平均一天吸入15公斤空气！上海工程师创新室内空气质量控制体系

【编者按】在上海市科学技术委员会资助（项目编号：22DZ2304300）下，澎湃新闻联合《世界科学》对获得国家及上海市科技奖励的成果进行科普化报道。

本篇报道围绕2022年上海市科技进步奖二等奖“建筑室内空气污染控制关键技术研究及规模化应用”项目展开，该奖项由上海建科集团股份有限公司（后文简称为上海建科）联合同济大学、上海市环境科学研究院、上海建科检验有限公司、青岛海尔智慧厨房电器有限公司获得。 

“建筑室内空气污染控制关键技术研究及规模化应用”项目荣获上海市科技进步奖二等奖。

“人体每天的空气摄入量约15kg，占摄入总质量的75%以上，其中有超过87%的时间在室内度过，呼吸健康的室内空气已经成为人们生活的基本诉求。”

当谈及控制室内空气污染的重要性时，上海建科集团股份有限公司“建筑室内健康环境”专家工作室首席专家、上海建科环境技术有限公司总工程师李景广教授级高工援引了上述数据。

然而，室内空气质量并不一定能得到有效的保障。

国际学术期刊《科学》（Science）杂志曾发表论文指出，尽管汽车尾气被视为VOCs（挥发性有机化合物）的“罪魁祸首”，种类广泛的家居用品——包括油漆、印刷油墨、清洁用品、芳香剂、指甲油和发胶等——目前的VOCs排放量并不次于美国城市中汽车尾气的VOCs排放量。

除了装饰装修造成的VOCs污染，典型的室内空气污染还包括烹饪造成的油烟污染和大气灰霾引起的PM（颗粒物）污染。它们也构成了实实在在的健康威胁。

李景广牵头完成的“建筑室内空气污染控制关键技术研究及规模化应用系列研究”项目聚焦于这三类典型的室内空气污染，围绕污染物测评方法、净化设备效率与室内空气质量设计标准取得突破性的进展。

项目组研制了国内超净大型室内空气质量测试舱，改善了柔性独立可调小型室内空气质量测试舱系统以及高稳定度净化组件测试系统，并基于测试舱提供的数据创建了以“释放率”为导向的建材、家具等VOCs源测评技术体系，大幅度提高了污染源释放率测试准确性。

此外，项目组还发明了多项高效室内空气净化设备和系统，实现了温度、污染物浓度独立控制，并构建了室内空气污染系统防控技术，实现了“验收+运行”向“设计+验收+运行”工程建设体系的改变。

项目组部分成员照片。

作为具有重要应用价值的工程项目，团队成果被应用于上海中心等多个地标。在实际工程建设中，团队往往会参与“指标设定、材料检测、过程追踪和项目验收”整个流程。

“以十三五科技示范工程为例，我们希望在既有标准的基础上将污染物降低50%，比如甲醛的验收标准是0.08毫克/立方米，那我们要做到0.04毫克/立方米。相应地，通风量是多少？用什么样的通风形式？以及，基于通风的要求，我们要用多少板材？板材的释放率要低于多少？同样地，我们要用多少涂料？涂料的释放率又要低于多少？这些都是设计端要定好的性能指标。设计完成后我们会对采购的材料进行检测，同时在施工工期内进行跟踪，以确保工艺工法的使用是符合要求的，并在工程竣工后验收是否达到控制目标。”李景广解释道。

革新方法和设备，从源头控制室内空气污染

从源头控制室内空气污染，首先要科学地测量建材和家具对室内空气的污染，克服既有测评方法的缺陷成为项目组要解决的第一个问题。

“2001-2016年期间，我国主要建材和家具主要以‘含量’为控制目标进行测评，仅仅对建材中的有害物含量进行测试，并不能客观反映污染释放到房间空气中的快慢和多少，在实际工程应用中受到较大约束。”李景广坦言。

为了更科学地反映实际情况下建材污染物的释放状况，项目组将关注点从“含量”转变为“释放率”，“释放率”测试使用环境测试舱检测建材释放污染物速率，并且能表征随时间变化的释放特性。

如下图所示，通过释放率测试，技术人员可以获得建材随时间变化的污染物释放强度，一方面可以更科学评价材料的健康性能，另一方面可以根据释放规律推算房间内空气污染物浓度，从而更科学地指导实际工程应用中室内空气质量的设计和装饰装修材料选择。

然而，释放率测试方法对测试环境有着极高的要求，除了保持恒定的温度与湿度，测试舱内还必须保证高洁净的背景浓度，这也意味着测试舱的运行离不开强大的空气处理设备。当时，国外的主流是采取一个测试舱搭配一套空气处理设备的做法，这不可避免地产生高昂的使用成本。为了解决这一问题，项目组采用统一的中央处理设备，同时供应多个测试舱，从而大幅降低空气处理的成本，推动了释放率测评方法的应用与推广。

