摘 要
近年来，随着全球气候变暖，冰山消融，人们越来越认识到建筑能源消耗排放的CO2是造成全球变暖的关键因素之一，也更加关注于建筑的节能减排。新风系统能耗在空调系统总能耗中所占比重较大，但随着环境污染的日益加重，新风系统对改善室内环境质量和保障室内人员身体健康具有至关重要的作用，然而新风系统运行性能和实际效果尚不明确，因此有必要对新风系统开展后评估研究。通过对国内外文献梳理总结发现，国内外关于新风系统的研究多集中于技术方面，且关于室内环境的研究主要包括室内热湿环境、声环境、光环境和空气品质四个方面，针对运行性能方面的研究较少。本文以此为背景，采用定量和定性分析相结合的研究方法，主要研究内容如下：
采用客观测试的方法对室内环境参数进行长期测试。针对夏季新风系统运行过程中的北京市某办公建筑，在建筑室内放置环境检测装置，对建筑室内人员办公区域的温湿度、CO2浓度、PM2.5 浓度等环境参数进行高频次（采样时间间隔 5min）、长周期（连续 42 天）的实时检测。研究发现室内温湿度、CO2浓度、PM2.5 浓度等环境参数除部分数据超过标准值之外，基本满足标准规定的 Ⅰ 级或 Ⅱ 级舒适度设计标准。
采用主观问卷的方法分析了室内办公人员对室内各项环境参数的满意度，对问卷进行斯皮尔曼相关性分析和灰色关联分析确定了室内温湿度和空气质量是影响室内人员满意度的主要因素。通过对运维管理人员的问卷调研和实际查勘，分析结果显示部分运维人员学历偏低，入职前未经过专业培训，建筑节能意识较差，存在建筑室内环境检测装置不够完善等问题。
构建办公建筑新风系统评价体系，对各评价指标做进一步分析。采用主观赋权法层次分析法和客观赋权法熵权法确定了各评价指标的权重值，引入多目标决策法将实测数据带入到评价体系，最终建立办公建筑新风系统后评估模型。
以夏季新风系统运行中的北京市某办公建筑为例，选取各评价指标标准值对其进行预处理后带入办公建筑新风系统后评估模型，根据计算结果划定评价等级为 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 四个级别，评价得分区间分别为<55；55-75；75-95；>95。运用该评价模型对案例建筑新风系统进行综合评价，针对存在问题提出优化建议。
关键词： 办公建筑；室内环境；新风系统；层次分析法；熵权法。
Abstract
In recent years, with global warming and the melting of icebergs, people are increasinglyrealizing that CO2emitted from building energy consumption is one of the key factors causingglobalwarming, andmoreattentionhas beenpaid to building energy conservationandemissionreduction. The energy consumption of the fresh air system accounts for a large proportion ofthe total energy consumption of the air conditioning system. As the environmental pollutionincreases, the fresh air system plays a vital role in improving the quality of the indoorenvironment and ensuring the health of indoor personnel. However, the operation of the freshair system Performance and actual results are not yet clear, so it is necessary to conduct post-evaluation studies on fresh air systems. Through combing and summarizing the domestic andforeign literature, it is found that the domestic and foreign research on the fresh air system ismostly in the technical level, and the research on the operating performance is less, and theresearchontheindoorenvironmentismostlyfocusedontheindoorthermal environment,soundenvironment, light environment and air quality. This paper takes this as the background, adoptsthequantitativeanalysis andqualitativeanalysis combinationresearchmethod,the key researchcontents are as follows:
The objective test method was used to test the indoor environmental parameters for a longtime. For an office building in Beijing during the summer fresh air system operation, place anenvironmental detection device inside the building to conduct high-frequency frequency(sampling time interval) on environmental parameters such as temperature and humidity, CO2concentration, PM2.5 concentration of the indoor office area of the building (5min), real-timedetection of long period (42 consecutive days). The study found that the indoor temperatureand humidity, CO2, PM2.5 and other environmental parameters, except for some of the dataexceeding the standard value, basically meet the design standards of level Ⅰ or level Ⅱ of thestandard.
