱和冷.

濕度圖中的熱舒適區

濕度圖上對應於成年人感知熱舒適度的條件的範圍已經過仔細研究，並已在 ASHRAE 規範中根據有效溫度進行定義，有效溫度定義為在 50 的均勻房間內用乾球溫度計測量的溫度相對濕度百分比，在這種情況下，人們通過輻射能、對流和蒸發進行的熱交換與他們在給定當地環境中的濕度水平相同。 ASHRAE 為 0.6 clo 的衣服定義了有效溫度的標度——clo 是絕緣單位； 1 clo 對應於一套普通衣服提供的隔熱——假定隔熱水平為 0.155 K m²W ^{- 1}，其中 K 是以每平方米瓦特測量的傳導熱交換（W m ^{- 2}) 對於 0.2 毫秒的空氣運動 ^{- 1} （在休息時），在選定的 1 met 久坐活動中暴露一小時（代謝率單位 = 50 Kcal/m²H）。 該舒適區如圖 2 所示，可用於輻射熱測得的溫度與乾球溫度計測得的溫度大致相同且氣流速度低於 0.2 毫秒的熱環境 ^{- 1} 適用於穿著淺色衣服並進行久坐活動的人。

舒適公式：方格法

PO Fanger 開發的方法基於一個公式，該公式涉及環境溫度、平均輻射溫度、氣流相對速度、環境空氣中的水蒸氣壓力、活動水平和所穿衣服的熱阻等變量。 表 2 顯示了從舒適度公式導出的一個例子，它可以在實際應用中用於根據所穿的衣服、所進行的活動的代謝率和氣流的速度來獲得舒適的溫度。

表 2. 50% 相對濕度下的熱舒適溫度 (°C)（基於 PO Fanger 的公式）

加熱系統

任何供暖系統的設計都應與要執行的工作以及將要安裝的建築物的特性直接相關。 就工業建築而言，很難找到考慮到工人供暖需求的項目，通常是因為流程和工作站尚未確定。 通常系統設計有一個非常自由的範圍，只考慮建築物中存在的熱負荷和維持建築物內給定溫度需要供應的熱量，而不考慮熱分佈、工作站的情況和其他類似的不太普遍的因素。 這導致某些建築物的設計存在缺陷，進而轉化為冷點、通風、加熱元件數量不足等問題。

為了在規劃建築物時獲得良好的供暖系統，以下是一些應該考慮的因素：

• 考慮適當放置隔熱材料以節省能源並最大程度地減少建築物內的溫度梯度。

• 盡可能減少冷空氣滲入建築物，以盡量減少工作區域的溫度變化。

• 通過置換或擴散局部抽取空氣和通風來控制空氣污染。

• 控制由於建築物中使用的過程而產生的熱量排放及其在建築物佔用區域的分佈。

當由沒有排氣煙囪的燃燒器提供加熱時，應特別注意燃燒產物的吸入。 正常情況下，可燃物為取暖油、煤氣或焦炭時，會產生二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等燃燒產物。 這些化合物存在人體接觸限值，應加以控制，尤其是在封閉空間內，這些氣體的濃度會迅速增加，燃燒反應的效率會降低。

規劃供暖系統總是需要平衡各種考慮因素，例如較低的初始成本、服務的靈活性、能源效率和適用性。 因此，在可能更便宜的非高峰時段使用電力，例如，可以使電加熱器具有成本效益。 使用化學系統進行儲熱，然後可以在需求高峰期投入使用（例如使用硫化鈉）是另一種選擇。 還可以研究將幾個不同系統放在一起，使它們以可以優化成本的方式工作。

安裝能夠使用燃氣或加熱油的加熱器特別有趣。 直接使用電力意味著消耗一流的能源，這在許多情況下可能會變得昂貴，但在某些情況下可能會提供所需的靈活性。 熱泵和其他利用餘熱的熱電聯產系統可以提供從財務角度來看可能非常有利的解決方案。 這些系統的問題是初始成本高。