测量单个建材的污染物释放效率可以在小型测试舱完成，然而一般的室内场景通常由不同的建材组合而成，如何模拟实际室内空间中污染物的释放效率成为亟待解决的新问题。对此，上海建科环境总工程师李景广决定研发高性能全尺寸大型室内空气质量测试舱，用来模拟多个污染物释放源叠加后的情况。经过从材料选取到制造工艺的反复试验，成功填补了我国大型测试设备领域的空白，支撑了《木制品甲醛和挥发性有机物释放率测试方法——大型测试舱法》等系列标准的制定。

据项目成员、上海建科环境技术有限公司研发中心主任李旻（音mín）雯回忆：“当时大型测试舱的应用并不广泛，且关键技术主要由国外掌控，热湿调节与通风量的控制都是我们学不来的，只能自己去尝试。为了安装大型的测试舱，我们甚至敲掉了实验楼的一面墙。”

室内空气质量测试舱。

更高效的通风，平衡污染处理与热湿调节

“我们为什么要通风？主要有两个原因，一是为了把室内的污染物带走，二是为了室内的热湿调节。然而，处理污染物与调节热湿的风量要求是不同的，常常面临着稀释污染物的风量不足以完成热湿调节，或者早已达到了热湿调节的要求，但又造成能源浪费的两难处境。”李景广坦言。

为了实现空气温湿度与污染物浓度的独立控制，团队研发低运行阻力通风空调净化系统，对结构形式及多参数动态调控策略进行了优化，解决了传统系统温度、污染物浓度及能耗不能兼顾等难题，实现了全时段室内PM、热环境浓度达标，通风能耗下降近50%，显著提高了通风效率。

但在个人消费领域，类似功能的产品目前在市场上并不多见。比如，“优墅”等品牌的新风机实现了兼顾人体舒适度感知和能耗等多因素控制的策略，与前述项目组的研发理念不谋而合。

此外，为解决烹饪造成的油烟污染，项目组重新定义了吸油烟机捕集率，提出了中式烹饪油烟散发定量评价方法，实现厨房油烟捕集率提高近10%，降低了厨房油烟污染浓度，促进了空气净化治理技术在民用建筑中的广泛应用。

家庭使用的窗式新风机

“设计”先行，打造污染控制新标准

“目前室内空气污染控制主要标准有针对建筑建设和竣工验收阶段的住房和城乡建设部发布的强制性标准GB 55016-2021《建筑环境通用规范》、GB 50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制标准》，以及针对建筑运营阶段的国家卫生健康委员会提出的推荐性标准GB/T 18883-2022《室内空气质量标准》。现有关于建筑室内环境污染控制的标准主要集中在建筑运营与验收阶段，缺少“设计”这一重大环节。”针对现有国内室内空气污染控制标准，李景广分析指出需要增加“设计”环节的规范。

为此，项目组发展了一套“源—释放—环境浓度”计算方法，建立了建筑室内空气质量控制设计方法，主编了我国首个公共建筑室内空气质量控制设计标准JGJ/T 461-2019《公共建筑室内空气质量控制设计标准》，取得了从定性到定量的突破，支撑了《健康建筑评价标准》T/ASC02制定，被《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019等标准直接引用，从而实现了“验收+运行”向“设计+验收+运行”工程控制技术体系的改变，推动了我国建筑向健康方向的高质量、规模化发展。

为实现建筑室内健康环境，推动我国健康建筑、绿色建筑科学发展的总体目标，项目组从四个层面部署了未来规划：

一、在科学认知方面，重点关注我国现阶段面临的“典型室内空气污染物”到“新型室内空气污染物”的发展，如上海地区壁挂燃气炉的大量使用导致的二氧化氮污染，以及SVOCs（半挥发性有机物）污染。

二、在工程技术方面，重点研究构建建筑室内空气污染“感、知、控”技术体系，将抓不到、摸不着、看不见的室内空气污染以易于感知的方式呈现出来，从而进一步地分析与控制；实现建筑环境控制从“环境污染控制”到“人员外暴露控制”的转变，即从污染源释放了多少污染转变为人员摄入了多少污染，贯彻“以人为本”的核心理念。

三、在推广应用行业管理提升方面，开展示范、试点工程建设，研编室内空气质量关键标准；

四、在团队建设方面，继续加大此领域研究应用投入，产出更好更多研究成果，为上海建设卓越的全球城市做出贡献。