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

同濟大學機械與能源工程學院

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

同濟大學機械與能源工程學院

對一普通辦公樓及甲級辦公樓辦公室內(nèi)、外顆粒物濃度進行監(jiān)測。監(jiān)測結果顯示建筑室外顆粒物污染嚴重；普通辦公樓室內(nèi)顆粒物污染嚴重，甲級辦公樓室內(nèi)顆粒物濃度較低；甲級辦公樓室內(nèi)外顆粒物濃度I/O比值較普通辦公樓小；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、吸煙等活動會造成嚴重的室內(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系，顆粒物由人體呼吸作用進入呼吸系統(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擔，引起呼吸系統(tǒng)不適；細顆粒物如PM 2.5則能夠進入人體肺泡甚至血液循環(huán)系統(tǒng)，引起心肺功能障礙[1]。

研究顆粒物污染對人體健康的影響時，須認識到現(xiàn)代社會人類有90%時間停留在室內(nèi)，即人體對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小時的時間在辦公室內(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。樊越勝等人對西安市某高校一棟采用多聯(lián)機空調(diào)方式的辦公樓室內(nèi)外顆粒物濃度進行監(jiān)測，監(jiān)測結果顯示在室內(nèi)無人員辦公及設備運行時，室內(nèi)顆粒物污染嚴重[4]；段瓊等人對太原理工大學某采用自然通風的辦公室室內(nèi)外顆粒物濃度進行監(jiān)測，監(jiān)測結果顯示室內(nèi)外顆粒物濃度嚴重超標，且室內(nèi)顆粒物污染較室外嚴重，室內(nèi)污染源是室內(nèi)顆粒物污染的主要來源[5]。而對于不同等級的辦公建筑，由于圍護結構氣密性、室內(nèi)人員設備、通風空調(diào)方式等不同，室內(nèi)顆粒物污染情況會有所不同。文中筆者對兩棟不同等級的辦公建筑室內(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)測對象

將被監(jiān)測的兩棟辦公樓編號A、B。其中A建筑為上海某大學校園內(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；其圍護結構氣密性較差，室內(nèi)采用分體空調(diào)供冷熱，無獨立新風，空調(diào)室內(nèi)機回風口處設置有過濾網(wǎng)以阻擋異物進入空調(diào)內(nèi)部。B建筑為上海市中心某甲級高層辦公樓，選取其17樓一個敞開式辦公室作為測試辦公室；其圍護結構氣密性極佳，外窗常閉、不可開啟，室內(nèi)采用定風量集中式空調(diào)送風供冷熱，空調(diào)系統(tǒng)的過濾器設置示意如圖1，新風經(jīng)新風過濾器過濾后與回風混合，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。該儀器可同時測量、顯示、記錄空氣中顆粒物的5個不同粒徑檔的質(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，采樣流量設置為3L/m in，每2s采集一次數(shù)據(jù)。

筆者在冬季分別對A、B建筑所選辦公室內(nèi)外的顆粒物濃度進行監(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)測時間和地點，將各組監(jiān)測數(shù)據(jù)編號為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，無劇烈運動，室內(nèi)打印機未工作，門窗關閉，空調(diào)正常工作。在監(jiān)測過程中對所監(jiān)測的辦公室空調(diào)送風系統(tǒng)內(nèi)的顆粒物濃度進行監(jiān)測；其中A建筑的監(jiān)測內(nèi)容為室內(nèi)機過濾網(wǎng)前后的顆粒物濃度，B建筑的監(jiān)測內(nèi)容為空調(diào)送風系統(tǒng)內(nèi)各風管（總送風管、新風管）內(nèi)的空氣顆粒物濃度。

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

由于只有一臺TSI8534，為準確反映室內(nèi)顆粒物濃度和室外顆粒物濃度與室內(nèi)顆粒物濃度的關系，將每次監(jiān)測時間設定為5min，室內(nèi)外顆粒物濃度監(jiān)測交替進行。