The subjective questionnaire method was used to analyze the satisfaction of indoor officeworkers with various indoor environmental parameters. The Spearman’s correlation analysisand gray correlation analysis of the questionnaire were used to determine that indoortemperature, humidity and air quality were the main factors affecting indoor personnelsatisfaction. Through the questionnaire survey and actual survey of the operation andmaintenance management personnel, the analysis results show that some of the operation andmaintenance personnel have a low education level, have not received professional trainingbefore entering the job, the building energy conservation awareness is poor, and there are problems such as inadequate indoor environmental detection devices.
Establish an evaluation system for the fresh air system of office buildings, and furtheranalyze each evaluation index.The subjective weighting method analytic hierarchy process andthe objective weighting method entropy weighting method were used to determine the weightvalue of each evaluation index.The multi-objective decision-making method was introduced tobring the measured data into the evaluation system. Finally, the post-evaluation model of theoffice building fresh air system was established.
In summer fresh air system running a office building in Beijing as an example, selectingthe evaluation index standard values into the office building after pretreatment to fresh air afterthe system evaluation model, according to the result of calculation defined evaluation grade forⅠ,Ⅱ, Ⅲ, Ⅳfourlevels, interval respectively,thescoreof<55;55-75; 75-95; >95.The evaluationmodel is used to comprehensively evaluate the fresh air system of one of thethree working daysof the case building. The evaluation model was used to conduct a comprehensive evaluation ofthe fresh air system in the case building. The results showed that the fresh air system evaluationresults were all good, and optimization suggestions were made for existing problems.
Key Words: Office Building; Indoor Environment; FreshAir System;AHP; EWM。
第 1 章 绪 论
1.1、 研究背景。
随着人们在物质生活和精神文明需求上的巨大提升，对建筑的舒适与健康也提出了更高的要求。建筑也从传统意义上的为人类遮风挡雨，抵挡猛兽伤害转变到如今的为人类创造一个健康舒适的生活和工作环境被赋予了新的涵义。相关调研显示[1]，由于建筑面积的不断增加以及人们对建筑环境的要求愈来愈高，建筑能耗逐渐成为了我国的第三大能源消耗源之一，随着我国城镇化水平的提升，截止到 2016 年我国公共建筑总面积达到 117.3 亿 m2，公共建筑能耗居高不下，其中空调系统能耗在公共建筑总能耗中约占有 50%~60% 的比重[2]，而空调能耗中约有 30%~40% 的能耗为空调新风系统处理新风所消耗[3]。
