高校教室二氧化碳監(jiān)測(cè)與受訪者主觀評(píng)價(jià)

姬鵬誠(chéng)，吳首昊，馮姚晨，趙汶楨，王飛飛(華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430074)

1 概述

室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人的健康非常重要[1]，當(dāng)室內(nèi)空氣中CO2體積分?jǐn)?shù)為700×10-6時(shí)，少數(shù)人對(duì)此有感覺(jué)；當(dāng)達(dá)到1 000×10-6時(shí)，較多人感到不舒服；當(dāng)達(dá)到2 000×10-6時(shí)，可視為室內(nèi)空氣質(zhì)量不佳；當(dāng)達(dá)到3 000×10-6時(shí)，人體呼吸頻率將加快；當(dāng)達(dá)到4 000×10-6時(shí)，室內(nèi)人員將產(chǎn)生頭暈、頭痛、耳鳴、眼花、血壓上升等不適癥狀。GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，教室內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)小于1 000×10-6。

在冬季，教室大多門窗緊閉，通風(fēng)狀況不佳，常會(huì)出現(xiàn)CO2體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)的情況，影響學(xué)生學(xué)習(xí)效率[2]。Griffiths等人[3]對(duì)門窗關(guān)閉且僅開(kāi)通風(fēng)設(shè)備的教室進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)CO2體積分?jǐn)?shù)峰值可達(dá)2 700×10-6，CO2日均體積分?jǐn)?shù)為1 504×10-6。除門窗開(kāi)閉外，人員密度也是教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)的重要影響因素。姬長(zhǎng)發(fā)等人[4]對(duì)西安某高校教室內(nèi)的CO2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)：對(duì)于外窗關(guān)閉的普通教室，人員密度增加1倍，CO2體積分?jǐn)?shù)上升50%以上；由于面積更大、層高更高，在與普通教室人數(shù)相近時(shí)，階梯教室室內(nèi)空氣品質(zhì)更優(yōu)。隋學(xué)敏等人[5]對(duì)北方某高校供暖期的3種面積規(guī)格的教室進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這些教室內(nèi)CO2平均濃度均遠(yuǎn)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可能由于開(kāi)窗通風(fēng)頻率低所致。

在教室內(nèi)人員的主觀評(píng)價(jià)方面，袁越[6]通過(guò)對(duì)武漢某中學(xué)教室進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，被調(diào)查者認(rèn)為空氣質(zhì)量一般的占46.0%、空氣較渾濁的為31.3%、很渾濁的為16.6%，較清新的僅占6.1%，這表明教室空氣質(zhì)量的滿意率較低。在人體生理和心理方面，張英杰[7]研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)教室整體環(huán)境滿意度會(huì)隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的升高而降低，體積分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)將出現(xiàn)乏力嗜睡、精神低迷沉悶、注意力不集中等情況。

在學(xué)習(xí)效率方面，戴歡歡等人[8]的研究表明，不通風(fēng)教室的CO2體積分?jǐn)?shù)比通風(fēng)教室高約4倍，學(xué)生視敏度、反應(yīng)速度、注意力集中程度均下降。張弘源等人[9]的研究表明，受試者的學(xué)習(xí)效率隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的升高而降低，學(xué)習(xí)意愿在CO2體積分?jǐn)?shù)600×10-6～1 500×10-6時(shí)略有升高，超過(guò)1 500×10-6后則出現(xiàn)大幅下降。

本文針對(duì)內(nèi)廊式教室，在內(nèi)窗、外窗關(guān)閉的情況下，實(shí)測(cè)分析關(guān)門、開(kāi)門以及不同教室面積條件下教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)，調(diào)查受訪者對(duì)教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)及高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間。

2 研究方法

2.1 實(shí)測(cè)對(duì)象

2019年11月，筆者對(duì)武漢市洪山區(qū)某高校教學(xué)樓教室(內(nèi)廊式教室)室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)間為8:00至12:00，第1節(jié)大課指8:00—9:40的兩節(jié)小課，第2節(jié)大課指10:10—11:50的兩節(jié)小課，每節(jié)小課時(shí)長(zhǎng)45 min，小課間休息時(shí)間為10 min。

