地下建筑内部空气环境模糊综合评判

摘要：本文针对地下工程内部空气环境的特点采用模糊数学中模糊综合评判的方法，确定了因素集、评判集、模糊关系系数。采用“专家估测法”对因素集中各项因素确定权重后，建立了地下工程内部空气环境模糊综合评判的数学模型。选择模糊数学中主因素突出模型，结合工程现场试验中人员主观反应调查数据，计算出模糊综合评判的结果。

关键词：地下工程 内部空气环境 模糊综合评判

1 引言

　　自上世纪70年代中期，空调建筑内“病态建筑综合症”的出现，室内空气环境研究的重点逐渐转向在满足热舒适条件下，如何创造良好的室内空气环境品质，以保障室内人员的健康 ^[1,2,3]。对地下工程内部环境的认识长期以来还停留在如何改善工程内部空气环境的热舒适研究方面，忽视了内部空气环境对人员的心理方面的影响。人员主观反应本身具有不确定性，具有模糊性。解决这类问题可以引入模糊数学的方法，通过模糊综合评判得到符合实际的评价结果。

2 模糊综合评判的数学模型

　　模糊综合评判是对受多种因素影响的事物作出全面评价的一种十分有效的多因素评判方法。模糊综合评判的理论基础是模糊映射与模糊变换、模糊综合评判的数学模型及其应用^[4]。应用模糊综合评判的过程就是用模糊数学的方法研究地下工程内部空气环境众多因素作用下人员主观反应的评判过程。模糊综合评判需要确定因素集、评判集和模糊映射诱导出的模糊关系三个要素。

2.1 模糊评判模型中的三个要素的确定

　　将人员对地下工程内部空气环境主观反应分为三类15种，分别为：人员的感觉反应包括气味感、热感、显汗，人员对室内环境的反应包括噪声、亮度、色彩；人员的心理反应包括发闷、疲倦、头昏、头痛、情绪压抑、烦躁、发困、记忆力下降、工作效率下降。这15种主观反应就构成了综合评判的因素集，表示为：U={u₁，u₂，…，u_n}，其中n＝15。

　　评判集为人员对内部空气环境中各因素的主观评判，分为：非常不满意、不满意、一般、满意、非常满意五级评判，评判集表示为：V={ v₁，v₂，…，v_m }，其中m＝5。

　　通过模糊映射f可诱导出模糊关系R_f T (U×V)，即，R_f (u_i, v_j)=f (u_i)(v_j)= r_ij。R_f可由模糊矩阵R μ_n×m表示为：

　　　　(1)

　　式中r_ij通过下式计算

　　　　(2)

　　式中c_ij为人员对第i项因素u_i(i= 1，2，…，15)评价为第j种评价v_j(j= 1，2，…，5)的人数。U，V，R的确定给出了本次试验模糊评判模型中的三个要素。

2.2 模糊评判模型中的权重的确定

　　权重反映因素集中的各个因素在模糊综合评判过程中所占有的地位或所起的作用，它直接影响到综合评判的结果。权重的确定方法很多，本文采用“专家估测法”，即请熟悉地下工程的工程人员对因素集中各项因素打分的方法统计和确定权重。

　　权重可以表示为A=(a₁，a₂，…，a_n)，其中a_i表示因素集中的因素u_i的权重，可由下式确定：

　　　　(3)

　　式中d_i为人员对第i项因素u_i的打分总和。采用这种方法确定的各因素的权重见表1。

表1 权重计算结果表

气味感	冷热感	显汗	噪声	亮度
0.07041	0.06381	0.05721	0.05972	0.05497
色彩	发闷	疲倦	头昏	头痛
0.05642	0.08585	0.07542	0.07344	0.06143
情绪压抑	烦躁	发困	记忆力下降	工作效率下降
0.07291	0.07978	0.07793	0.05497	0.05576

2.3 模糊综合评判数量化计算

　　已知权重和模糊矩阵R后即可选用合适的模糊数学的计算模型计算，考虑到权重的影响，采用主因素突出计算模型，计算得出模糊综合评判集B=( b₁，b₂，…，b_m)，即，B＝A*R。综合评判的结果b_j的值可由下式计算

(j=1，2，…5)　　　　(4)

　　将评判集V={ v₁，v₂，…，v₅ }数量化表示为V={0.5,0.6,0.7,0.8,0.95}，用下式可计算出模糊评判的数量化计算结果。

P＝[b_j] [v_j]′　　　　(5)

