道路揚塵對臨/遠街建筑室內(nèi)顆粒物的影響研究

陳潔李威呂陽*張錢

1 大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部土木工程學(xué)院

2 株洲市環(huán)境保護研究院

道路揚塵對臨/遠街建筑室內(nèi)顆粒物的影響研究

陳潔1李威1呂陽1*張錢2

1 大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部土木工程學(xué)院

2 株洲市環(huán)境保護研究院

本文以大連市某典型路段為測試地點，對街道、臨街及遠街建筑物內(nèi)空氣質(zhì)量進行實測，測試項目包括溫度、濕度、風(fēng)速及室內(nèi)外PM2.5濃度。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，測試期間街道PM2.5濃度平均值為98.46 μg/m3，超標(biāo)率達81.25%，污染程度嚴重；街道PM2.5的濃度變化受氣象條件綜合影響，與溫度和相對濕度變化呈一定的正相關(guān)性，與風(fēng)速變化呈負相關(guān)性；臨街建筑室內(nèi)PM2.5濃度與街道PM2.5濃度具有正相關(guān)性，主要受通過圍護結(jié)構(gòu)滲透進入室內(nèi)的室外污染源影響；遠街建筑的PM2.5濃度與街道PM2.5濃度相關(guān)性較弱，主要受室內(nèi)污染源影響。

道路揚塵 臨/遠街建筑 室內(nèi)空氣質(zhì)量 可入肺顆粒物（PM2.5）

本研究通過對大連市某典型路段街道的臨、遠街建筑內(nèi)、外PM2.5濃度分布進行實測分析，綜合溫度、相對濕度、風(fēng)速等氣象條件參量，討論各影響因素對街道PM2.5濃度的作用，為街道臨、遠街建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)研究提供PM2.5濃度依據(jù)，并通過分析PM2.5的室內(nèi)外相關(guān)性，探討道路揚塵對臨、遠街建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響，并提出改善建議。

1　實測概要

1.1測試地點及測點布置

圖1　測點分布圖

1.2測試參數(shù)及儀器

本研究測試項目包括溫度、濕度、風(fēng)速及PM2.5濃度。室外PM2.5濃度測試采用AM510 TSI防爆粉塵儀；臨街、遠街建筑室內(nèi)PM2.5濃度測試采用PM2.5傳感器評價套裝（PM Sensor Evaluating Kit）；溫濕度測試采用RHLOG-T-H溫濕度自記儀；風(fēng)速測試采用QDF-3熱球風(fēng)速儀。

1.3測試條件

測試時間：測試時間為 2013年 12月 16日8:00～16:00，天氣晴朗，風(fēng)速4～5級。

測試頻率：室內(nèi)外PM2.5值同時記錄，每1min記錄一次；溫度、濕度和風(fēng)速每30min記錄一次。

2　結(jié)果及分析

2.1PM2.5室內(nèi)外濃度比較

臨街、遠街建筑室內(nèi)外PM2.5濃度隨時間的變化趨勢如圖2所示。由圖2可知，臨街建筑室內(nèi)外PM2.5濃度變化趨勢大致相同，存在一定的滯后性，且室內(nèi)PM2.5濃度在各時間段內(nèi)波動較大；遠街室內(nèi)PM2.5濃度在各時間段內(nèi)波動較小。

臨街、遠街建筑室內(nèi)PM2.5濃度統(tǒng)計信息如表1所示。表1數(shù)據(jù)顯示，室外、臨街室內(nèi)、遠街室內(nèi)PM2.5濃度變化范圍分別為 66.50μg/m3～122.97μg/m3，46.21μg/m3～82.44μg/m3和23.63μg/m3～46.53μg/m3。臨街室內(nèi)PM2.5濃度的標(biāo)準偏差大于遠街室內(nèi)PM2.5濃度的標(biāo)準偏差值，也能得出臨街室內(nèi)PM2.5濃度平均值比遠街室內(nèi)PM2.5濃度平均值變化劇烈的結(jié)論。目前我國尚無PM2.5的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準，若采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準》（GB 3095-2012）中二級濃度限值規(guī)定的24小時平均濃度75μg/m3來衡量[1]，取實測數(shù)據(jù)中每30min平均值作為一組數(shù)據(jù)，超標(biāo)率定義為所有實測數(shù)據(jù)超過標(biāo)準75μg/m3的組數(shù)與總數(shù)據(jù)組數(shù)的比率，最大超標(biāo)倍數(shù)定義為最大實測平均值超過標(biāo)準75μg/m3的倍數(shù)。經(jīng)計算，室外、臨街建筑室內(nèi)PM2.5濃度超標(biāo)率分別為81.25%和18.75%，遠街建筑室內(nèi)PM2.5濃度值達標(biāo)。

選取Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ 4類場地條件和6,7,8,9 4種地震烈度對特高壓鋼管塔進行地震反應(yīng)譜分析.根據(jù)前述分析結(jié)果,對鋼管塔沿0°方向輸入地震波進行反應(yīng)譜分析.圖3所示為4類不同場地、4種不同地震烈度下鋼管塔地線掛點位移和鋼管塔內(nèi)最大應(yīng)力.