2 顆粒物濃度監(jiān)測結果及分析

2.1 辦公室內(nèi)外的監(jiān)測結果及分析

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。對室內(nèi)外PM 2.5和PM 10的質(zhì)量濃度的每個小時監(jiān)測值求均值，對比世界衛(wèi)生組織（WHO）2005發(fā)布的《空氣質(zhì)量準則》設定的空氣質(zhì)量準則值及三個過渡期目標值的24h均值[6]、中國2012年12月頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中顆粒物濃度24h均值的準則值[7]，制作對比結果圖如圖2、3；其中《空氣質(zhì)量準則》設定的PM 2.5質(zhì)量濃度24h準則值25μg/m3，PM 10質(zhì)量濃度24h準則值為50μg/m3；過渡期1內(nèi)PM/PM 10的24h均值的目標值為75/150μg/m3；過渡期1內(nèi)PM/PM 10的24h均值的目標值為50/100μg/m3；過渡期3內(nèi)PM/PM 10的24h均值的目標值為35/70μg/m3；《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》設定的24h均值準則值與《空氣質(zhì)量準則》過渡期1的目標值相同。

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)量標準》PM 2.5濃度限值和《空氣質(zhì)量準則》過渡期3的PM 2.5目標值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)量標準》PM 10濃度限值和《空氣質(zhì)量準則》過渡期3的PM 10目標值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。對比相應監(jiān)測時間內(nèi)室內(nèi)PM 2.5、PM 10的污染情況，可發(fā)現(xiàn)監(jiān)測時間內(nèi)PM 2.5污染較PM 10污染頻繁。

對比圖2與圖3，計算室內(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。對比《空氣質(zhì)量準則》和《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中對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)予以驗證。

對比圖3與圖4，可發(fā)現(xiàn)室外空氣顆粒物濃度高時，室內(nèi)顆粒物也相應較高，室內(nèi)、外空氣中顆粒物濃度變化具有較一致性；計算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建筑圍護結構氣密性不佳，圍護結構縫隙較大，且無新風過濾器，對隨著室外空氣進入室內(nèi)的顆粒物濾除效率低，導致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結構縫隙時，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)送風系統(tǒng)的監(jiān)測結果及分析

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

對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)測結果顯示該類型過濾器對PM 2.5的過濾效率為0。在新風管上1#測點處測得經(jīng)新風過濾器處理后新風中的顆粒物濃度，在送風管2#測點處測得新回風混合后經(jīng)過2#過濾器處理后的送風顆粒物濃度，測試結果見表1。與同時刻B建筑室外顆粒物濃度對比（室外顆粒物濃度為PM 2.5：238μg/m3），可發(fā)現(xiàn)新風處理器中1#過濾器對PM 2.5的過濾效率為42.5%（1-137/238）；室內(nèi)回風與其PM 2.5濃度2倍以上的新風混合后，送風PM 2.5濃度增加有限，可見新風比較小，按PM 2.5濃度計算，得新風比為4%。按照10%新風比計算，空調(diào)系統(tǒng)送風的顆粒物濃度將為69.5μg/m3。若空調(diào)系統(tǒng)新風過濾器對PM 2.5的過濾效率為0，可計算得，在4%的新風比時，送風的顆粒物濃度為69.0μg/m3；而在10%的新風比時，送風中顆粒物濃度為79.6μg/m3；可見新風過濾器過濾效率和新風量的大小對送風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)測結果及分析

在對B建筑監(jiān)測的第一天，對B建筑其他樓層辦公室及防煙樓梯間內(nèi)顆粒物進行抽測，現(xiàn)將結果繪制成圖6，圖中BA-BL表示各樓層辦公室，F(xiàn)Y表示防煙樓梯間；結果顯示防煙樓梯間內(nèi)顆粒物污染極其嚴重，達507/537μg/m3（PM 2.5/PM 10）；而BA層辦公室內(nèi)顆粒物嚴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)通風不暢；而BA層辦公室內(nèi)人員在監(jiān)測時間內(nèi)正在進行打包活動；對比B建筑內(nèi)其他辦公室顆粒物監(jiān)測結果，可得到吸煙、室內(nèi)人和物的劇烈活動等會引起室內(nèi)嚴重顆粒物污染。

3 結論

1）受監(jiān)測辦公建筑室外PM 2.5污染嚴重；不同等級的辦公建筑室內(nèi)顆粒物污染程度不同，甲級寫字樓室內(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PM 2.5與PM 10濃度限定值的比值與實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、吸煙等活動將產(chǎn)生大量的顆粒物，造成嚴重室內(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號同濟大學機械與能源工程學院暖通空調(diào)及燃氣研究所（201804）；E-mail:zplin99@tongji.edu.cn