二十世纪 70 年代石油危机，欧美等发达国家提出“低能源建筑”（low energyarchitecture）、“生态建筑”等设计理念[4]，通过采取减少室内新风量和增加建筑气密性等措施以达到降低建筑能耗的目的。然而物极必反降低建筑能耗的同时却导致室内环境难以得到保障，由于新风量不足室内人员患有不同程度的病态建筑综合征等疾病，1976 年美国费城首次发现军团病[5]，2003 年我国（非典）SARA 病毒肆虐[6]，2020 年初新型冠状病毒（2019-nCoV）在世界各地爆发，该病毒具有较强的传染性，主要通过飞沫空气和接触传播，在人员密集通风状况不良的场所传播风险更高，因此加强建筑新风供给成为保证建筑室内环境健康的重要措施，建筑室内环境健康问题再度成为引发人们关注的焦点[7, 8]。
老弱人群等长时间在室内活动，所以室内环境健康尤为重要[9]。随着室外大气环境污染雾霾天气频发，室内建筑装修材料污染等问题使得室内环境健康问题处于内忧外患的境地，室内环境健康问题至关重要。
1.2 、国内外研究现状。
1.2.1、 国内研究现状。
近年来，由于环境污染加重以及人们对美好生活的追求，建筑作为人们从事生产和生活的重要场所，建筑室内环境逐渐成为人们关注的重点。新风系统作为公共建筑中常用的一种空调技术，对维持健康舒适的室内环境具有重要作用，专家学者们分别对新风系统以及室内环境评价进行了大量研究。
（1）新风系统国内研究现状。
专家学者分别对新风系统控制策略、新风系统排风热回收节能技术以及基于 CO2等污染物的需求通风控制策略展开了大量研究，虽然研究内容不同但是都是为了在保证室内环境健康舒适的前提下尽可能地降低系统能耗以实现系统的节能高效。
张楠[10]通过对 VAV 空调新风系统的控制进行仿真研究，建立了温度、焓值及能耗目标函数寻优控制仿真模块，并将三种控制策略下的建筑能耗进行对比分析，结果显示目标函数寻优控制策略可以有效降低空调系统能耗。张夏[11]以 MATLAB 为平台建立空调系统得仿真模拟，将变新风量得最小焓差控制与固定新风量的控制策略进行对比分析，在减低系统能耗的基础上最小焓差控制可以有效改善空调区域的舒适性。刘超[12]通过对VAV 空调系统的变新风量和固定新风量控制策略下的室内环境状况进行了分析，并指出VAV 独立新风系统相比传统 VAV 系统在保证室内 CO2浓度水平相同的前提条件下，能耗相比传统 VAV 系统可降低 14.91%。夏常胜[13]建立新风系统模糊控制系统，并编写Android 手机端新风系统控制程序对室内环境可以实时调控，实现了人员对室内环境的远程智能控制。孟富强[14]以北京地区为例通过 Energy plus 能耗模拟软件，将电子焓控制法和切换温度控制法相结合对新风系统的运行进行调节，模拟结果显示组合式控制策略相比传统的新风系统运行控制策略在保证室内环境的前提下更加节能。陈灿[15]基于夏热冬冷地区典型城市的气候特点，对构成新风负荷的潜热和显热负荷占比进行了分析，并以此为基础对夏热冬冷地区典型城市的排风热回收技术的适应性进行了研究，为夏热冬冷地区典型城市的新风系统运行策略提供了理论支撑。程凯文[16]利用 Airpak 软件对不同新风量条件下的住宅新风系统的室内 CO2浓度、空气龄以及 PMV-PPD 分布进行了模拟分析，模拟结果对住宅新风系统的安装与运行优化提供了理论参考。
（2）室内环境评价研究现状。
我国于 2012 年颁布并实施《民用建筑室内热湿环境评价标准》室内环境主要包括热环境、声环境、光环境和室内空气品质[17]。室内环境评价一直都是室内环境研究的重要内容之一，随着室内环境科学研究的深入，室内环境评价方法也随之迅速发展丰富，各种复杂数学评价模型等评价方法相继出现，使得室内环境评价变得更加严谨、科学与合理。
陆丽莉[18]将神经网络与自适应神经元模糊算法相结合，建立室内环境热舒适度评价模型，该方法基于室内热环境参数，通过神经网络算法计算出室内舒适度热指标 PMV值，可以得到室内环境热舒适度的精准预测与评价。邱国志[19]通过主客观相结合的方式对西安某办公建筑室内空气环境进行实际调研，通过改变室内通风方式对室内人员的热舒适度进行分析得出了自然通风以及不同空调环境下的人员中性温度，选取余热排除效率、排污率和不均匀系数对室内空气质量进行评价。李明书[20]采用主客观相结合的方法对室内环境进行实际的测试与室内人员感受的问卷调查，并建立了包括声、光、热和空气品质参数综合作用的室内环境评价模型，通过分析影响建筑使用的各类环境参数，为建筑设计与运行优化提供参考依据。范凌枭[21]通过对绿色公共建筑室内物理环境实测，以及开展室内人员对室内环境满意度调研，分析了绿色公共建筑现存问题，为重庆地区绿色公共建筑室内环境优化与提升提供了理论依据。
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1.2.2 、国外研究现状
1.3 、新风系统现存问题
1.3.1、 新风空气处理设备的问题
1.3.2 、新风系统的设计问题
1.3.3 、新风系统的安装问题
1.3.4、 新风系统的运行和维护问题
1.4 、研究内容与技术路线
1.4.1、 研究内容
1.4.2、 技术路线
第 2 章 办公建筑室内环境实测分析
2.1、 室内环境检测与分析
2.1.1、 研究背景
2.1.2 、测试项目概况
2.1.3 、测试方法
2.2、 室内环境测试结果与分析
2.2.1、 办公室整体测试结果分析
2.2.2、 室内热湿环境
2.2.3、 二氧化碳浓度
2.2.4、 PM2.5 浓度
2.2.5、 空气流动速度
2.2.6、 新风量
2.3、 本章小结
第 3 章 室内环境人员主观感受调研与分析
3.1、 主观调查背景
3.2 、调查问卷设计原则和内容
3.3、 主观感受满意度评价标尺
3.4、 问卷结果与分析
3.4.1、 各项参数人员主观满意度分析
3.4.2、 调查问卷相关性分析
3.4.3 、室内环境人员主观满意度灰色关联分析
3.5、 空调系统运维管理现状调研分析
3.5.1、 空调系统运维管理调查背景
3.5.2、 空调系统运维管理问卷分析
3.6 、本章小结
第 4 章 办公建筑新风系统评价指标体系的构建.