今天，供暖和空調系統的趨勢是旨在提供最佳功能和節能。 因此，新系統包括分佈在整個待加熱空間的傳感器和控制器，僅在獲得熱舒適所需的時間內獲得熱量供應。 這些系統最多可節省 30% 的供暖能源成本。 圖 3 顯示了一些可用的加熱系統，指出了它們的優點和缺點。

圖 3. 工地最常用供暖系統的特徵

空調系統

經驗表明，在夏季接近舒適區的工業環境可以提高生產率，減少事故發生率，減少缺勤率，並且總體上有助於改善人際關係。 對於零售店、醫院和具有大表面的建築物，空調通常需要定向，以便能夠在外部條件需要時提供熱舒適性。

在某些外部條件非常惡劣的工業環境中，供暖系統的目標更多地是為了提供足夠的熱量以防止可能的不利健康影響，而不是為舒適的熱環境提供足夠的熱量。 應仔細監測的因素是空調設備的維護和正確使用，尤其是配備加濕器時，因為它們可能成為微生物污染源，這些污染物可能對人體健康構成風險。

今天，通風和氣候控制系統往往共同並經常使用相同的裝置來滿足對建築物的供暖、製冷和空氣調節的需求。 多種分類可用於製冷系統。

根據系統的配置，它們可以按以下方式分類：

• 密封裝置，在工廠安裝了製冷劑，可以在維修店打開和充電。 這些是通常用於辦公室、住宅等的空調裝置。

• 工廠製造的中型半封閉單元，尺寸比家用單元大，可以通過為此目的設計的開口進行維修。

• 用於倉庫和大型表面的分段系統，由明顯區分且物理分離的零部件組成（壓縮機和冷凝器與蒸發器和膨脹閥物理分離）。 它們用於大型寫字樓、酒店、醫院、大型工廠和工業建築。

根據它們提供的覆蓋範圍，它們可以按以下方式分類：

• 單區域系統：一個空氣處理裝置同時服務於同一建築物中的多個房間。 所服務的房間有類似的供暖、製冷和通風需求，它們由一個共同的控制裝置（恆溫器或類似設備）調節。 如果設計計劃沒有考慮同一區域房間之間的不同熱負荷，則此類系統最終可能無法為每個房間提供足夠的舒適度。 當房間的佔用率增加或添加照明或其他熱源（如計算機或複印機）時，可能會發生這種情況，這在系統的原始設計中是無法預料的。 房間接收的太陽輻射量的季節性變化，甚至是白天從一個房間到另一個房間的變化，也可能會導致不適。

• 多區域系統：這種類型的系統可以通過對每個區域的空氣進行加熱、冷卻、加濕或除濕以及通過改變空氣流量來為不同區域提供不同溫度和濕度的空氣。 這些系統，即使它們通常有一個共同的集中式空氣冷卻單元（壓縮機、蒸發器等），也配備了各種元件，例如控制空氣流動的裝置、加熱盤管和加濕器。 這些系統能夠根據特定的熱負荷調整房間的條件，它們通過分佈在它們所服務區域的房間中的傳感器來檢測。

• 根據這些系統泵入建築物的空氣流量，它們按以下方式分類：

• 恆定體積 (CV)：這些系統將恆定流量的空氣泵入每個房間。 溫度變化受加熱或冷卻空氣的影響。 這些系統經常將一定比例的室外空氣與回收的室內空氣混合。

• 可變體積 (VAV)：這些系統通過改變供應到每個空間的加熱或冷卻空氣量來保持熱舒適。 儘管它們的功能主要基於這種混合原理，但它們也可以與改變引入房間的空氣溫度的系統結合使用。

最常困擾這些類型系統的問題是，如果系統沒有根據熱負荷的變化進行調整，就會出現過熱或過冷，或者如果系統沒有引入最少量的外部空氣來更新循環，則會導致通風不足室內空氣。 這會造成空氣質量惡化的陳舊室內環境。