3 模糊综合评判结果与试验分析

　　根据工程不同通风方式，我们在某地下工程内进行了内部空气环境试验，试验分为5个时间段，总时间为33小时，试验中我们对影响工程内部空气环境的主要污染物浓度进行了测试，同时请工程内部的现场人员填写了人员对环境的主观反应调查表。根据统计调查数据和式(2)(4)(5)计算出环境综合评判结果见表2。

表2 环境综合评判计算结果

序号	通风方式	非 常 不 满 意	不满意	一般	满意	非常 满意	综合评判指标
1	全部新风	0.0163	0.0510	0.2966	0.4268	0.2093	0.7866
2	无新风	0.0091	0.1366	0.3773	0.3416	0.1354	0.7525
3	无新风	0.0090	0.1157	0.3762	0.4034	0.0957	0.7509
4	无新风	0.0085	0.0967	0.4684	0.3265	0.1000	0.7463
5	全部新风	0.0203	0.1075	0.3604	0.3966	0.1152	0.7536

　　从评判计算结果可以看出，随着工程试验和循环通风时间(无新风)的延长，工程内进驻人员对空气环境满意度的总体评价是降低的，在经过一段时间的新风通风后，综合评价指标开始上升，但是综合评价指标的值低于试验初始阶段的值。

　　模糊综合评判结果不仅反映人员对周围环境的满意度，而且可以通过模糊评判结果和环境参数测量值相结合，确定地下工程内部空气环境中人员较为敏感的环境参数。在某地下工程的内部空气环境试验时，污染物浓度测量结果见图1至图4。

图1 CO₂浓度与综合评价指标变化的对照曲线

　　从图1可以看出，二氧化碳浓度很低时，人员对环境的评判指标高，说明人员对环境的满意率高。随着循环通风时间的延长，工程内二氧化碳浓度的升高，人员对环境的评价指标降低。在新风通风开始后，随着工程内二氧化碳浓度的降低，人员对环境的满意率也开始升高，人员对二氧化碳的浓度的变化反应较为敏感。

图2 CO浓度与综合评价指标变化的对照曲线

　　从图2可以看出，一氧化碳浓度很低时，人员对环境的评价指标高，随着工程内一氧化碳浓度的升高，人员对环境的评价指标随之降低。工程内一氧化碳浓度降低时，人员对环境的评价指标开始升高，人员对一氧化碳的浓度的变化反应较为敏感。

　　工程内TVOC在新风通风前浓度很高，新风通风后开始降低，当采用循环通风后工程内TVOC浓度仍在降低，但下降的速率趋缓。在重新采用新风通风后其浓度开始加速下降，说明引进室外新鲜空气可以非常有效地降低工程内的挥发性有机化合物的浓度。从图3中可以看出，人员对环境的综合评价与TVOC浓度之间没有太多的相关性，这可能与人体对这些低浓度的污染不敏感有关，它们主要对人体的健康造成潜在的影响。

图3 TVOC浓度与综合评价指标变化的对照曲线

　　从图4中我们可以看出，甲醛与人员对环境的综合评价指标之间没有太多的相关性，这可能是由于环境参数测试房间与人员主观评价调查房间的分离造成的，也可能和人体对这种低浓度污染不敏感有关。

图4 甲醛浓度与综合评价指标变化的对照曲线

　　从图5可以看出，热舒适指标PMV或PPD与人员对环境的模糊综合评判指标没有太多的相关性，这一方面可能是人员对该环境的热舒适性的满意率已经很高（80％以上），对热环境很小的变化不敏感，同时也说明单纯的用热舒适指标来评价工程内部空气环境只能反映内部空气环境中空气的微气候对人员的影响，而不能全面反映内部空气质量对人员的影响。

图5 PPD与综合评价指标变化的对照曲线

4 结论

　　通过地下工程内部空气环境模糊评判结合工程内部空气环境污染物测试数据的分析可以得出以下结论：

　　1．随着一氧化碳和二氧化碳的浓度的增加，人员对工程内部空气环境的满意度降低，人员对一氧化碳和二氧化碳的浓度变化反应较为敏感。

　　2．新风有效降低了地下工程内部空气环境中TVOC和甲醛的浓度。人员对TVOC和甲醛的浓度变化反应较为不敏感。

　　3．地下工程内部空气环境仅考虑PMV和PPD是不全面的。

：

　　1．白玮，龙惟定．影响生产率的要素­——室内环境品质．暖通空调，1999，29(2)：34~37
　　2．ASHRAE．ASHRAE Standard 62-1989，Ventilation for acceptable indoor air quality．1989．
　　3．P．O．范格．21世纪的室内空气品质：追求优异．暖通空调，2000，30(3)：32-35
　　4．谢季坚，刘承平．模糊数学方法及其应用[M] ．武昌：华中科技大学出版社，2001