采用中央空調系統(tǒng)的公共建筑室內PM2.5污染研究

王文淵

摘 要 文章基于目前公共建筑室內PM2.5污染迫切改善的前提下，對PM2.5研究的背景、室內外PM2.5污染源及相關性、中央空調風系統(tǒng)對室內PM2.5影響的研究進行闡述。從改善建筑氣密性及中央空調通風條件、中央空調通風系統(tǒng)清洗、中央空調機組加裝靜電除塵裝置、中央空調系統(tǒng)加裝中高效過濾器等方面給出了中央空調系統(tǒng)建筑室內PM2.5控制方法，旨在為采用中央空調系統(tǒng)的公共建筑室內PM2.5污染治理提供研究思路。

關鍵詞 中央空調系統(tǒng)；公共建筑；PM2.5；空氣凈化

中圖分類號 TU834 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）207-0125-03

1 研究背景

1.1 研究背景和意義

根據2016年《中國環(huán)境狀況公報》，2016年我國338城市中發(fā)生重度污染2 464天次、嚴重污染784天次，以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天數(shù)的80.3%。國外學者研究發(fā)現(xiàn)，病態(tài)建筑綜合征（SBS）的一個重要因素是室內顆粒物。人類活動80%是在室內。開展公共建筑室內PM2.5污染研究，特別是針對采用中央空調系統(tǒng)的公共建筑，對保障人體健康有著重大意義。

1.2 PM2.5對健康的影響

《2010年全球疾病負擔評估》研究報告表明，細顆粒物（PM2.5）形式的室外空氣污染居全球20個首要致死風險因子第九位，在我國首要致死風險因子中排第四。1982-1998年，美國癌癥協(xié)會（ACS）通過對近50萬名成人的研究，研究范圍覆蓋全美50個州、151個大中城市，結果表明，PM2.5每增加10μg/m3可使總死亡率、心血管疾病死亡率以及肺癌死亡率分別增高4%、6%以及8%。顆粒物對人類健康，特別是心血管健康、呼吸系統(tǒng)健康等，有著重要影響，致病機理有待于進一步的研究。

1.3 國內外PM2.5控制法規(guī)和標準

目前，我國及世界主要國家、世界衛(wèi)生組織已經制定了PM2.5控制法規(guī)和標準，部分標準見表1。

2 室內PM2.5污染研究現(xiàn)狀

2.1 室內PM2.5污染源

目前，關于建筑物室內PM2.5源解析方法大多數(shù)通過大氣顆粒物源解析技術進行，較為成熟的源解析方法主要有：正矩陣因子分析法、化學質量平衡法以及主成分分析法。室內PM2.5污染源由室內來源和室外來源組成。

PM2.5室內來源主要由人員活動、室內污染物產生。細微顆粒物與人員活動有密切的關系。Austen研究發(fā)現(xiàn)，人靜止狀態(tài)下PM2.5顆粒的發(fā)生率約為1×105個，步行或者運動產生更多的PM2.5顆粒。沉積在地面或者室內物品外表面的顆粒會因人的活動再次懸浮到空氣中。Congrong He通過對人為室內清潔等活動所產生的PM2.5顆粒研究，發(fā)現(xiàn)室內清掃產生的PM2.5速率為0.04mg/min～0.07mg/min。香煙產生的煙霧是建筑室內空氣中PM2.5主要來源。徐春雨等通過對重慶市不同公共建筑PM2.5濃度影響因素研究，表明吸煙密度是影響室內PM2.5的重要因素，這一結論與國內外其他研究相吻合。

PM2.5室外來源一般通過機械通風系統(tǒng)或者建筑圍護結構傳入。

2.2 室內外PM2.5濃度相關性

室內外顆粒物的關系和來源分析方法主要有I/ O比分析以及線性回歸分析。經過對多個室內建筑的研究，PTEAM認為無明顯室內污染源時，室內PM2.5濃度的60%～70%來自室外。Nakorn和VS等通過對自然通風條件下室內外PM2.5濃度實測，發(fā)現(xiàn)室內外PM2.5濃度有相同的時變規(guī)律；鄭杰等研究非自然通風條件夏季重慶某辦公建筑中室內外PM2.5濃度比發(fā)現(xiàn)，建筑室內外PM2.5濃度的相關性受到建筑內空調形式的影響。

