1、挥发性有机化合物对工程内空气品质的影响及危害
长期以来，评定地下工程内空气质量，除热舒适参数外，主要以
、
、可吸入颗粒物、细菌总数等为指标。地下通风空调设计新风量标准通常也以稀释室内浓度为目标。但根据大量地下工程环境质量调查表明，一部分工程新风量确实不足，使工程内二氧化碳浓度略高，以致工程内空气品质较差；而大部分工程通风系统新风量和工程内浓度都符合设计标准，但长期在地下工程内工作人员常常主诉头痛、头昏、胸闷、疲倦、记忆力和工作效率下降；工作五年以上的人呼吸道疾病的发病率较高，关节痛、视力减退和神经衰弱的也较多。
与地下建筑相仿的封闭型的有空调设施的地面公共建筑室内空气环境，据大量的调查表明，多数工作人员也反映室内空气污浊，气闷、易疲劳、呼吸道不适，甚至感到窒息。这种症状被世界卫生组织定义为‘建筑病综合症’。据报导，在国外还出现所谓‘多种化学物过敏症’，引起与之相关的过敏性肺炎、气喘病、溶剂性脑病等病例。严重影响人的身体健康和工作效率；而这些空间的新风量和浓度却又符合设计标准。
近几年来，国内外对室内空气品质研究表明，出现这种情况的原因，主要是由于人们过去往往比较重视明显的室内污染物，却忽视了许多低浓度的挥发性有机化合物VOC（Volatile Organic Compounds）污染。实验显示，VOC对人体有害，但把单一的VOC区分开来，它们的浓度均低于卫生标准，根本不足以危害到人类。唯一的解释是，一两种VOC根本不足为患，但人长期暴露在这些污染物下，同时当各种不同的VOC混在一起后，并与臭氧产生化学作用，室内空气中就会出现许多隐形杀手。更由于人的鼻子十分灵敏，能感觉出空气的清新度和众多的用现代化的精密仪器也难于测量的污染物。人们长时间处于令人讨厌的低浓度污染与腐霉气味中，不断地对人体的健康产生影响和作用。因此各种症状可说是各种VOC对人体综合作用的结果；这也使人们逐渐认识到考虑室内空气品质应从微粒污染扩展到化学污染控制。由于地面建筑的‘病态建筑综合症’在国外呈现的普遍性，美国环保机构估计，由于室内空气品质下降而造成工作效率下降和员工缺勤增加，造成产品损耗，员工病假和直接医疗费用等每年损失几百亿美元。据香港特区政府环保署公布的首份室内空气质量调查表明，香港办公楼宇普遍存在‘病态楼宇综合症’，工作人员因室内空气污染引致不适而需请病假，所导致生产力损失每年达到145亿港元。处理此类病症所需的医疗费用，每年也达1。6亿港元。加上为调节室内空气所耗费的电力，一年的总损失高达176亿港元。因此室内空气品质问题已引起世界各国学术界和政府的普遍关切。而对于地下建筑，由于国内地下空间还处于小规模开发利用阶段，对地下空间空气品质的感受还局限于少部分人群；随着二十一世纪地下空间的大规模开发利用，地下建筑内部空气品质也必然会引起全社会的普遍关注。
在室内发现VOC的污染已有20年的历史。1986年由各国学者收集和汇编出版的资料介绍，室内空气中有307种VOC。由于有机物的挥发性与沸点密切相关，因此室内有机物按其沸点可分为三类：⑴、易挥发性有机物VVOC（沸点小于0至50/100℃），如乙醇；⑵、挥发性有机物VOC（沸点50/100℃至240/260℃）；⑶、半挥发性有机物SVOC（沸点240/260℃至380/400℃）如卫生球散发的萘。据一些国家现场调查，其中50多种挥发性有机物在室内普遍存在。
室内有机物污染对人体健康的影响可分为：⑴、气味和其它感觉效应；⑵、粘膜刺激如乙醛、丙烯醛和萘；⑶、基因毒性和致癌性如甲醛等三种主要类型。对有空调的公共建筑室内而言，挥发性有机化合物的主要来源有：A、与室外污染有关如经通风换气装置或其它原因将室外的VOC带入室内；B、人体本身自然或吸烟散发的VOC，如丙酮、异戊二烯、乙醛、丙烯醛等；C、建筑或装璜材料如地毯、油漆、胶水、墙板、地砖、新家俱等释放混杂的有机化合物；D、建筑物大量采用的绝缘材料，也释放挥发性有机化合物。因此地下或地面建筑物内挥发性有机物污染对人体健康的影响，既有气味和其它感觉效应，也有粘膜刺激作用，甚至有致癌性。