所有空調系統的基本要素是（另請參見圖 4）：

• 保留固體物質的裝置，通常是袋式過濾器或靜電除塵器。

• 空氣加熱或冷卻裝置：在這些裝置中通過與冷水或製冷液體進行熱交換、夏季通過強制通風以及冬季通過電線圈加熱或通過燃燒來交換熱量。

• 控制濕度的裝置：冬季可通過直接注入水蒸氣或直接蒸發水分來增加濕度； 在夏天，它可以通過冷凝空氣中多餘水分的冷凍盤管或通過冷凍水系統去除，在該系統中，潮濕空氣流過比潮濕空氣的露點還冷的水滴。

圖 4. 空調系統的簡化示意圖

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電離是用於消除空氣中顆粒物的技術之一。 離子充當小顆粒的凝結核，當它們粘在一起時，這些顆粒會生長並沉澱。

一般來說，如果沒有額外的離子源，封閉室內空間的離子濃度低於開放空間。 因此，人們相信增加室內空氣中負離子的濃度可以改善空氣質量。

一些基於流行病學數據和有計劃的實驗研究的研究斷言，增加工作環境中負離子的濃度會提高工作效率並改善員工的情緒，而正離子會產生不利影響。 然而，平行研究表明，關於負電離對工人生產力影響的現有數據是不一致和矛盾的。 因此，似乎還不能明確斷言負離子的產生真的是有益的。

自然電離

大氣中的單個氣體分子可以通過獲得電子或通過失去電子進行正電離。 為此，給定的分子必須首先獲得足夠的能量——通常稱為 電離能 該特定分子的。 自然界中存在的許多能源，包括宇宙和地球起源的，都能夠產生這種現象：大氣中的背景輻射； 太陽電磁波（尤其是紫外線）、宇宙射線、液體霧化（如瀑布產生的噴霧）、地球表面大量空氣的運動、電現象（如閃電和風暴）、燃燒過程和放射性物質.

以這種方式形成的離子的電構型雖然還不完全清楚，但似乎包括碳酸化離子和 H₊， H₃O₊，O₊，N₊， 哦 ^- ， H₂O ^- 和O.₂ ^- . 這些電離分子可以通過吸附在懸浮顆粒（霧、二氧化矽和其他污染物）上而聚集。 離子根據其大小和遷移率進行分類。 後者被定義為電場中的速度，表示為單位，例如每秒厘米乘以每厘米電壓 (cm/s/V/cm)，或者更簡潔地說，

大氣中的離子往往會因重組而消失。 它們的半衰期取決於它們的大小，並且與它們的流動性成反比。 負離子在統計上較小，半衰期為幾分鐘，而正離子較大，半衰期約為一個半小時​​。 這 空間電荷 是正離子濃度與負離子濃度的商。 這種關係的值大於 1，取決於氣候、位置和一年中的季節等因素。 在居住空間中，該係數的值可能低於 XNUMX。 表 XNUMX 給出了特性。

表 1. 給定遷移率和直徑的離子特徵

人工電離

人類活動改變了空氣的自然電離。 人工電離可能由工業和核過程以及火災引起。 懸浮在空氣中的顆粒物有利於朗之萬離子（聚集在顆粒物上的離子）的形成。 電輻射器大大增加了正離子的濃度。 空調還增加了室內空氣的空間電荷。

工作場所有同時產生正離子和負離子的機器，例如作為當地重要的機械能來源的機器（壓力機、紡紗機和織布機）、電能（電機、電子打印機、複印機、高壓線和裝置） )、電磁能（陰極射線屏幕、電視、計算機顯示器）或放射性能（鈷 42 療法）。 由於與負離子相比，後者的半衰期更長，因此這些類型的設備創造了具有更高濃度正離子的環境。

