兩典型辦公室室內(nèi)顆粒物濃度監(jiān)測與分析

陳治清 林忠平 朱衛(wèi)華 張昊

同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

兩典型辦公室室內(nèi)顆粒物濃度監(jiān)測與分析

陳治清 林忠平 朱衛(wèi)華 張昊

同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

對(duì)一普通辦公樓及甲級(jí)辦公樓辦公室內(nèi)、外顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果顯示建筑室外顆粒物污染嚴(yán)重；普通辦公樓室內(nèi)顆粒物污染嚴(yán)重，甲級(jí)辦公樓室內(nèi)顆粒物濃度較低；甲級(jí)辦公樓室內(nèi)外顆粒物濃度I/O比值較普通辦公樓??；兩辦公樓室內(nèi)、外的PM 2.5污染均較PM 10污染頻繁；室內(nèi)人和物的劇烈活動(dòng)、吸煙等活動(dòng)會(huì)造成嚴(yán)重的室內(nèi)顆粒物污染。

室內(nèi)顆粒物濃度I/O比典型辦公室

0 引言

人們的健康與空氣中顆粒物濃度有直接關(guān)系，顆粒物由人體呼吸作用進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，粗顆粒被上呼吸道系統(tǒng)中的呼吸粘膜攔截，增加呼吸道粘膜工作負(fù)擔(dān)，引起呼吸系統(tǒng)不適；細(xì)顆粒物如PM 2.5則能夠進(jìn)入人體肺泡甚至血液循環(huán)系統(tǒng)，引起心肺功能障礙[1]。

研究顆粒物污染對(duì)人體健康的影響時(shí)，須認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代社會(huì)人類有90%時(shí)間停留在室內(nèi)，即人體對(duì)顆粒物污染的暴露主要發(fā)生在室內(nèi)[2～3]。辦公室工作人員每天有8小時(shí)的時(shí)間在辦公室內(nèi)度過，辦公室室內(nèi)顆粒物的濃度將直接關(guān)系到室內(nèi)人員顆粒物污染暴露水平及身體健康。樊越勝等人對(duì)西安市某高校一棟采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)方式的辦公樓室內(nèi)外顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示在室內(nèi)無人員辦公及設(shè)備運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)顆粒物污染嚴(yán)重[4]；段瓊等人對(duì)太原理工大學(xué)某采用自然通風(fēng)的辦公室室內(nèi)外顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示室內(nèi)外顆粒物濃度嚴(yán)重超標(biāo)，且室內(nèi)顆粒物污染較室外嚴(yán)重，室內(nèi)污染源是室內(nèi)顆粒物污染的主要來源[5]。而對(duì)于不同等級(jí)的辦公建筑，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性、室內(nèi)人員設(shè)備、通風(fēng)空調(diào)方式等不同，室內(nèi)顆粒物污染情況會(huì)有所不同。文中筆者對(duì)兩棟不同等級(jí)的辦公建筑室內(nèi)外顆粒物質(zhì)量濃度及其空調(diào)系統(tǒng)中的顆粒物質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測，并分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1 監(jiān)測方案

1.1 監(jiān)測對(duì)象

將被監(jiān)測的兩棟辦公樓編號(hào)A、B。其中A建筑為上海某大學(xué)校園內(nèi)一棟普通多層辦公樓，選取其2樓某辦公室作為測試辦公室；其圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性較差，室內(nèi)采用分體空調(diào)供冷熱，無獨(dú)立新風(fēng)，空調(diào)室內(nèi)機(jī)回風(fēng)口處設(shè)置有過濾網(wǎng)以阻擋異物進(jìn)入空調(diào)內(nèi)部。B建筑為上海市中心某甲級(jí)高層辦公樓，選取其17樓一個(gè)敞開式辦公室作為測試辦公室；其圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性極佳，外窗常閉、不可開啟，室內(nèi)采用定風(fēng)量集中式空調(diào)送風(fēng)供冷熱，空調(diào)系統(tǒng)的過濾器設(shè)置示意如圖1，新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)過濾器過濾后與回風(fēng)混合，然后經(jīng)過2#過濾器處理后送入室內(nèi)，其中2#過濾器為鐵絲網(wǎng)過濾器。

1.2 監(jiān)測儀器及監(jiān)測方案

采用TSI8534型DUSTTRAKTM氣溶膠監(jiān)測儀檢測室內(nèi)外顆粒物濃度。該儀器可同時(shí)測量、顯示、記錄空氣中顆粒物的5個(gè)不同粒徑檔的質(zhì)量濃度分布，分別為PM 1、PM 2.5、PM 4、PM 10及TSP。本次測試中，采樣流量設(shè)置為3L/m in，每2s采集一次數(shù)據(jù)。