2.3 中央空調風系統(tǒng)對室內PM2.5影響

中央空調系統(tǒng)適用于面積大、房間集中的場所，廣泛應用于商場、辦公樓、博物館、醫(yī)院等公共建筑。大多數(shù)公共建筑室內沒有安裝空氣凈化裝置。美國環(huán)保局以及丹麥技術大學對美國和歐洲部分中央空調系統(tǒng)進行研究，表明中央空調系統(tǒng)中通風系統(tǒng)產生的主要污染物（可懸浮顆粒物以及微生物）占室內空氣污染物的42%～53%。

我國國家標準《室內空氣質量》GB/T 18883-2002規(guī)定，新風量應不小于30m3（h·人）。中央空調系統(tǒng)中，新風機組加裝粗中效凈化器并不能有效控制進入室內的PM2.5污染物。室外空氣PM2.5嚴重污染的情況下，加大新風量會使室內PM2.5濃度大幅升高；但是減小新風量，會使室內工作人員有空氣不新鮮的感覺，產生疲勞、注意力不集中的后果，嚴重時會引發(fā)相關性疾病。室外空氣質量優(yōu)良時，新風量越大，室內PM2.5污染物就能得到越大的稀釋，改變室內環(huán)境質量。

3 中央空調系統(tǒng)建筑室內PM2.5控制方法

中央空調系統(tǒng)建筑室內PM2.5控制主要有改善建筑氣密性及通風條件、中央空調通風系統(tǒng)清洗、中央空調機組加裝靜電除塵裝置、中央空調系統(tǒng)加裝中高效過濾器等方法。

3.1 改善建筑氣密性及中央空調通風條件

良好的建筑氣密性大大降低室外空氣滲透能力，最大限度減少室外PM2.5進入室內的數(shù)量，同時也是建筑節(jié)能控制的重要指標。清華大學建筑學院研究結果表明，室外進入室內的顆粒物主要是顆粒小、毒性大的顆粒，顆粒物粒徑大小與建筑物的氣密性、通風換氣頻率有關。

建筑通風應在室內形成良好的氣流組織，通過中央空調新風控制，將新鮮空氣按需送到人員需求區(qū)，同時及時將室內污染物排除，提高室內空氣質量。不同的通風形式有不同的氣流組織形式，應根據不同區(qū)域、不同季節(jié)，采取不同的中央空調新風控制模式。

3.2 中央空調通風系統(tǒng)清洗

中央空調通風系統(tǒng)潔凈程度對室內空氣質量有很大影響。根據2004年衛(wèi)生部對我國60多個城市公共建筑中央空調系統(tǒng)調查結果，所調查的公共建筑空調風管內積塵量超過20g/m3，最高積塵量超過468g/m3。中央空調通風系統(tǒng)運行一段時間后，過濾器、過濾網、管道上會積聚灰塵，過濾效率下降，影響正常使用，需要定期進行過濾網、管道、過濾器的清洗或者更換。中央空調設備需要有專門的技術人員進行操作，根據天氣污染狀況，定期、及時的調整風道清洗、過濾網清洗及更換次數(shù)。

3.3 中央空調機組加裝靜電除塵裝置

靜電除塵系統(tǒng)是基于靜電吸附原理研發(fā)的除塵設備。中央空調機組加靜電除塵裝置后凈化除塵效率可達90%以上，同時有良好的除菌及除有害氣體的作用。缺點主要有：一次投資較大、設備穩(wěn)定性有待進一步提高。靜電除塵系統(tǒng)在運行過程中會產生臭氧。國家標準《空氣過濾器》GB/T 14295-2008規(guī)定：試驗環(huán)境條件下，額定風量下，靜電過濾器臭氧發(fā)生濃度需低于0.16mg/m3。有研究表明，在小風量條件下，使用靜電除塵系統(tǒng)，中央空調出風口產生的臭氧濃度可能超標。通過在靜電除塵系統(tǒng)后加裝活性炭纖維層等措施，可以使出口風量臭氧濃度滿足國家標準。