圖2　臨街、遠街室內(nèi)外PM2.5濃度變化趨勢圖

表1　PM2.5室內(nèi)外濃度（μg/m3）及I/O值

2.2PM2.5室內(nèi)外濃度相關(guān)性

I/O比表示某粒徑范圍內(nèi)室內(nèi)顆粒物的質(zhì)量濃度與室外顆粒物的質(zhì)量濃度的比值[2]，不僅可以描述PM2.5室內(nèi)外質(zhì)量濃度的關(guān)系，也可以初步判斷室內(nèi)PM2.5是否主要由室外輸入導(dǎo)致。取實測數(shù)據(jù)中每30 min平均值作為一組數(shù)據(jù)，同一時間段內(nèi)室內(nèi)外濃度的比值即為I/O值，由表1可知，臨街建筑和遠街建筑PM2.5的I/O平均值分別為0.67和0.34，變化范圍分別為0.60～0.78和0.25～0.47。較小的變化范圍說明室內(nèi)外PM2.5濃度變化比較穩(wěn)定，對于臨街室內(nèi)PM2.5主要是由室外輸入所致。而遠街建筑室內(nèi)PM2.5則受室外的影響較小。

研究表明，室內(nèi)顆粒物濃度水平除受室內(nèi)源產(chǎn)生的顆粒物影響外，還與大氣顆粒物對建筑圍護結(jié)構(gòu)的穿透系數(shù)、顆粒物沉積機理和建筑通風(fēng)換氣率等因素有關(guān)，顆粒物室內(nèi)外質(zhì)量平衡模型可用來計算室內(nèi)、外源對室內(nèi)顆粒物的貢獻[3]，若在自然通風(fēng)的室內(nèi)環(huán)境，且沒有額外的室內(nèi)除塵設(shè)備影響下，當(dāng)室內(nèi)外顆粒物濃度、氣象條件參數(shù)相對穩(wěn)定時，顆粒物室內(nèi)外質(zhì)量平衡模型可用式（1）表示：

式中：Cin為室內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m3；Cout為室外顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m3；Finf為有效穿透因子（無量綱）；Cig為室內(nèi)源產(chǎn)生的顆粒物的質(zhì)量濃度，μg/m3。

本研究利用該公式對實測濃度Cin和Cout進行線性回歸，通過斜率和截距來判斷室外源和室內(nèi)源分別對室內(nèi)顆粒物的貢獻。相關(guān)分析是定量的判斷不同因素或變量之間是否存在較為密切的關(guān)系以及此關(guān)系的密切程度[2]。本文分析均采用Pearson相關(guān)，其評價指標(biāo)為皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Pearson Correlation），通常用R表示，以此判斷室內(nèi)、室外PM2.5污染水平的相關(guān)程度?；貧w曲線中的R值為室內(nèi)外相關(guān)系數(shù)，可以用來定性說明室外源對室內(nèi)PM2.5的貢獻，R的絕對值越接近1，則室內(nèi)外濃度相關(guān)的程度就越大。本文根據(jù)式（1）對PM2.5室內(nèi)外質(zhì)量濃度散點圖進行線性回歸，結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3　臨街建筑室內(nèi)PM2.5與街道PM2.5變化關(guān)系

圖4　遠街建筑室內(nèi)PM2.5與街道PM2.5變化關(guān)系

結(jié)合式（1），由圖3和圖4分析可知：對于臨街建筑，PM2.5濃度室內(nèi)外相關(guān)性系數(shù)R值為0.90，表明室內(nèi)外PM2.5濃度呈正相關(guān)，結(jié)合其線性回歸方程，可認為臨街室內(nèi)顆粒物是室外污染源和室內(nèi)污染源共同作用的結(jié)果，但主要受室外污染源的影響，出現(xiàn)這種情況的主要原因是臨街建筑室內(nèi)測點與街道測點相隔距離較遠，顆粒物傳輸過程中出現(xiàn)了一定的沉積；對于遠街建筑，PM2.5濃度室內(nèi)外相關(guān)性系數(shù)R值為0.56，表明室內(nèi)外PM2.5濃度相關(guān)性較弱，結(jié)合其線性回歸方程，遠街建筑室內(nèi)顆粒物主要也是同時受室內(nèi)和室外污染源的影響，但室內(nèi)污染源的影響表現(xiàn)更明顯，實際選擇室內(nèi)測點是并無明顯的室內(nèi)源，造成這種矛盾的主要原因是遠街室內(nèi)顆粒物可能是室外污染源的累積作用，同時實測過程中室內(nèi)并無人員活動。

