博物館類型建筑室內PM2.5污染調查研究

王文淵

【摘 要】本文以中國科技館為例，結合博物館類型建筑特點，監測分析了3個典型區域（展廳、公共空間、辦公室）室內空氣PM2.5整體水平；通過分析典型霧霾段室內外PM2.5濃度I/O值，研究各區域室內外PM2.5濃度關系；通過回歸分析方法，擬合室內外PM2.5濃度線性方程，分析影響各區域濃度的因素。最后，根據測試結果及相關國內外研究成果提出治理中國科技館PM2.5污染措施，旨在為博物館類型建筑室內PM2.5污染研究及控制方法提供依據。

【關鍵詞】PM2.5；博物館；回歸分析

中圖分類號： X513 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0009-002

Researching on Indoor PM2.5 Pollution in Museum Type Architecture

——Take China Science and Technology Museum As An Example

WANG Wen-yuan

（China Science and Technology Museum，Beijing ，100012）

【Abstract】In this paper， the air PM2.5 overall level is analyzed in three typical areas （exhibition hall， public space， office）. The research object is China Science and Technology Museum. The museum building features are considered. The concentration of PM2.5 in a typical haze stage is analyzed， and the relationship between indoor and outdoor PM2.5 range is researched. Through using regression analysis method， the equation is given between indoor and outdoor PM2.5 concentration. Finally， measures are given for China Science and Technology Museum to improve the indoor environment. The purpose of this paper is provide data support for the control of indoor PM2.5 pollution in public buildings.

【Key words】PM2.5； museum； regression analysis

0 前言

PM2.5指空氣動力學直徑≤2.5μm的顆粒物，又被稱為可入肺顆粒物或者細顆粒物[1]。我國以PM2.5為特性污染物的區域性大氣環境污染問題日益嚴重。2012年環境保護部把PM2.5列入新的公開監測指標。中國氣象局發布的《2017年大氣環境氣象公報》表明，2017年京津冀地區平均霾日數為42.3天，環境空氣質量面臨形勢依然嚴峻。

中國科學技術館是我國唯一的國家級綜合性科技館，位于北京市奧林匹克公園園區內。建筑規模10.2萬平方米，占地4.8萬平方米。2017年，中國科技館服務公眾398萬人次，創年度觀眾量歷史新高。近幾年，室外霧霾加劇，建筑室內PM2.5濃度不斷提高。加強對博物館類型室內PM2.5污染研究及控制，為游客創造健康的呼吸環境和良好的參觀環境是急迫的。

1 研究方法

1.1 研究對象

中國科技館館內區域復雜，主要包括公共空間、展廳、影院、辦公區、餐廳、地庫等主要區域。根據博物館類型建筑物特點，選取一層公共空間、4層挑戰與未來A展廳、4層某辦公室（下文分別用公共空間、展廳、辦公室代替）3個典型區域作為本次數據測試研究對象。公共空間的特點是高大空間，范圍面積大；展廳的特點是面積相對較小，近似認為三面密封，一面有一個與公共區域相連的較大孔洞；辦公室特點是面積最小，基本封閉，室內6人辦公，工作人員相對靜止。

1.2 數據測試

PM2.5濃度測試儀器采用便攜式環境空氣PM2.5濃度測定儀，測試前進行儀器校準， 按照《公共場所衛生監測技術規范》（GBT 18204.6-2013）相關規定進行測試點選取[2]-[4]。將測試時間定為2017年3月每天14：00點，測試天數：27天（由于每周周一建筑閉館，不進行數據測試與統計）。測試區域為無煙公共區域，不考慮室內煙霧影響。每次測試選取相同測試點和近似的測試時間，取測試區域中心點的多次測量的平均值為測試區域的PM2.5濃度值。

2 數據分析

2.1 建筑室內PM2.5濃度總體情況

我國及世界主要國家和地區已經制定了PM2.5控制標準。根據《環境空氣質量標準》GB 3095-2012[5]，我國PM2.5日平均濃度一級指標濃度限值為35μg/m3，二級指標濃度限值為75μg/m3。將3月份測試數據錄入數據庫，采用Excel軟件進行統計分析。

2.2 典型霧霾段建筑室內外PM2.5分析

測試地區在3月16日-23日內室外PM2.5濃度測試數據均高于我國PM2.5日平均濃度二級指標，出現一次空氣霧霾污染。

由圖1可知，本次霧霾段內建筑室外PM2.5濃度均高于室內，建筑室內各區域（公共空間、展廳、辦公室）的PM2.5濃度隨著室外PM2.5濃度變化而變化。公共區域PM2.5濃度較為接近室外，空氣污染最嚴重；辦公室和展廳內空氣污染程度均小于公共空間空氣污染程度。

室內PM2.5濃度與室外PM2.5濃度之比一般可以用I/O比表示，能直觀的反映出室內外的PM2.5濃度的關系。公共空間、展廳、辦公室I/O值變化范圍：0.92-0.97，0.68-0.85，0.55-0.84。3月16日室外PM2.5濃度為115時，辦公室室內PM2.5為73，達到我國PM2.5日平均濃度二級指標。其他測試時間內公共空間、展廳、辦公室PM2.5日平均濃度均超過我國PM2.5日平均濃度二級指標。

2.3 建筑室內外PM2.5濃度相關性分析

為確定3月份整個測試時間段室外與室內各區域PM2.5濃度值之間的定量關系，采用回歸分析方法進行研究。選取室外PM2.5濃度值作為因變量y，室內各區域PM2.5濃度值作為自變量x。從散點圖可以看出，x與y大體呈現出線性關系。