筆者在冬季分別對(duì)A、B建筑所選辦公室內(nèi)外的顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測，各監(jiān)測3天，每天早上、中午、下午各監(jiān)測1h。根據(jù)監(jiān)測時(shí)間和地點(diǎn)，將各組監(jiān)測數(shù)據(jù)編號(hào)為A11、A12、A13、A21、A22、A23、A31、A32、A33、B11、B12、B13、B21、B22、B23、B31、B32、B33；被監(jiān)測辦公室在監(jiān)測過程中室內(nèi)人員均正常辦公，無劇烈運(yùn)動(dòng)，室內(nèi)打印機(jī)未工作，門窗關(guān)閉，空調(diào)正常工作。在監(jiān)測過程中對(duì)所監(jiān)測的辦公室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測；其中A建筑的監(jiān)測內(nèi)容為室內(nèi)機(jī)過濾網(wǎng)前后的顆粒物濃度，B建筑的監(jiān)測內(nèi)容為空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)各風(fēng)管（總送風(fēng)管、新風(fēng)管）內(nèi)的空氣顆粒物濃度。

在上述測試之余，在對(duì)B建筑監(jiān)測的第一天對(duì)B建筑其他樓層辦公室、防煙樓梯間內(nèi)顆粒物濃度進(jìn)行抽測。

由于只有一臺(tái)TSI8534，為準(zhǔn)確反映室內(nèi)顆粒物濃度和室外顆粒物濃度與室內(nèi)顆粒物濃度的關(guān)系，將每次監(jiān)測時(shí)間設(shè)定為5min，室內(nèi)外顆粒物濃度監(jiān)測交替進(jìn)行。

2 顆粒物濃度監(jiān)測結(jié)果及分析

2.1 辦公室內(nèi)外的監(jiān)測結(jié)果及分析

室內(nèi)、外顆粒物濃度監(jiān)測值將反映室內(nèi)、外顆粒物污染情況。對(duì)室內(nèi)外PM 2.5和PM 10的質(zhì)量濃度的每個(gè)小時(shí)監(jiān)測值求均值，對(duì)比世界衛(wèi)生組織（WHO）2005發(fā)布的《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》設(shè)定的空氣質(zhì)量準(zhǔn)則值及三個(gè)過渡期目標(biāo)值的24h均值[6]、中國2012年12月頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中顆粒物濃度24h均值的準(zhǔn)則值[7]，制作對(duì)比結(jié)果圖如圖2、3；其中《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》設(shè)定的PM 2.5質(zhì)量濃度24h準(zhǔn)則值25μg/m3，PM 10質(zhì)量濃度24h準(zhǔn)則值為50μg/m3；過渡期1內(nèi)PM/PM 10的24h均值的目標(biāo)值為75/150μg/m3；過渡期1內(nèi)PM/PM 10的24h均值的目標(biāo)值為50/100μg/m3；過渡期3內(nèi)PM/PM 10的24h均值的目標(biāo)值為35/70μg/m3；《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定的24h均值準(zhǔn)則值與《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》過渡期1的目標(biāo)值相同。

由圖2可見，2/3的A建筑室外PM 2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測值超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》PM 2.5濃度限值和《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》過渡期3的PM 2.5目標(biāo)值75μg/m3，所有的B建筑室外PM 2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測值超過75μg/m3；可見A、B建筑室外PM 2.5污染頻率較高。筆者考察監(jiān)測建筑周邊環(huán)境，得知A、B建筑均臨靠主要交通干道，來往車輛頻繁，汽車尾氣使得周邊環(huán)境顆粒物污染嚴(yán)重。此外，1/3的A建筑室內(nèi)PM 2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測值超過75μg/m3；B建筑室內(nèi)PM 2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測值均小于75μg/m3；可見在監(jiān)測時(shí)間內(nèi)，B建筑室內(nèi)PM 2.5污染頻率小于A建筑。

由圖3可見，A、B建筑室外PM 10監(jiān)測值中有2/3的數(shù)據(jù)小于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》PM 10濃度限值和《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》過渡期3的PM 10目標(biāo)值150μg/m3；A、B建筑室內(nèi)PM 10質(zhì)量濃度監(jiān)測值均小于150μg/m3。對(duì)比相應(yīng)監(jiān)測時(shí)間內(nèi)室內(nèi)PM 2.5、PM 10的污染情況，可發(fā)現(xiàn)監(jiān)測時(shí)間內(nèi)PM 2.5污染較PM 10污染頻繁。