2.3室外PM2.5濃度變化趨勢與氣象條件的關(guān)系

對于室外PM2.5濃度，氣象條件（溫度、相對濕度、風(fēng)速等）對其產(chǎn)生巨大影響[3]。本研究室內(nèi)外PM2.5濃度、溫度、相對濕度、風(fēng)速隨時間變化趨勢如圖5所示。相對濕度、溫度、風(fēng)速與街道PM2.5濃度變化關(guān)系如圖6、圖7和圖8所示。結(jié)合圖5分析可知，PM2.5室外濃度與相對濕度的相關(guān)系數(shù)為0.54，表明空氣相對濕度對室外PM2.5濃度值有一定影響，但影響程度較小。由圖5、圖7可知，溫度在一天中呈先上升后下降的趨勢，與室外PM2.5濃度相關(guān)系數(shù)為0.56，這表明溫度對室外PM2.5濃度值也有一定影響，但影響程度仍然較小。由圖8可知，室外PM2.5濃度變化趨勢與風(fēng)速變化趨勢成負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.65，表明風(fēng)速越高，室外PM2.5濃度越低。綜上：室外PM2.5的濃度變化受氣象條件的影響較大，與溫度、相對濕度變化呈一定的正相關(guān)性，和風(fēng)速變化呈現(xiàn)負相關(guān)性。

圖5　室內(nèi)外PM2.5濃度、溫度、相對濕度、風(fēng)速隨時間變化趨勢圖

圖6　街道PM2.5濃度與相對濕度的變化關(guān)系

圖7　街道PM2.5濃度與溫度的變化關(guān)系

圖8　街道PM2.5濃度與風(fēng)速的變化關(guān)系

3　結(jié)論與建議

本文以大連市某典型路段為測試地點，通過對道路揚塵形成的街道、臨街及遠街建筑室內(nèi)PM2.5濃度，以及室外氣象條件（溫度、相對濕度、風(fēng)速）實測分析，得出以下主要結(jié)論：

1）測試期間，街道 PM2.5濃度平均值為98.46μg/m3，污染程度嚴重，超標(biāo)率達81.25%，應(yīng)引起政府部門及公眾的高度重視；街道PM2.5的濃度變化受氣象條件的綜合影響，其與溫度和相對濕度變化呈一定的正相關(guān)性，和風(fēng)速變化呈一定的負相關(guān)性。

2）臨街、近街與街道I/O比的變化范圍分別為0.60～0.78和0.25～0.47，PM2.5濃度室內(nèi)外相關(guān)性系數(shù)R值分別為0.90和0.56，表明臨街建筑室內(nèi)PM2.5濃度與街道PM2.5濃度具有很強的正相關(guān)性，其主要受室外污染源通過圍護結(jié)構(gòu)的影響；遠街建筑的PM2.5濃度與街道PM2.5濃度則相關(guān)性較弱。

[1]李洪成.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(GB 3095-2012)[S]

[2]黃育華.重慶市辦公建筑室內(nèi)外顆粒物濃度水平及暴露評價[D].重慶:重慶大學(xué),2013

[3]張振江,趙若杰,曹文文,等.天津市可吸入顆粒物及元素室內(nèi)外相關(guān)性[J].中國環(huán)境科學(xué),2013,(2):357-364

Impact of Road Dust on the Air quality of Streets and Adjacent Buildings

CHEN Jie1,LI Wei1,LV Yang1*,ZHANG Qian2
1 Faculty of Infrastructure Engineering,Dalian University of Technology
2 Zhuzhou Environmental Protection Institute

This article takes a typical road section of Dalian as testing location,collects the data of air quality from the street,frontage and the far away street building area,test items,including temperature,relative humidity,wind speed and indoor and outdoor PM2.5 concentrations.By analyzing the monitoring data analysis,it was found that the mean streets of PM2.5 concentrations during the test was 98.46μg/m3,exceeded the rate of 81.25%,reach to the severe pollution levels;changes in the concentration of PM2.5 in the street by the combined effects of weather conditions,with the temperature and relative humidity were positively correlated,and the wind speed was negatively correlated;street construction and street indoor PM2.5 concentrations a positive correlation between the concentration of PM2.5,mainly due to penetration into the interior through the effects of outdoor pollution envelope;PM2.5 concentrations the far away street buildings and streets PM2.5 concentrations of PM2.5 concentration of weak correlation,mainly affected by indoor sources.

road dust,near or far street building,indoor air quality,particulate matter into the lungs(PM2.5)

1003-0344（2015）06-023-4

2014-6-24

呂陽（1980～），男，博士，副教授；大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部土木工程學(xué)院（116024）；E-mail:lvyang@dlut.edu.cn

國家自然科學(xué)基金（51308088）；國家“十二五”科技支撐計劃課題（2012BAJ 02B05）；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金資助課題（20120041120003）；北京市重點實驗室研究基金（NR2013K05）；大連理工大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費專項項目（DUT14QY24）