引入線性回歸模型：y=ax+b。采用一元線性回歸分析，公共空間、展廳、辦公室室內外PM2.5濃度關系的R2值分別為0.9961、0.9857、0.9725。R2均接近1，證明3個區域室內外PM2.5濃度正相關很強。

清華大學建筑學院研究表明，門窗緊閉的情況下，室內pm2.5顆粒物濃度約為室外的1/2-1/3。Rim D[6]等通過對北京兩實測點室內外PM2.5濃度時均值的研究表明，關閉門窗并且沒有室內源的條件下，室內外PM2.5濃度線性相關，斜率分別為0.4067與0.5505。

根據對研究對象的實測數據計算，得到的擬合曲線及分析結果如下：

（1）建筑室外與室內公共空間PM2.5濃度擬合方程為：y1=0.9474x1-3.206，直線斜率0.9474，遠遠高于門窗緊閉情況下擬合方程直線斜率。3月份中國科技館接待參觀觀眾日均約5000人，觀眾進出建筑帶入部分室外的顆粒物。建筑物一層公共空間東西側均有出入口，出入口呈相對布置。因觀眾參觀需要，1層出入口大門頻繁開關，造成室內外空氣對流較好，室外PM2.5易進入1層公共空間。室內PM2.5濃度較為接近室外。

（2）建筑室外與室內展廳PM2.5濃度擬合方程為：y2= 0.8266x2–7.3106，直線斜率0.8266，高于門窗緊閉情況下擬合方程直線斜率。展廳內PM2.5受室外PM2.5濃度影響小于公共區域。展廳與公共區域相比，較為封閉，但是存在與公共區域連通區域。同時，展廳內部空調通風系統送入少量新風。由于館區展廳空調機組的過濾網為初中效過濾網，未安裝專業的PM2.5凈化設備，如高效過濾器、靜電除塵裝置等，無法有效過濾掉新風及回風中PM2.5。

（3）建筑室外與室內辦公室PM2.5濃度擬合方程為：y3=0.7972x3-9.3238，直線斜率0.7972，為三個區域擬合方程斜率最低值，同樣高于門窗緊閉情況下擬合方程直線斜率。辦公室基本保持封閉，辦公室內無獨立除塵裝置。考慮到辦公室內存在工作人員辦公的實際情況，室內人員走動、室內打印機使用較為頻繁，同時辦公室大門偶爾打開，造成PM2.5濃度高于完全封閉的房間。

3 污染控制

治理室外空氣霧霾污染需要一定時間，但是根據相關研究和采用控制技術手段能有效實現公共建筑室內PM2.5濃度的削減。目前，國內外博物館室內環境研究人員已逐步探索出室內PM2.5污染治理措施。秦俑博物館通過采用電加熱鍋爐代替燃煤鍋爐、定期進行保潔清洗工作、修補墻壁等措施，降低了室內氣溶膠粒子濃度水平[7]。國家博物館通過對空調通風系統加裝高效板式過濾器對顆粒物進行過濾，當室外空氣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[8]。徐方圓通過對上海博物館和中國航海博物館進行研究，表明不同類型的地面和墻面裝修對室內顆粒物濃度有不同影響[9]。TH.Mouratidou 等通過對薩達洛尼基某博物館室內外PM2.5研究，監測數據表明室內PM2.5污染主要是建筑內部裝修活動的揚塵和游客的走動[10]。

中國科技館建筑物室內污染源主要來自室外。冬季供暖采用市政熱力，無需考慮燃煤污染的因素。建筑室內顆粒物通過空調送風、建筑通風、游客活動（下轉第8頁）（上接第10頁）帶入室內。空氣質量較差時，由于1層公共區域受室外空氣質量影響顯著，可對東西側大門進行改造或調整出入口開關時間，降低因室外PM2.5顆粒物的進入室內的速度；展廳內應及時調整空調通風策略，減少室外污染空氣由新風系統進入室內的風量；辦公區內工作人員應當及時關閉門窗、減少室內裝飾施工。集中送風空調系統，加裝專業的PM2.5凈化設備，確保送入展廳的新風達到國家空氣質量標準；無集中送風辦公區域，通過局部增加獨立除塵器，控制室內PM2.5含量。

4 結論

文章結合中國科技館館區特點，監測分析了三月份建筑室內空氣PM2.5濃度，旨在為博物館類型建筑室內PM2.5污染研究及控制方法提供依據。根據觀測數據，得到的主要結論如下：

（1）辦公室和展廳PM2.5濃度相對較低；公共空間PM2.5濃度相對較高。

（2）單個典型霧霾段室內，建筑室內各區域PM2.5濃度均低于室外，公共區域PM2.5濃度高于展廳和辦公室。公共區域、展廳、辦公室的I/O大小范圍分別為：0.50-0.97、0.25-0.85、0.31-0.84。

（3）通過回歸分析，擬合出的各區域的室內外PM2.5濃度回歸直線。各區域PM2.5濃度回歸直線R？均大于0.97，室內外PM2.5濃度正相關很強。公共空間、展廳和辦公室PM2.5濃度回歸直線斜率分別為0.9474、0.8266、0.7972，均高于封閉室內空間回歸直線斜率。

（4）結合館區實際情況，提出了加裝專業的PM2.5凈化設備、霧霾天氣下調整多個出入口開關時間、調整空調通風策略、及時關閉辦公室門窗、減少室內作業活動等措施，降低建筑內部PM2.5濃度。

【參考文獻】

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