被監(jiān)測(cè)教室分為小教室、中等教室、大教室，教室布局、尺寸及監(jiān)測(cè)裝置安放位置分別見(jiàn)圖1～3。小教室高度為3.5 m，中等教室和大教室高度均為3.7 m。教室內(nèi)學(xué)生人數(shù)保持在30人，另有教師1名。小教室面積為56.0 m2，人均面積為1.81 m2/人。中等教室面積為78.4 m2，人均面積為2.53 m2/人。大教室面積為84.8 m2，人均面積為2.74 m2/人。小教室座位數(shù)為40個(gè)，中等教室座位數(shù)為68個(gè)，大教室座位數(shù)為99個(gè)。

圖1 小教室布局及監(jiān)測(cè)裝置安放位置

圖2 中等教室布局及監(jiān)測(cè)裝置安放位置

圖3 大教室布局及監(jiān)測(cè)裝置安放位置

3種教室內(nèi)均設(shè)有1臺(tái)立式分體式熱泵空調(diào)，在測(cè)試時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。此外，再無(wú)供暖設(shè)施。教室內(nèi)學(xué)生著裝以較厚的外套、棉衣為主，且均處于靜坐狀態(tài)。

2.2 監(jiān)測(cè)儀器

采用CO2濃度監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)，3種教室監(jiān)測(cè)裝置的安放位置分別見(jiàn)圖1～3，放置高度距地面75 cm。監(jiān)測(cè)儀測(cè)量范圍為0～9 999×10-6，分辨率為1×10-6，測(cè)量絕對(duì)誤差范圍為±50×10-6。

監(jiān)測(cè)儀器在上課前5 min布置，每5 s記錄一次CO2體積分?jǐn)?shù)，一節(jié)大課結(jié)束后回收監(jiān)測(cè)儀器。小課間休息時(shí)段，絕大多數(shù)同學(xué)留在座位上休息，少數(shù)同學(xué)離開(kāi)座位或出入教室。為減小開(kāi)門對(duì)室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)的擾動(dòng)，要求出入教室的人員在出入教室時(shí)動(dòng)作盡量迅速。因此，可認(rèn)為課間休息對(duì)測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定性影響不大。隨后進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。監(jiān)測(cè)儀器使用前經(jīng)過(guò)校正，可確保測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。

2.3 測(cè)試工況

除監(jiān)測(cè)教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)外，我們還以問(wèn)卷調(diào)查方式調(diào)查受訪者對(duì)教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)及高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間。問(wèn)卷發(fā)放時(shí)間為大課下課后，并在10 min內(nèi)回收問(wèn)卷。調(diào)查問(wèn)卷涉及兩方面問(wèn)題：一方面是對(duì)教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)，分4個(gè)選項(xiàng)：空氣新鮮、空氣略微污濁、有些悶、喘不過(guò)氣。另一方面是對(duì)進(jìn)入教室后高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間的調(diào)查，將90 min的上課時(shí)間分成6個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段15 min，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)表示能夠持續(xù)高效學(xué)習(xí)的時(shí)間越長(zhǎng)。

測(cè)試工況見(jiàn)表1，各工況外窗均處于關(guān)閉狀態(tài)。工況1的監(jiān)測(cè)與問(wèn)卷調(diào)查在第1節(jié)大課及下課進(jìn)行，工況2～4的監(jiān)測(cè)與問(wèn)卷調(diào)查在第2節(jié)大課及下課進(jìn)行。

表1 測(cè)試工況

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1 工況1、2

工況1、2教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖4。由圖4可知，對(duì)于小教室，開(kāi)門狀態(tài)下，測(cè)試期間教室內(nèi)平均CO2體積分?jǐn)?shù)為662.1×10-6，基本不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化。關(guān)門狀態(tài)下，教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，課程開(kāi)始20 min時(shí)CO2體積分?jǐn)?shù)就達(dá)到了1 000×10-6，大課結(jié)束時(shí)CO2體積分?jǐn)?shù)升至3 026×10-6。由測(cè)試結(jié)果可知，開(kāi)門可以確保小教室室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)保持在較低水平。因此，在室外溫度比較低的冬季，為保證室內(nèi)溫度，宜采取開(kāi)門措施確保室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)保持在較低水平。

