醫(yī)院夏季空調濕環(huán)境對人體健康的間接影響

張華玲，龔旎，趙琳

（重慶大學 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶，400045）

溫度和濕度是室內空調環(huán)境中最關注的環(huán)境參數(shù)，目前室內環(huán)境研究主要側重于熱濕舒適，而對濕度的人體健康影響研究較少。這主要是由于空氣濕度對人體健康的影響比較復雜?？諝鉂穸炔粌H與溫度和濕度有關，而且與建筑使用功能、建筑中人群的構成、污染物種類、實際使用工況條件等有關。本文僅對醫(yī)院建筑空調運行環(huán)境下濕度對人體健康的影響進行研究，以期獲得濕度對健康影響的定量評價關系?？諝鉂穸韧ㄟ^直接和間接2個方面作用于人體。直接影響是指室內濕度對人體生理過程的某些體征表現(xiàn)，而間接影響主要是通過相對濕度影響一些相關的生物污染物（如塵螨、細菌、真菌、病毒等）和非生物污染物（如甲醛、氡、硫氮氧化物等）濃度變化，從而間接影響到人體健康。醫(yī)院建筑內大多為病患、陪護、醫(yī)務人員、護士等，且病菌繁多。醫(yī)院空調環(huán)境將影響生物污染物的滋生、存活時間、繁殖及化學污染物的釋放速度，醫(yī)院空調環(huán)境的舒適健康對保護醫(yī)務人員、加快病員康復或減輕痛苦、減緩流行病傳播速度等都有積極作用。自20世紀40年代起，在流行病學及臨床醫(yī)學領域就開始進行熱濕環(huán)境與人體健康的研究，主要探究熱濕環(huán)境對各種呼吸道感染、過敏癥的影響，并對引發(fā)病癥的污染物產(chǎn)生的熱濕條件進行研究。Arundel等[1]將健康問題引入建筑環(huán)境控制領域，推薦40%～60%為最優(yōu)濕度區(qū)，認為在此區(qū)間內的濕度對人體健康危害最小。但未考慮這幾種主要污染物的健康影響權重，提供的鋸齒圖形僅反映出大體健康危害趨勢。Arlian等[2]通過研究發(fā)現(xiàn)塵螨生長的最佳條件是：溫度為20～25 ℃，相對濕度為70%～75%；當室內相對濕度在51%以下時，塵螨會因脫水而死亡。Fang等[3]的研究結果表明：溫度和濕度在很大程度上影響室內空氣品質可接受度，當室內空氣污染物濃度一定時，隨著溫濕度的升高，空氣質量可接受度降低，室內空氣質量可接受百分數(shù)與空氣焓呈線性相關；空氣污染程度增大，會削弱溫濕度對室內空氣品質可接受度的影響。Wolkoff等[4]對流行病學領域、臨床醫(yī)學以及人工氣候控制室研究等方面進行了總結，提出過低的空氣濕度會加快干眼癥的發(fā)展，這對年老人群尤其如此。對波蘭的住宅、辦公室進行細菌真菌氣溶膠的調查，發(fā)現(xiàn)高濕、通風差和發(fā)霉的環(huán)境有助于細菌的滋生[5]。對芬蘭 46棟公寓進行研究發(fā)現(xiàn)：當相對濕度從34%變化到70%時，空氣中的甲醛濃度在24 h內從0.08 mg/m3增加到0.20 mg/m3，認為室內空氣中的甲醛濃度與溫度和濕度成正比[6]。Carrer等[7]提出可檢測空調系統(tǒng)中的微生物狀況來評估建筑內霉菌的生長。Sookchaiya等[8]為更好地開發(fā)新型空調系統(tǒng)，針對熱帶地區(qū)熱濕環(huán)境對人體舒適及健康進行了評價研究。歐洲AIRLESS工程對HVAC系統(tǒng)污染室內環(huán)境的原因、時間及途徑進行了分析，提出一些解決辦法[9]。但現(xiàn)有研究還未涉及不同功能建筑室內濕度環(huán)境對人體健康產(chǎn)生影響的定量關系，為此，本文作者針對空調環(huán)境的健康濕度范圍進行研究。