2、定量评估工程内挥发性有机化合物的方法
室内空气中众多的VOC都处于很低的浓度下，组成复杂。到目前为止，还不能准确地测量室内各种VOC浓度。这是因为空气中的化学混合物随时会出现变化，因此无法用这些污染物浓度来衡量空气品质。因此室内各种VOC含量分别用类似、CO浓度描述是相当困难的。但是室内VOC定量化问题不解决，作为稀释VOC的新风量也难以确定。
丹麦学者Fanger 对室内综合污染源提出新物理量olf作为污染源强度的单位。定义1olf为一个‘标准人’的污染散发量。若室内其它污染源引起的不满意程度与一个‘标准人’散发的污染源所引起的不满意程度相同，则该实际污染强度即为1olf，依此推算出各种污染源的污染强度。并用decipol 来定量空气品质。1decipol 表示一个标准人产生的污染（1olf）经10升/s未污染空气通风稀释后的空气品质。即1decipol=1olf/10升/s=0.1olf/(升/s)。在不同状态下空气品质的decipol值为：
| Decipol值 | 空气品质状态 |
| 10 | 病态建筑 |
| 1 | 健康建筑 |
| 0.1 | 城镇室外空气 |
| 0.01 | 山区室外空气 |
如果室内15人，其中人、建筑围护结构材料、吸烟、空调系统等总污染强度为150olf,空调系统向室内提供室外新风为36m/p.h，则室内空气品质属于病态建筑：
因此要使室内空气品质处于健康建筑状态，必需增加至10倍室外新风量，这在空调设计中是难于接受的。而且Fanger是按欧洲标准人作为确定各种污染源的强度的，能否适合我国国情还有一系列问题。
本文不考虑室内综合污染作用，主重考察室内VOC对室内空气品质的作用。利用有机物的被氧化特性；通过一定的方法测定室内VOC被氧化的空气耗氧量，即空气耗氧量COD（Chemical Oxygen Demand）表征室内VOC的总浓度。
空气耗氧量由前苏联学者于80年代提出。其原理是基于空气污染物中的有机物可被重铬酸钾—硫酸液完全氧化；根据污染物被氧化时消耗的氧量即可推算出空气耗氧量的含量（
）。国内在1989年人防工程平时使用环境卫生标准制定中，起用了空气耗氧量作为地下旅馆、影剧院、舞厅、餐厅和医院的环境卫生标准。于1998年被国家技术监督局和卫生部批准为国家标准（GB/T
17216—1998）。在制定标准的过程中，课题组对一些特定地下空间环境进行空气耗氧量的测定，并通过模糊综合评价，得到地下工程室内空气耗氧量的标准值为6～8（）。这与前苏联学者提出的清洁COD小于4（）；可接受的COD为6（）；轻污染的COD为10（）；重污染的COD为20（）的指标是吻合的。
3、工程内挥发性有机化合物耗氧量的测定及其影响因素
COD的测定基本参照п.п.круяликовои的重铬酸钾法进行。在小波氏管内加0.25％重铬酸钾-硫酸吸收液2mL，置于距地面1.5m处，以0.15L/min 采样0.5小时后，用乳胶管串联封闭吸收管两端，置95～100℃沸水浴1小时，冷却后，用40mL蒸馏水将吸收液洗入碘量瓶中，加5％碘化钾1mL，避光静置1min，以淀粉为指示剂，0.01N硫代硫酸钠滴定至终点。根据样品与空白滴定量的差异计算出COD的浓度。
空气耗氧量随室外空气污染与室内污染来源如人群活动、吸咽、臭源的程度不同而变化。‘人防工程平时使用环境卫生标准’课题组在
地下教室中对30名学生及8名实验工作人员（其中男性21名，女性17名）进行20天冬、夏两季不同通风工况下空气环境及人体反应的实验研究。对地下教室内的空气温度、相对湿度、风速、壁面温度、、CO浓度、空气耗氧量等进行测定，部分数据如表（1）、（2）所示。
