冬季高校教室溫濕度及PM2.5、PM10變化規(guī)律研究

姬長發(fā) 李美晨 王雨萌 李亮

西安科技大學能源學院

0 引言

高校是大學生學習和生活的重要場所，高 校內建筑物具有典型的建筑特征和通風特性，其 室內空氣質量的研究更具有現實意義。國內外研究學者在室內空氣品質研究方面做了許多工作，C hiheb Bounden[1]對突尼斯兩個不同氣候區(qū)人體熱舒適與室外空氣溫度密切相關。Renata Wiglusz[2]進行了溫度對甲醛和 VOCs的散發(fā)影響研究。Jonathan A.Bernstein[3]等 研究了室內空氣污染物對人體健康的影響。日本[4]的一項關于室內環(huán)境與兒童健康的調查顯示，室 內潮濕與兒童哮喘癥狀存在顯著相關性。比利時[5]的一項調查中檢測了18 棟住宅和 27 所學校室內 PM1、P M2.5、P M10 的濃度均超過歐洲的標準。M iguel VR[6]采 用CFD 模擬了室內空氣流動與室內空氣品質的關系。龔波[7]研究了成都某高校教學樓室外風向及樓間距對自然通風引入的影響。王樂[8]對 某辦公建筑物自然通風的數值模擬提出分區(qū)模擬分析的方法。陳威威[9]研究了哈爾濱某高校教室室內空氣品質得出采暖季 CO2是影響高校內空氣品質的重要指標。楊曉敏[10]對 冬季封閉教室內溫度、濕 度、照 度、噪 聲和可吸入顆粒物進行現場實測，得到教室環(huán)境綜合不滿意率公式。申曉宇[11]對南京市某高校教室空氣污染物在教室的擴散傳播進行研究。

本文監(jiān)測了西安某高校教室內溫濕度、P M2.5 濃度以及PM10 濃度。了解這一地區(qū)公共建筑室內空氣品質狀況，以 便為今后進一步改進公共建筑室內空氣品質提供依據。

1 教室的基本情況

西安市平原地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，冷 暖干濕四季分明。年 平均氣溫13.0～13.7 ℃，年 主導風向各地有差異，西 安市區(qū)為東北風。

實驗監(jiān)測選取選取西安市某高校臨潼校區(qū) 3 號教學樓進行實測，教 學樓為回字形建筑如圖1 所示，教 學樓結構布局規(guī)整簡明，具有良好的采光和通風條件。建筑南北朝向，共 五層，回 字形中部樓頂采用玻璃幕頂。建 成約20 年。教 室采用傳統供暖方式，供 暖期為每年11 月15 日至第二年3 月15 日四個月。測 試教室位于第4 層教室有內側、外 側窗，兩 扇門但后門一般處于關閉狀態(tài)，根 據室內師生的主觀需求任意開啟內測窗、外 側窗、前 門進行室內通風。

圖1 教學樓平面示意圖

2 測試儀器、測點布置及測定時間

2.1 監(jiān)測設備

監(jiān)測實驗采用 BR-Smart-126 空氣質量檢測儀三臺，便 于更精準的得出在相同時間區(qū)域內室內污染物濃度的變化規(guī)律。BR-Smart-126 技術參數如表 1 所示，T PJ-20-LG 溫濕度露點記錄儀，技 術參數具體如表2 所示。

表1 BR-Smart-126 空氣質量檢測儀技術參數

表2 TPJ-20-LG 溫濕度露點記錄儀技術參數

2.2 測點布置及監(jiān)測時間

在教室的前、后 及中部1.5m 處共布置3 個測點數據取其平均值，學 校授課方式均為一大節(jié)制，即 50 分鐘為一小節(jié)，兩 小節(jié)課間休息5 分鐘，兩 小節(jié)內教室的人員固定不變。監(jiān) 測儀器每隔30 秒記一次數。測試從頭年的10 月至次年的1 月期間持續(xù)對教室進行監(jiān)測。教室的使用主要集中在周一至周五，監(jiān) 測時間段為8:00-12:00，14:00-18:00，文 中摘錄部分數據進行分析。

3 實測結果分析

3.1 室內溫濕度變化規(guī)律

1）采 暖期前8:00-12:00 溫濕度變化

從圖2 可以看出，上午8:00-12:00 室內溫度先上升后下降再上升，且在 8:00-10:00 溫度上升較大，在 10:01-10:20 這段時間由于課間教室門開啟和學生教室學生更換引起溫度下降，10:20-12:00 人員在室內穩(wěn)定后散發(fā)熱量，溫 度開始上升。8:00-10:00 室內相對濕度呈現下降趨勢。10:00-12:00 這段時間內室內相對濕度呈現出增長的趨勢。