1 夏季工況監(jiān)測

監(jiān)測建筑一棟為住院部，另一棟為門診大樓。住院部為一類高層醫(yī)療建筑，地上19層，地下1層，地面高度為77.7 m，總建筑面積為54 888.95 m2，主要包括病房、治療室、實驗室、醫(yī)生辦公室。門診大樓地上13層，地下2層，總高度為58 m，總建筑面積為74 741.32 m2，主要用于門診、急救和醫(yī)療。醫(yī)院各功能區(qū)的夏季設計空調溫度為24～28 ℃，室內相對濕度為45%～65%。

由于在實際空調環(huán)境中，影響人體健康的污染物種類繁多，本文僅對受空氣濕度變化顯著的污染物（稱為濕關聯(lián)污染物）濃度進行監(jiān)測。監(jiān)測包括塵螨計數(shù)、室內空氣中細菌菌落數(shù)真菌菌落數(shù)、甲醛濃度、氡濃度、環(huán)境溫度和相對濕度共7種參數(shù)。監(jiān)測時間為2010年 7～8月，住院部監(jiān)測時段為 9:00～10:30 am和15:30～17:00 pm，門診大樓監(jiān)測時段為10:30～12:00 am和 14:00～15:30 pm。監(jiān)測地點為住院部第4～19層普通病房、門診大樓第1～7層候診大廳。

用ZW1200?221型海爾吸塵器對病房被褥進行塵樣采集，然后經(jīng)鏡檢計數(shù)得塵螨濃度[10?11]；采用自然沉降法對空氣中的細菌、真菌采樣，培養(yǎng)計數(shù)[12?14]；而甲醛和氡濃度則使用 PPM400甲醛檢測儀、RAD7電子氡氣檢測儀進行現(xiàn)場監(jiān)測和讀數(shù)；環(huán)境溫度和相對濕度采用MODEL A531智能型環(huán)境測試儀監(jiān)測。

2 數(shù)學分析方法

在實際建筑環(huán)境中，濕關聯(lián)污染物濃度對人體健康的影響會表現(xiàn)出一定的不確定性和模糊性，屬于典型的灰色系統(tǒng)，存在定性和定量影響關系。針對這些特點，本文采用云模型并結合灰關聯(lián)分析法，以重慶市某三甲醫(yī)院為監(jiān)測對象，對夏季空調環(huán)境的5種主要濕關聯(lián)污染物進行實測，分析醫(yī)院建筑濕環(huán)境對人體健康的間接影響。云模型可以將定性影響轉換為定量影響[15?16]，灰關聯(lián)分析法適用于信息不完全確知的小樣本系統(tǒng)[17?20]，能較好地解決系統(tǒng)指標數(shù)據(jù)收集困難、指標間存在關聯(lián)等問題。在健康影響綜合分析中，獲得主要濕關聯(lián)污染物對人體健康影響的權重是一個重要部分。

設有m個分析評價對象S={S1，S2，…，Sm}和n個分析評價因子P={P1，P2，…，Pn}評價對象Si的因子Pj的屬性值記為xij。人們通常會根據(jù)一定的思維方式，用定性的語言Ak（k=1，2，…，n）來描述n個評價因子的水平，構成評價因子評語集 A={A1，A2，…，Ap}。其中，Ak具有一定的模糊性和隨機性。例如，因子塵螨對人體健康的影響一般被定性描述為“嚴重，一般，不嚴重”，則評語集就是 A={A1，A2，A3}。根據(jù)專家知識和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定因子Pj的評語Ak所對應的一維正態(tài)云模型DAk=（ExAk，EnAk，HeAk）。設B為描述分值的定性概念 Bd，如{高，中，低}所組成的集合B={B1，B2，…，Bp}，Bd（d=1，2，…，p）對應的一維正態(tài)云模型為DBd=（ExBd，EnBd，HeBd）。