圖4 工況1、2教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化

3.2 工況2～4

工況2～4教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖5。由圖5可知，在關(guān)門狀態(tài)下，對(duì)于中等教室，課程開(kāi)始18.5 min時(shí)，CO2體積分?jǐn)?shù)就達(dá)到1 000×10-6，但整體增長(zhǎng)速度緩慢，大課結(jié)束時(shí)，CO2體積分?jǐn)?shù)為1 560×10-6。在50 min左右時(shí)，CO2體積分?jǐn)?shù)出現(xiàn)小幅下降，這可能是由于小課間進(jìn)出教室的同學(xué)稍多引起的。對(duì)于大教室，測(cè)試期間教室內(nèi)平均CO2體積分?jǐn)?shù)為569×10-6，基本不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化。因此，在關(guān)門以及室內(nèi)人數(shù)不變的情況下，教室面積對(duì)CO2體積分?jǐn)?shù)有較大影響，教室面積越大，CO2體積分?jǐn)?shù)越低且隨時(shí)間的增長(zhǎng)速度越慢。

圖5 工況2～4教室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化

4 問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

4.1 工況1、2

工況1、2受訪者對(duì)小教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)分布見(jiàn)表2。由表2可知，對(duì)于小教室，關(guān)門狀態(tài)下僅有6.25%的受訪者表示空氣新鮮，有68.75%的受訪者表示有些悶，有18.75%的受訪者表示喘不過(guò)氣。與關(guān)門狀態(tài)形成鮮明對(duì)比的是，在開(kāi)門狀態(tài)下，有33.33%的受訪者表示空氣新鮮。由此可知，在關(guān)門狀態(tài)下，絕大多數(shù)的受訪者對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)不滿意。在開(kāi)門狀態(tài)下，則相反。

表2 工況1、2受訪者對(duì)小教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)分布

工況1、2受訪者高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間分布見(jiàn)表3。由表3可知，與關(guān)門狀態(tài)相比，開(kāi)門狀態(tài)有助于受訪者保持更長(zhǎng)時(shí)間的高效學(xué)習(xí)。

表3 工況1、2受訪者高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間分布

4.2 工況2～4

工況2～4受訪者對(duì)小教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)分布見(jiàn)表4。工況2～4受訪者高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間分布見(jiàn)表5。由表4、5可知，在關(guān)門狀態(tài)下，小教室內(nèi)的大多數(shù)受訪者認(rèn)為室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差，且保持高效學(xué)習(xí)的時(shí)間比較短。在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、高效學(xué)習(xí)時(shí)間方面，中等教室、大教室明顯優(yōu)于小教室，特別是大教室。這與室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)的監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。

表4 工況2～4受訪者對(duì)小教室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)分布

表5 工況2～4受訪者高效學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間分布

5 結(jié)論

① 開(kāi)門可以確保小教室室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)保持在較低水平。在室外溫度比較低的冬季，為保證室內(nèi)溫度，宜采取開(kāi)門措施確保室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)保持在較低水平。

② 在關(guān)門以及室內(nèi)人數(shù)不變的情況下，教室面積對(duì)CO2體積分?jǐn)?shù)有較大影響，教室面積越大，CO2體積分?jǐn)?shù)越低且隨時(shí)間增長(zhǎng)速度越慢。

③ 在關(guān)門狀態(tài)下，絕大多數(shù)的受訪者對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)不滿意。在開(kāi)門狀態(tài)下，則相反。與關(guān)門狀態(tài)相比，開(kāi)門狀態(tài)有助于受訪者保持更長(zhǎng)時(shí)間的高效學(xué)習(xí)。

④ 在關(guān)門狀態(tài)下，小教室內(nèi)的大多數(shù)受訪者認(rèn)為室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差，且保持高效學(xué)習(xí)的時(shí)間比較短。在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、高效學(xué)習(xí)時(shí)間方面，中等教室、大教室明顯優(yōu)于小教室，特別是大教室。