對(duì)比圖2與圖3，計(jì)算室內(nèi)外PM 2.5與PM 10的質(zhì)量濃度比值，得到圖4；可發(fā)現(xiàn)室外PM 2.5/PM 10值均大于75%，室內(nèi)PM 2.5/PM 10值均大于90%，可見室內(nèi)外空氣中PM 2.5是PM 10的主要質(zhì)量成分。對(duì)比《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》和《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)PM 10和PM 2.5質(zhì)量濃度限值的規(guī)定[6][7]，可發(fā)現(xiàn)PM 2.5質(zhì)量濃度限值為PM 10質(zhì)量濃度限值的50%，顯著小于環(huán)境空氣中PM 2.5/PM 10比值，這是造成PM 2.5污染頻率高于PM 10污染的原因。對(duì)比室內(nèi)、室外PM 2.5/PM 10比值，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)的PM 2.5/PM 10值大于室外監(jiān)測數(shù)據(jù)比值，這一結(jié)果是巧合還是有規(guī)律可循，需更多監(jiān)測數(shù)據(jù)予以驗(yàn)證。

對(duì)比圖3與圖4，可發(fā)現(xiàn)室外空氣顆粒物濃度高時(shí)，室內(nèi)顆粒物也相應(yīng)較高，室內(nèi)、外空氣中顆粒物濃度變化具有較一致性；計(jì)算PM 2.5、PM 10的I/O比（室內(nèi)外顆粒物濃度比），得到圖5；可發(fā)現(xiàn)兩建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)的9個(gè)I/O比值均較一致，表明室內(nèi)顆粒物濃度與室外顆粒物濃度有較高的相關(guān)性。此外，圖5中可看出A建筑PM 2.5、PM 10的I/O比均顯著大于B建筑；相比B建筑，A建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性不佳，圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙較大，且無新風(fēng)過濾器，對(duì)隨著室外空氣進(jìn)入室內(nèi)的顆粒物濾除效率低，導(dǎo)致A建筑顆粒物I/O比顯著大于B建筑。從圖5中可見PM 2.5的I/O比略大于PM 10的I/O比，筆者認(rèn)為，這是由于室內(nèi)顆粒物污染多來源于室外，室外空氣通過空氣過濾器及圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙時(shí)，大顆粒物被濾除的概率大于小顆粒物，從而使得PM 2.5的I/O比略大于PM 10的I/O比。

2.2 空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果及分析

現(xiàn)場利用TSI8534測試A辦公室室內(nèi)機(jī)的送風(fēng)口和回風(fēng)口的顆粒物濃度，測試結(jié)果顯示送、回風(fēng)口顆粒物濃度監(jiān)測值相同，即所設(shè)置的過濾網(wǎng)對(duì)PM 10及PM 2.5無過濾效率。

對(duì)B建筑2#過濾器（鐵絲網(wǎng)過濾器）上、下游的顆粒物濃度監(jiān)測結(jié)果顯示該類型過濾器對(duì)PM 2.5的過濾效率為0。在新風(fēng)管上1#測點(diǎn)處測得經(jīng)新風(fēng)過濾器處理后新風(fēng)中的顆粒物濃度，在送風(fēng)管2#測點(diǎn)處測得新回風(fēng)混合后經(jīng)過2#過濾器處理后的送風(fēng)顆粒物濃度，測試結(jié)果見表1。與同時(shí)刻B建筑室外顆粒物濃度對(duì)比（室外顆粒物濃度為PM 2.5：238μg/m3），可發(fā)現(xiàn)新風(fēng)處理器中1#過濾器對(duì)PM 2.5的過濾效率為42.5%（1-137/238）；室內(nèi)回風(fēng)與其PM 2.5濃度2倍以上的新風(fēng)混合后，送風(fēng)PM 2.5濃度增加有限，可見新風(fēng)比較小，按PM 2.5濃度計(jì)算，得新風(fēng)比為4%。按照10%新風(fēng)比計(jì)算，空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)的顆粒物濃度將為69.5μg/m3。若空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)過濾器對(duì)PM 2.5的過濾效率為0，可計(jì)算得，在4%的新風(fēng)比時(shí)，送風(fēng)的顆粒物濃度為69.0μg/m3；而在10%的新風(fēng)比時(shí)，送風(fēng)中顆粒物濃度為79.6μg/m3；可見新風(fēng)過濾器過濾效率和新風(fēng)量的大小對(duì)送風(fēng)顆粒物濃度增減有明顯影響，直接影響室內(nèi)顆粒物污染特性。