進行不確定性推理的目的是把定性分析轉為定量因子分值。設 yij為評價對象 Si的因子 Pj的屬性值 xij對云模型 DAk=（ExA，EnA，HeA）的隸屬度，rij為評價對象Si的因子Pj的屬性值，xij為經(jīng)推理后獲得的定量分值。單條件規(guī)則描述如下：If xij∈Ak，Then rij∈Bd。其中 xij∈Ak為規(guī)則前件，表示因子 X評價標準的定性概念；rij∈Bd為規(guī)則后件，且k和d一一對應，見圖1。

圖1 單條件規(guī)則發(fā)生器Fig.1 Single item rule generator

計算原理如下：前件論域輸入某一特定x0，激活規(guī)則前件云模型 DAk，產(chǎn)生一組數(shù)值，取其平均值作為X條件云發(fā)生器的輸入，分別計算它對p個定性概念的確定度yij，取yij的最大值ymax再次激活規(guī)則后件云DBd，從而隨機產(chǎn)生1個云滴drop（r0，ymax）。若x0激活的前件是上升沿，則規(guī)則發(fā)生器輸出r0對應后件概念的上升沿；反之亦然。這在推理過程中保證了不確定性的傳遞。從而獲得m個評價對象Pn個因子分值rij所組成的判斷矩陣：

對于矩陣 R，確定參考數(shù)列{r0j}（j=1，2，…，n）和比較數(shù)列{rij}（i=1，2，…，m，j=1，2，…，n），再進行規(guī)范化處理，消除原始指標單位的影響，得到歸一化后的分值數(shù)據(jù)矩陣：

每一序列有i個元素，則對于某一比較序列與參考序列，就有i個關聯(lián)系數(shù)。關聯(lián)系數(shù)γij表示第i個評價對象第j個因子分值與參考數(shù)列中第j個因子分值的關聯(lián)程度。

其中：δ為分辨系數(shù)，一般在0～1間選取。δ越小，則分辨力越大；當δ=0.5時，分辨率最高，于是，組成了1個關聯(lián)系數(shù)矩陣：

由于各污染物指標對人體健康的影響程度不同，必須賦予不同的權重才能進行準確評價。本文采用群灰關聯(lián)度分析法確定權重。令為指標體系中pj與除pj外的所有指標的群灰關聯(lián)度，它反映了在某一特定的環(huán)境下指標pj對其余指標的影響程度。某一指標對其他指標的影響程度越大，說明該指標在系統(tǒng)中包含的信息量越大。

經(jīng)計算，各指標權重為：

綜合關聯(lián)度為：

其中：Y為對象與參考對象之間的綜合關聯(lián)度；Z為關聯(lián)系數(shù)矩陣。Yi越大，說明實際項與參考項的關聯(lián)度越高、越優(yōu)。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)夏季工況監(jiān)測獲得醫(yī)院在25～27 ℃溫控范圍的室內污染物濃度，見表1。

3.1 濕關聯(lián)污染物健康影響的定性描述

在本研究系統(tǒng)中，m個分析評價對象為各個不同的濕度環(huán)境，n個分析評價因子為各污染物，根據(jù)專家知識和微生物學、流行病學的研究成果，建立污染物因子對人體健康影響的定性判斷：

其中：A1表示指標對健康影響程度為“嚴重”；A2表示指標對健康影響程度為“一般”；A3表示指標對人體健康影響程度為“不嚴重”

3.2 確定評價因子水平的云模型

根據(jù)專家知識和文獻數(shù)據(jù)，對各個因子制定其定性評語集以及相應的云模型[21]。

（1）塵螨因子的健康影響評價有“不嚴重，一般，嚴重”。基于3En法則，確定云模型的3個參數(shù)，獲得塵螨在數(shù)量域的云模型：

表1 25～27 ℃時典型環(huán)境下濕關聯(lián)污染物濃度Table 1 Concentrations of the humidity related pollutants in typical environments at 25?27 ℃

圖2 基于云模型和灰關聯(lián)的濕健康影響分析流程圖Fig.2 Evaluation of health effect of humidity by cloud model and grey correlative grade

塵螨指標以及其評價健康標準的3個定性概念中云滴及其確定度分布如圖3所示。其中：橫坐標為塵螨數(shù)量，縱坐標為概率所對應的確定度。3個定性指標評價為“不嚴重，一般，嚴重”。