夏季室内小气候及空气耗氧量部分测试记录 表（1）
| 时间 | 新风量 |
温度℃ | 相对湿度％ | 风速m/s |  ％ |
耗氧量 |
| 14.00 | 10 | 24.62±0.24 | 65.7±2.8 | 0.08±0.01 | 0.0589±0.00 | 10.35±0.91 |
| 15.00 | 10 | 26.22±0.42 | 62.4±1.27 | 0.11±0.00 | 0.1058±0.01 | 10.30±1.00 |
| 16.30 | 10 | 26.13±0.49 | 47.9±2.72 | 0.10±0.01 | 0.1111±0.01 | 10.75±0.99 |
| 9.00 | 10 | 26.15±0.39 | 69.0±2.25 | 0.10±0.01 | 0.1172±0.01 | 10.60±2.01 |
| 10.00 | 10 | 26.17±0.54 | 68.3±2.46 | 0.10±0.01 | 0.1089±0.01 | 10.50±1.01 |
| 11.30 | 10 | 26.48±0.50 | 67.7±2.51 | 0.11±0.01 | 0.1117±0.01 | 10.50±1.21 |
冬季室内小气候及空气耗氧量部分测试记录 表（2）
| 时间 | 吸咽情况％ | 新风量 |
温度℃ | 相对湿度％ | 风速m/s | ％ |
COppm | 耗氧量 |
| 9.00 | 0 | 40 | 15.49±0.25 | 65.69±1.62 | 0.113±0.02 | 0.111±0.003 | 1.01±0.15 | 1.13±0.81 |
| 10.00 | 10 | 40 | 15.73±0.25 | 64.17±1.43 | 0.137±0.03 | 0.103±0.004 | 3.28±1.41 | 2.86±0.23 |
| 11.30 | 10 | 20 | 16.21±0.23 | 59.56±2.84 | 0.117±0.03 | 0.093±0.007 | 7.59±0.58 | 1.84±0.27 |
| 16.30 | 30 | 20 | 15.54±0.28 | 61.26±2.00 | 0.115±0.03 | 0.096±0.008 | 12.2±0.18 | 2.19±0.23 |
| 15.00 | 10 | 10 | 17.38±0.12 | 69.15±1.09 | 0.074±0.02 | 0.193±0.005 | 10.3±0.18 | 3.53±2.33 |
| 16.30 | 30 | 10 | 17.11±0.10 | 68.48±1.32 | 0.099±0.02 | 0.191±0.005 | 15.6±0.28 | 4.24±1.33 |
从上列COD测量数据表明：
⑴、室内空气中
浓度不能真实反映室内空气的污染程度。室内空气中浓度低时，并不能说明空气是清洁的，因为在室内有机物污染相当严重的空气中浓度可能是低的。如表⑴中室内浓度均在0.1％左右，符合清洁空气的卫生标准；但挥发性有机物的污染的指标耗氧量却超标43％，以致部分受试人员主诉异味、头昏、疲倦、烦躁等症状。
⑵、夏季和冬季人体散发的VOC有显著的差异。如表⑴、⑵显示，浓度同为0.1％左右时，夏季测得的耗氧量为
，而冬季为
；在同样的浓度水平下，夏季空气耗氧量比冬季高，其主要原因是夏季人体新陈代谢旺盛，体液分泌多，从体表蒸发出来的和人体呼出的废气中有机物成分比冬季显著增多之故。在国内地下人防工程进行现场调查，一共测得空气耗氧量标准样本1000个。结果表明，冬季达标率为62.2％；夏季达标率为47.4％。表⑶是全国现场调查工程中空气耗氧量的分布。总体上说明人防地下工程中有机物耗氧量偏高，应采取措施，降低有机物污染总量，提高工程内空气清洁度。