2.3 B建筑其他樓層及防煙樓梯間的監(jiān)測結(jié)果及分析

在對(duì)B建筑監(jiān)測的第一天，對(duì)B建筑其他樓層辦公室及防煙樓梯間內(nèi)顆粒物進(jìn)行抽測，現(xiàn)將結(jié)果繪制成圖6，圖中BA-BL表示各樓層辦公室，F(xiàn)Y表示防煙樓梯間；結(jié)果顯示防煙樓梯間內(nèi)顆粒物污染極其嚴(yán)重，達(dá)507/537μg/m3（PM 2.5/PM 10）；而BA層辦公室內(nèi)顆粒物嚴(yán)重超出其它樓層辦公室內(nèi)顆粒物濃度及室外顆粒物濃度，達(dá)92/108μg/m3（PM 2.5/PM 10）。經(jīng)筆者考查發(fā)現(xiàn)樓內(nèi)人員將防煙樓梯間作為吸煙室，且防煙樓梯間內(nèi)通風(fēng)不暢；而BA層辦公室內(nèi)人員在監(jiān)測時(shí)間內(nèi)正在進(jìn)行打包活動(dòng)；對(duì)比B建筑內(nèi)其他辦公室顆粒物監(jiān)測結(jié)果，可得到吸煙、室內(nèi)人和物的劇烈活動(dòng)等會(huì)引起室內(nèi)嚴(yán)重顆粒物污染。

3 結(jié)論

1）受監(jiān)測辦公建筑室外PM 2.5污染嚴(yán)重；不同等級(jí)的辦公建筑室內(nèi)顆粒物污染程度不同，甲級(jí)寫字樓室內(nèi)顆粒物污染較普通辦公樓室內(nèi)顆粒物污染輕；甲級(jí)辦公樓室內(nèi)外顆粒物濃度I/O比較普通辦公樓低。

2）空氣質(zhì)量規(guī)范對(duì)PM 2.5與PM 10濃度限定值的比值與實(shí)際空氣中顆粒物濃度比值存在明顯區(qū)別，規(guī)范限定值的PM 2.5/PM 10比值顯著小于實(shí)際空氣中PM 2.5/PM 10比值，造成室內(nèi)外的PM 2.5污染均較PM 10污染頻繁。

3）室內(nèi)人與物的劇烈活動(dòng)、吸煙等活動(dòng)將產(chǎn)生大量的顆粒物，造成嚴(yán)重室內(nèi)顆粒物污染。

[1]http://www.epa.gov/air/particlepollution/health.htm l.[Z]

[2]Paul L Lioy.The Total Human Environmental Exposure Study (THEES)to benzo(a)pyrene:comparison of the inhalation and food pathways[J].Archivesof EnvironmentHealth,1988,43(4): 304-312

[3]Lance Wallace.A decade of studiesof human exposure:what havewe learned?[J].Risk Analyis,1993,13(2):135-139

[4]樊越勝,李安桂,司鵬飛.一般辦公環(huán)境粉塵污染特征分析[J].暖通空調(diào),2012,(1):84-87

[5]段瓊,張渝,李紅格.太原市某辦公室PM 10與PM 2.5的實(shí)測與研究[J].能源研究與信息,2006,(1):12-17

[6]世界衛(wèi)生組織（WHO）空氣質(zhì)量準(zhǔn)則[S].

M on ito ring and Ana lys is o f the Indoo r Pa rtic u la te Con c en tra tion o f Tw o Typ ic a l O ffic e Bu ild ings

CHEN Zhi-qing,LIN Zhong-ping,ZHUWei-hua,ZHANGHao
SchoolofMechanicaland Energy Engineering,TongjiUniversity

The indoor and outdoor PM concentration of both an ordinary and Grade-A office buildingswasmonitored. The results showed thatoutdoor PM concentration was relatively high and the indoor PM concentration in the ordinary office buildingwasalso high,however,the indoor PM concentrations in the Grade-A office buildingwas relatively low; The I/O Ratio of indoor and outdoor PM concentration of Grade-A office buildingwas lower than thatof ordinary office buildings;indoor and outdoor PM 2.5 pollution of the two office buildings were more serious than PM 10 pollution; Intense indooractivitiesand smokingw ill result in severe indoor PM pollution.

indoorparticulate concentration,I/ORatio,typicaloffice

1003-0344（2014）03-012-4

2013-6-15

林忠平（1968～），男，博士，教授；上海市四平路1239號(hào)同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院暖通空調(diào)及燃?xì)庋芯克?01804）；E-mail:zplin99@#edu.cn