圖2 采暖期前8:00-12:00 教室內溫濕度變化

2）采 暖期8:00-12:00 溫濕度變化

由圖3 可已看出，采 暖期（8:00-12:00）室 內溫度隨時間變化呈現出先上升后下降再上升的趨勢，同 采暖前室內溫度變化規(guī)律相似，但 屬于供暖期溫度會高于采暖前。室內相對濕度大體上則呈現出先下降再上升趨勢。

圖3 采暖期8:00-12:00 教室內溫濕度變化

3）采 暖期14:00-16:00 溫濕度變化

由圖 4 可已看出，采 暖期第五六節(jié)課溫度同第一二節(jié)課變化規(guī)律相似，在 該時間段內（14:00-16:00）內 呈現出逐漸上升的趨勢，因 為午休期間，教 室內門窗開啟通風換氣，并 且教室內沒有任何人員，開 始上課后門窗關閉，室 內人員散發(fā)熱量，室 內溫度緩慢上升。在正常天氣情況下，該 時間段（14:00-16:00）內 室內濕度大致呈現出下降的趨勢，特 殊天氣下，因 室外溫濕度對室內影響較大，室 內相對濕度逐時升高。

圖4 采暖期14:00-16:00 教室內溫濕度變化

3.2 室內PM2.5 濃度變化規(guī)律

1）教 室內PM2.5 濃度的上課日變化

教室內上課日PM2.5 濃度均值變化如圖5 所示。

圖5 教室內PM2.5 濃度平均值

2）教室室外及不同朝向 PM2.5 濃度對室內PM2.5 濃度的影響

由圖 6 可已看出，室 內 PM2.5 濃度隨室外 PM2.5濃度的變化而變化，各 日室內外 PM2.5 濃度差異不明顯，24 小時與室外呈現顯著相關性。由圖7 可已看出，東側 406 教室內PM2.5 濃度高于西側 413 教室，北 側402 教室內PM2.5 濃度高于南側410 教室，可以得出當地的東北風向對教室內空氣質量有所影響。

圖6 室外PM2.5 濃度對室內PM2.5 濃度的影響

圖7 不同朝向對室內PM2.5 濃度的影響

由監(jiān)測數據可知，教室內 10 月份 PM2.5 濃度平均值為107 μg/m3，11月份PM2.5濃度平均值為121μg/m3，12 月份PM2.5 濃度平均值為149.2 μg/m3。第一、二節(jié)課，第三、四節(jié)課，第五、六節(jié)課這三個時間段中教室內 PM2.5 濃度最高值分別出現在 11 月 15日為 150.8 μg/m3、11 月 16 日為 245.6 μg/m3、11 月 17日為308 μg/m3。西安自 11 月 15 日進入冬季采暖期。監(jiān)測期間教室內 PM2.5 濃度平均值由低到高依次為10 月份＜11 月份＜12 月份。

3.3 室內PM10 濃度變化及其PM2.5 濃度的關系

由圖 8 可以看出，教 室內 PM2.5 和 PM10 的濃度曲線具有相似的變化規(guī)律，呈 現出顯著相關性。監(jiān)測數據顯示，室 內 PM10 濃度值均高于室內 PM2.5 濃度值。分析可知，教 室內 PM2.5 與 PM10 的日平均濃度比值在0.85～0.92 之間，教室內 PM2.5 濃度與 PM10濃度差異較小。當室內PM2.5 濃度與PM10 濃度均比較低（低于100 μg/m3）時，兩 者濃度差距更小。

圖8 教室內PM10 濃度與PM2.5 濃度的關系

4 結論

取選取西安市某高校臨潼校區(qū) 3 號教學樓四層的教室進行了溫濕度、P M2.5 與PM10 長時間的檢測，對數據進行分析總結得出結論如下：

1）冬 季節(jié)教室內溫度均在標準規(guī)定范圍內，采 暖期前室內平均溫度與室外平均溫度緊密相關，進 入采暖期后室內因固定熱源持續(xù)散熱，與 室外平均溫度相關性漸微，教 室內溫度的變化與上課時間的安排及課間人員的流動密切相關。冬季節(jié)正常天氣下教室內濕度與溫度兩者之間的變化呈現出顯著的負相關關系，降雨降雪天氣教室內相對濕度變化受室外濕度影響波動較大。

2）監(jiān) 測期間，室 內外PM2.5 質量濃度存在顯著正相關，室 內 PM2.5 濃度低于室外，但 隨時間變化趨勢一致，降 雨、建 筑朝向均影響室內 PM2.5 濃度。室內PM2.5 與 PM10 的濃度變化有著相似的規(guī)律，室外PM10 濃度顯著高于室內，室內外PM2.5 濃度比大于室內外PM10 濃度比，說明室外PM2.5 比PM10 更加容易進入至室內，但室內 PM2.5 濃度持續(xù)低于 PM10濃度。