表 ⑶
空气耗氧量 |
|||||||
| 最高值 | 最低值 | >10 | 10～8 | 8～6 | 6～4 | <4 | |
| 夏季 | 15.34 | 4.9 | 28.6％ | 23％ | 28.4％ | 19％ | 0 |
| 冬季 | 18.6 | 2.81 | 31.6％ | 5.2％ | 18％ | 18％ | 26.2％ |
⑶、吸烟对室内VOC污染有显著的影响。从冬季测试数据表⑵可见，随着室内吸烟人数比例的增加，室内COD浓度明显增高。如室内初始COD浓度为1.13±0.81()，当室内吸烟人数增加10％时，COD增为2.86±0.23(
)。
⑷、在室内吸烟的条件下，CO和COD有显著的相关性。从表⑵可见，COD，CO均随污染加重而呈现增高趋势；因此对吸烟所致的室内空气污染，COD与CO有相同的代表性。
根据有关研究和测试报导，空气耗氧量与室内
浓度、空气负离子浓度、甲醛浓度、微生物污染均有明显的相关性。
⑸、室内浓度和COD浓度均随室内人数的增多，活动时间的增长而升高，如表⑷所示。说明对于人活动引起的污染，COD与具有同样良好的指示性。
表 ⑷
| 人数 | 逗留时间(小时) | 空气耗氧量（ ） |
二氧化碳浓度（％） |
| 0 | 0 | 4.06±0.44 | 0.057±0.001 |
| 2 | 1 | 10.3±2.65 | 0.192±0.001 |
| 2 | 2 | 15.61±0.88 | 0.220±0.005 |
⑹、空气耗氧量与空气负离子浓度呈负相关；即空气耗氧量越大，空气负离子浓度则越低，空气污染越严重。根据广西医科大学等单位对几个饭店与舞厅测试如表⑸显示空气耗氧量与空气负离子浓度的关系。
表 ⑸
| 测点序号 | CO（ ） |
 浓度（％） |
负离子(个/ml) | 耗氧量（） |
| 1 | 4.38 | 0.015 | 76 | 4.06 |
| 2 | 3.57 | 0.024 | 127 | 3.05 |
| 3 | 0.056 | 184 | 2.71 | |
| 4 | 0.047 | 172 | 3.78 | |
| 5 | 1.88～7.13 | 0.04～0.068 | 68～47 | 4.65～5.07 |
| 6 | 0.055～0.073 | 173～86 | 4.11～5.84 | |
| 7 | 0.042～0.08 | 63～45 | 7.21～8.03 |
⑺、空气耗氧量与室内甲醛浓度具有相关性。甲醛是VOC中探讨最多的一种挥发性有机化合物。由于含有甲醛的树脂广泛应用于住宅建材、绝热材料、家具和服装等方面，使得室内甲醛浓度明显升高。沈阳医学院在1993年5～10月对某新装修的宾馆室内空气耗氧量及甲醛浓度进行动态监测，得到如表⑹的结果。根据统计分析，两项指标呈现显著的正相关；其回归方程为：Y=4.028+168.19X（Y为耗氧量，X为甲醛浓度）。
表 ⑹
| 监测时间（月） | 空气耗氧量（ ） |
甲醛浓度（） |
备注 |
| 5 | 29.92±1.83 | 0.138±0.029 | |
| 6 | 27.32±9.86 | 0.107±0.03 | |
| 7 | 9.79±2.54 | 0.020±0.008 | |
| 9 | 12.10±6.64 | 0.091±0.051 | 9月份后自然通风率 |
| 10 | 12.23±9.03 | 0.067±0.031 | 降低，浓度呈回升 |