離子的環境濃度

離子濃度隨環境和氣象條件而變化。 在污染較少的地區，如森林和山區，或高海拔地區，小離子的濃度會增加； 在靠近放射源、瀑布或急流的區域，濃度可以達到每立方厘米數千個小離子。 另一方面，在靠近大海且濕度較高的情況下，大離子就會過多。 一般來說，潔淨空氣中負離子和正離子的平均濃度分別為每立方厘米500個和600個離子。

有些風可以攜帶高濃度的正離子——瑞士的 Föhn、美國的 Santa Ana、北非的 Sirocco、落基山脈的 Chinook 和中東的 Sharav。

在沒有顯著電離因素的工作場所，通常會積累大離子。 例如，在氣密密封的地方和礦井中尤其如此。 負離子濃度在室內空間和污染區域或多塵區域明顯降低。 在裝有空調系統的室內空間中，負離子濃度也會降低的原因有很多。 一個原因是負離子仍然被困在空氣管道和空氣過濾器中，或者被吸引到帶正電的表面。 例如，陰極射線屏幕和計算機顯示器帶正電，在它們附近形成缺乏負離子的微氣候。 專為“潔淨室”設計的空氣過濾系統要求將顆粒物的污染水平保持在非常低的最低水平，似乎也可以消除負離子。

另一方面，濕度過高會凝結離子，而濕度過低則會產生帶有大量靜電荷的干燥環境。 這些靜電荷會在房間和人身上的塑料和合成纖維中積聚。

離子發生器

發電機通過提供大量能量來電離空氣。 這種能量可能來自 α 輻射源（例如氚）或通過對尖銳電極施加高壓而產生的電源。 由於放射性的次生問題，大多數國家都禁止使用放射源。

發電機由被冠包圍的尖電極製成； 電極提供數千伏的負電壓，表冠接地。 負離子被排出，而正離子被吸引到發生器。 產生的負離子數量與施加的電壓和它包含的電極數量成正比。 電極數量多、電壓低的發生器更安全，因為當電壓超過 8,000 至 10,000 伏時，發生器不僅會產生離子，還會產生臭氧和一些一氧化二氮。 離子的傳播是通過靜電排斥實現的。

離子的遷移將取決於發射點與周圍物體之間產生的磁場的排列。 發生器周圍的離子濃度並不均勻，並且隨著與發生器的距離增加而顯著降低。 安裝在該設備中的風扇會增加離子分散區。 重要的是要記住發電機的活性元件需要定期清潔以確保正常運行。

發電機也可以基於霧化水、熱電效應或紫外線。 有許多不同類型和大小的發電機。 它們可以安裝在天花板和牆壁上，如果它們是小型便攜式類型，則可以放置在任何地方。

測量離子

離子測量裝置是通過放置兩個相距 0.75 厘米的導電板並施加可變電壓製成的。 收集的離子由皮安計測量並記錄電流強度。 可變電壓允許測量具有不同遷移率的離子濃度。 離子濃度（N) 是根據使用以下公式生成的電流強度計算的：

哪裡 I 是以安培為單位的電流， V 是氣流的速度， q 是單價離子的電荷 (1.6x10 ^{- 19}) 在庫侖和 A 是集電板的有效面積。 假設所有離子都帶有一個電荷，並且它們都保留在收集器中。 應該記住，由於背景電流和其他因素（如濕度和靜電場）的影響，這種方法有其局限性。

離子對身體的影響

小負離子是那些被認為具有最大生物效應的負離子，因為它們具有更大的流動性。 高濃度的負離子可以殺死或阻止微觀病原體的生長，但對人體沒有不利影響。

一些研究表明，接觸高濃度的負離子會使一些人產生生化和生理變化，從而產生放鬆效果、減輕緊張和頭痛、提高警覺性並縮短反應時間。 這些影響可能是由於在充滿負離子的環境中抑制了神經激素血清素 (5-HT) 和組胺； 這些因素可能會影響人群中的過敏部分。 然而，其他研究對負離子對身體的影響得出了不同的結論。 因此，負電離的好處仍有待商榷，需要進一步研究才能決定。

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