中國建筑科學研究院科研樓PM2.5污染治理工程，針對建筑物中央空調系統(tǒng)通風量大、新風含塵量高的特點，在粗效過濾器的基礎上加入靜電除塵措施進行PM2.5治理。在設備運行過程中，將PM2.5濃度檢測與控制劃分為：日常檢測、定期普查與運行管理3個層次，將室內空氣治理納入到運營管理中，同時加強對靜電除塵凈化器的清洗工作。重污染天氣時，PM2.5綜合去除率約為86%；嚴重污染天氣時，PM2.5綜合去除率略有下降。

3.4 中央空調系統(tǒng)加裝中高效過濾器

空氣過濾器結構簡單、使用方便，初期成本低，無污染氣體產生；缺點有：不能重復使用，需定期更換過濾器；風道阻力較高，機組更加耗電能。

根據我國空氣過濾器標準，按照性能劃分，空氣過濾器分為粗效、中效、中高效以及亞高效過濾器類型，高效過濾器分為A、B、C三種類型，超高效過濾器分為D、E、F三種類型。目前，大多數(shù)公共建筑室內安裝的初效過濾器對PM2.5控制較為乏力。曹國慶等通過對公共建筑室內PM2.5污染控制研究，給出了空調過濾器選型的方法：風機盤管加新風系統(tǒng)，風機盤管上不布置過濾器時，新風過濾器級別應不低于F8；無新風的風機盤管系統(tǒng)，風機盤管上應布置不低于M6級別過濾器；無回風過濾器的中央空調系統(tǒng)，新風過濾器應布置不低于G4級別過濾器，主過濾器應布置不低于F7級別過濾器。

國家博物館PM2.5污染治理工程，根據博物館建筑類型的特點，調研市場上較為成熟的6種PM2.5治理方案，確定PM2.5治理方案為：初效加高效板式過濾器對中央空調風系統(tǒng)顆粒物進行過濾。同時，提高室外空氣進入展廳所經過的通道的清洗力度、及時修復漏風過濾網、定期更換過濾網等措施加強對設備的管理維護。當國家博物館室外空氣PM2.5污染達到嚴重污染以上時，室內展廳空氣質量仍能滿足國家空氣質量標準；公共區(qū)域由于空氣對流、空間較大等原因部分區(qū)域仍存在PM2.5污染超標問題。

4 研究展望

公共建筑室內PM2.5污染控制及治理工程，應根據建筑物特點，綜合考慮建筑物室內空氣質量、建筑節(jié)能、噪聲污染、設備投資等，采用多種PM2.5控制方法，使得治理PM2.5污染性價比較高、治理效果較好。針對目前采用中央空調系統(tǒng)的公共建筑室內PM2.5研究與控制現(xiàn)狀，作者提出以下幾點展望。

1）不同功能和類型公共建筑物室內新風氣流組織及室內PM2.5顆粒成分仍有進一步研究空間。

2）新型空氣過濾材料、技術的出現(xiàn)，應盡快應用于PM2.5研究與控制上，進一步提高建筑物空調通風系統(tǒng)中空氣過濾裝置的安全性和可靠性。

參考文獻

[1]趙力.建筑室內PM2.5污染控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[2]曹國慶，謝慧，趙申.公共建筑室內PM2.5污染控制策略研究[J].建筑科學，2015，31（4）：40-44.

[3]李靜玲.室內環(huán)境監(jiān)測與污染控制[M].北京：北京大學出版社，2012.

[4]朱梅.基于PM2.5濃度標準的室內環(huán)境控制方法的研究[D].武漢：武漢科技大學，2014.