因此空气耗氧量是综合性很强的空气污染指示指标，它和其指标既有联系甚至有显著的相关性；又具有本身的独立性（反映室内有机物浓度），为VOC定量评估提供有利条件。
4、稀释室内挥发性有机化合物污染的技术措施
综上所述，说明室内VOC对室内空气品质恶化的影响及其对人健康产生的后果；为了使室内VOC达到允许浓度，提出用空气耗氧量评估室内总挥发性有机化合物（TVOC）的浓度，为通风空调系统稀释室内VOC奠定基础。
应当说，新风稀释技术乃是降低室内VOC的基本手段。有资料表明，不同的自然通风条件对VOC的污染有显著的差异；如表⑺所示数据，反映出良好的通风对VOC有明显的稀释扩散作用。但是用室外新风稀释室内VOC必须解决几个关键的问题：
不同自然通风情况下VOC污染的COD浓度 表⑺
| 风速（m/s) | 样本数 | COD范围 | COD均值 |
| 0.8～1.6 | 14 | 28.00～88.00 | 49.57±18.22 |
| ＜0.2 | 5 | 47.40～84.00 | 69.38±18.10 |
4.1、为了在设计中进行可操作的通风稀释方法，必须确定室内总挥发性有机化合物的发生量TCOD(
)以及进入室内的室外VOC的初始浓度
；若按稳态模式，在已知室内VOC允许浓度
条件下，即可用传统的计算方法确定新风量：
因此确定稀释VOC的新风量，必需确定室内VOC发生量TCOD。这需要通过试验或通过空气耗氧量COD与室内、CO、甲醛等浓度有高度的相关性，分别确定或推算人群活动、吸烟、各种建筑材料的VOC的发生量。如采用封闭的污染空间，人在其中逗留1小时与采用人工吸烟机注入一支烟的烟气后测得人在室内逗留1小时，约产生动活28.9～31.2mg的空气耗氧量污染；吸一支烟产生10.6～11.4mg的空气耗氧量污染。
4.2、必须考虑室外VOC污染对室内VOC的影响。以浓度为主要目标的通风稀释，主要考察室内外浓度及室内发生量来确定新风量。但随着城市建设步伐的加快，人口密度不断增加，汽车拥有量也不断上升；人们在生产和生活过程中不断向外排放废气，致使室外空气质量逐渐恶化，其中不乏VOC的污染。因此以通风稀释室内VOC为主要目标，必须考虑新风的VOC污染对室内的影响；这就提出了新风VOC的过滤处理问题，使新风VOC浓度降低到最低水平。
VOC的浓度一般很低、成分复杂，因此难于用一般的吸附材料吸附。一般吸附材料不仅吸附效率低，且操作性能差，装置体积大，成本高。新型高性能吸附材料活性碳纤维具有优异的结构特点和优良的吸附性能。对各种无机物和有机化合物都能有效吸收，特别适及于低浓度物质的吸附，可有效地吸附油漆、涂料和日用化工产品所散的有机污染物。还可以根据有机物的性质对活性碳纤维作表面处理，使之增强对某类化合物的吸附，如在活性碳纤维表面引入氨基，醛类化合物能与氨基缩合而被有效地吸收。而且活性碳纤维还能很好地吸附臭氧，且其表面官能团能催化臭氧分解，防止有机物与臭氧产生化学作用对人的健康产生危害。
4.3、发现50多种室内植物能‘吞食’有害的挥发性有机化合物。这些化学物质是植物根部四周的微生物的主要粮食。如在24小时照明的条件下，芦荟可以消灭1立方米空气中所含的90％的醛，90％的苯在常青藤中消失，垂钓兰能吞食96％的一氧化碳、86％的甲醛，其它还有杜鹃花、郁金花、百合花等都能吸收挥发性有机化合物。因此室内有规划的绿化，可利用各种绿色植物能有效地降低空气中挥发性有机化合物
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2、P.O.Fanger ，The olf and decipol. ASHRAE journal 1988.10
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