4.1 、办公建筑新风系统评价的必要性
4.2 、评价指标体系的构建原则
4.3、 评价体系结构设计
4.4 、评价体系指标说明
4.5 、评价体系的确定
4.6 、本章小结
第 5 章 办公建筑新风系统后评估模型.
5.1 、指标权重确定方法
5.2 、层次分析法
5.2.1、 层次分析法原理
5.2.2 、层次分析法基本步骤
5.3、 熵权法
5.3.1、 熵权法原理
5.3.2 、熵权法基本步骤
5.4、 综合权重
5.5、 综合评价方法
5.6 、本章小结
第 6 章 办公建筑新风系统后评估研究案例分析
6.1、 北京市某办公建筑概况
6.2、 办公建筑新风系统综合评价
6.2.1、 层次分析法确定评价指标权重
6.2.2、 熵权法确定客观权重
6.3 、综合评价
6.4 、办公建筑新风系统优化与建议
6.5 、本章小结
结 论
随着室外环境污染的加重和室内不明污染物种类的增多，室内环境状况已成为人们关注的重点，本文针对办公建筑新风系统后评估进行研究分析，主要研究结论如下：
1. 通过对夏季新风系统运行中的北京市某办公建筑室内环境参数进行长周期、高频次的测试，研究发现室内空气温度主要在 24℃-28℃ 范围内波动，相对湿度维持在30%-70% 范围内，室内 CO2浓度超过 1000ppm 的数据所占比重较小，各项环境参数基本满足标准规定的 Ⅰ 级或 Ⅱ 级舒适区参数设计要求。但存在部分数据超过标准值，且占有一定比重，对室内人员舒适度造成影响。
2. 从主观角度对室内人员对室内环境的主观感受开展问卷调研，运用灰色关联分析法结合实测数据，得出室内温湿度和室内空气质量是影响室内人员满意度的主要因素；通过对空调系统运维管理现状的问卷调研发现运维人员普遍学历较低、入职前未经历专业技术学习培训，缺乏建筑节能意识以及部分建筑室内环境检测设施不够完善等问题。
3. 构建办公建筑新风系统评价体系，分别从室内环境、新风系统能耗、健康与舒适和运维管理四个层面对新风系统进行综合评价，并对该评价体系各个指标进行分析，为后续建立办公建筑新风系统后评估评价模型奠定了基础。
4. 采用层次分析法和熵权法两种赋权方法，计算得到了各评价指标的权重值，引入多目标决策分析法结合各项评价指标的实测数据标准值构建了办公建筑新风系统后评估评价模型，根据标准值计算结果划定评价等级为 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 四个级别，评价得分区间分别为<55；55-75；75-95；>95。
5. 对北京市某办公建筑新风系统进行综合评价，将各项评价指标数据带入办公建筑新风系统后评估评价模型进行综合评价分析。评价结果显示随机选定的三个正常工作日综合评价得分分别为 80.02、84.65 和 82.77，从中可知该办公建筑新风系统综合评价结果均为 Ⅲ 级，新风系统运行状况显示为良好。
参考文献