圖3 塵螨健康影響評價定性云分布圖Fig.3 Qualitative cloud distribution of health effect assessment of dust mite

用相似方法建立其他4個評價因子的云模型。

（2）細菌在數(shù)量域的云模型為：

（3）真菌在數(shù)量域的云模型為：

（4）甲醛在數(shù)量域的云模型為：

（5）氡在數(shù)量域的云模型為：

3.3 評價分值評語集及其云模型的確定

作用分值高低的評語有“低，中，高”3種，用百分制數(shù)來量化因子水平，在數(shù)值域的云模型分別如下：

表2 濕關聯(lián)污染物對健康影響的量化分值Table 2 Quantitative scores of humidity related pollutants on health effect

3.4 不確定性的推理

不確定推理可把定性評價轉化為定量分值。對于單條件單規(guī)則，以塵螨分析為例，利用專家知識及文獻數(shù)據(jù)可建立如下推理規(guī)則：

If 塵螨對人體健康影響不嚴重，Then作用分值“高”。

If 塵螨對人體健康影響一般，Then作用分值“中”。

If 塵螨對人體健康影響嚴重，Then作用分值“低”。

其他因子的推理類同。使用單規(guī)則單條件云模型發(fā)生器，經(jīng)推理后可得各因子量化百分分值見表2。

3.5 計算權重

經(jīng)計算得到塵螨、細菌、真菌、甲醛和氡這5種因子之間的群灰關聯(lián)度分別為：

各污染物對人體健康影響的權重為：

從以上計算結果可以看出：這5種污染物對人體健康影響的權重接近，這可能是該醫(yī)院建筑在實際使用中人員數(shù)量和人員流動情況變化大、污染源不可控等因素所致，這還需在實踐中進一步修正。

3.6 計算綜合關聯(lián)度

關聯(lián)系數(shù)矩陣為：

典型濕環(huán)境的綜合關聯(lián)度Y為：

經(jīng)計算，得到：Y3＞Y2＞Y1＞Y5＞Y4。第 3個典型濕環(huán)境與最優(yōu)環(huán)境的關聯(lián)度最高，表明在室內舒適溫度范圍（25.0～27.0 ℃）內，相對濕度65.0～69.9%為最優(yōu)區(qū)間，較優(yōu)區(qū)間為60.0%～64.9%的環(huán)境。

我國現(xiàn)行標準《綜合醫(yī)院建筑設計規(guī)范》（JGJ 49—88）規(guī)定：空調用房的夏季室內計算溫度宜采用25～27 ℃；其相對濕度為60%左右?！恫膳L與空氣調節(jié)設計規(guī)范》（GB 50019—2003）綜合考慮舒適和節(jié)能要求規(guī)定：夏季空調室內設計濕度為40%～65%?？梢姡合募究照{設計濕度都不高于65%，特別是對于像重慶這樣的熱濕地區(qū)，夏季空調除濕能耗要占到空調總能耗的20%～40%。但通過實測數(shù)據(jù)健康影響分析認為：在相對濕度65%～70%內，室內人員感覺舒適，且在空調環(huán)境中的污染物濃度較低，對人體健康有利，因此，建議規(guī)范提高設計相對濕度上限為70%。但該結果還需進一步論證。

4 結論

（1）通過對某三甲醫(yī)院夏季空調工況的 5種主要濕關聯(lián)污染物的實測數(shù)據(jù)進行分析，獲得了塵螨、細菌、真菌、甲醛、氡對人體健康影響權重，給出了幾種典型空調濕環(huán)境與最優(yōu)濕環(huán)境的綜合關聯(lián)度，推薦出對人體健康有利的最優(yōu)區(qū)間：室內舒適健康溫度為25.0～27.0 ℃，相對濕度為65.0%～70.0%。

（2）該研究成果可為醫(yī)院建筑夏季空調的健康舒適設計和運行控制參數(shù)設定提供參考，也可為將來醫(yī)院建筑空調設計標準的修訂以及空調環(huán)境對人體健康的影響研究提供依據(jù)。

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