博物館類型建筑室內(nèi)PM2.5污染調(diào)查研究

王文淵

【摘 要】本文以中國科技館為例，結(jié)合博物館類型建筑特點，監(jiān)測分析了3個典型區(qū)域（展廳、公共空間、辦公室）室內(nèi)空氣PM2.5整體水平；通過分析典型霧霾段室內(nèi)外PM2.5濃度I/O值，研究各區(qū)域室內(nèi)外PM2.5濃度關(guān)系；通過回歸分析方法，擬合室內(nèi)外PM2.5濃度線性方程，分析影響各區(qū)域濃度的因素。最后，根據(jù)測試結(jié)果及相關(guān)國內(nèi)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(nèi)PM2.5污染研究及控制方法提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】PM2.5；博物館；回歸分析

中圖分類號： X513 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)直徑≤2.5μm的顆粒物，又被稱為可入肺顆粒物或者細(xì)顆粒物[1]。我國以PM2.5為特性污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。2012年環(huán)境保護(hù)部把PM2.5列入新的公開監(jiān)測指標(biāo)。中國氣象局發(fā)布的《2017年大氣環(huán)境氣象公報》表明，2017年京津冀地區(qū)平均霾日數(shù)為42.3天，環(huán)境空氣質(zhì)量面臨形勢依然嚴(yán)峻。

中國科學(xué)技術(shù)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(qū)內(nèi)。建筑規(guī)模10.2萬平方米，占地4.8萬平方米。2017年，中國科技館服務(wù)公眾398萬人次，創(chuàng)年度觀眾量歷史新高。近幾年，室外霧霾加劇，建筑室內(nèi)PM2.5濃度不斷提高。加強對博物館類型室內(nèi)PM2.5污染研究及控制，為游客創(chuàng)造健康的呼吸環(huán)境和良好的參觀環(huán)境是急迫的。

1 研究方法

1.1 研究對象

中國科技館館內(nèi)區(qū)域復(fù)雜，主要包括公共空間、展廳、影院、辦公區(qū)、餐廳、地庫等主要區(qū)域。根據(jù)博物館類型建筑物特點，選取一層公共空間、4層挑戰(zhàn)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(qū)域作為本次數(shù)據(jù)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(rèn)為三面密封，一面有一個與公共區(qū)域相連的較大孔洞；辦公室特點是面積最小，基本封閉，室內(nèi)6人辦公，工作人員相對靜止。

1.2 數(shù)據(jù)測試

PM2.5濃度測試儀器采用便攜式環(huán)境空氣PM2.5濃度測定儀，測試前進(jìn)行儀器校準(zhǔn)， 按照《公共場所衛(wèi)生監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GBT 18204.6-2013）相關(guān)規(guī)定進(jìn)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(shù)：27天（由于每周周一建筑閉館，不進(jìn)行數(shù)據(jù)測試與統(tǒng)計）。測試區(qū)域為無煙公共區(qū)域，不考慮室內(nèi)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(qū)域中心點的多次測量的平均值為測試區(qū)域的PM2.5濃度值。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 建筑室內(nèi)PM2.5濃度總體情況

我國及世界主要國家和地區(qū)已經(jīng)制定了PM2.5控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3095-2012[5]，我國PM2.5日平均濃度一級指標(biāo)濃度限值為35μg/m3，二級指標(biāo)濃度限值為75μg/m3。將3月份測試數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2.2 典型霧霾段建筑室內(nèi)外PM2.5分析

測試地區(qū)在3月16日-23日內(nèi)室外PM2.5濃度測試數(shù)據(jù)均高于我國PM2.5日平均濃度二級指標(biāo)，出現(xiàn)一次空氣霧霾污染。

由圖1可知，本次霧霾段內(nèi)建筑室外PM2.5濃度均高于室內(nèi)，建筑室內(nèi)各區(qū)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(qū)域PM2.5濃度較為接近室外，空氣污染最嚴(yán)重；辦公室和展廳內(nèi)空氣污染程度均小于公共空間空氣污染程度。

室內(nèi)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(nèi)外的PM2.5濃度的關(guān)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(nèi)PM2.5為73，達(dá)到我國PM2.5日平均濃度二級指標(biāo)。其他測試時間內(nèi)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(biāo)。

2.3 建筑室內(nèi)外PM2.5濃度相關(guān)性分析

為確定3月份整個測試時間段室外與室內(nèi)各區(qū)域PM2.5濃度值之間的定量關(guān)系，采用回歸分析方法進(jìn)行研究。選取室外PM2.5濃度值作為因變量y，室內(nèi)各區(qū)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(xiàn)出線性關(guān)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(nèi)外PM2.5濃度關(guān)系的R2值分別為0.9961、0.9857、0.9725。R2均接近1，證明3個區(qū)域室內(nèi)外PM2.5濃度正相關(guān)很強。

清華大學(xué)建筑學(xué)院研究表明，門窗緊閉的情況下，室內(nèi)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(nèi)外PM2.5濃度時均值的研究表明，關(guān)閉門窗并且沒有室內(nèi)源的條件下，室內(nèi)外PM2.5濃度線性相關(guān)，斜率分別為0.4067與0.5505。

根據(jù)對研究對象的實測數(shù)據(jù)計算，得到的擬合曲線及分析結(jié)果如下：

（1）建筑室外與室內(nèi)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)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(cè)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(guān)，造成室內(nèi)外空氣對流較好，室外PM2.5易進(jìn)入1層公共空間。室內(nèi)PM2.5濃度較為接近室外。

（2）建筑室外與室內(nèi)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(nèi)PM2.5受室外PM2.5濃度影響小于公共區(qū)域。展廳與公共區(qū)域相比，較為封閉，但是存在與公共區(qū)域連通區(qū)域。同時，展廳內(nèi)部空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)送入少量新風(fēng)。由于館區(qū)展廳空調(diào)機(jī)組的過濾網(wǎng)為初中效過濾網(wǎng)，未安裝專業(yè)的PM2.5凈化設(shè)備，如高效過濾器、靜電除塵裝置等，無法有效過濾掉新風(fēng)及回風(fēng)中PM2.5。

（3）建筑室外與室內(nèi)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(qū)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(nèi)無獨立除塵裝置。考慮到辦公室內(nèi)存在工作人員辦公的實際情況，室內(nèi)人員走動、室內(nèi)打印機(jī)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(jù)相關(guān)研究和采用控制技術(shù)手段能有效實現(xiàn)公共建筑室內(nèi)PM2.5濃度的削減。目前，國內(nèi)外博物館室內(nèi)環(huán)境研究人員已逐步探索出室內(nèi)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(jìn)行保潔清洗工作、修補墻壁等措施，降低了室內(nèi)氣溶膠粒子濃度水平[7]。國家博物館通過對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)加裝高效板式過濾器對顆粒物進(jìn)行過濾，當(dāng)室外空氣PM2.5污染達(dá)到嚴(yán)重污染以上時，室內(nèi)展廳空氣質(zhì)量仍能滿足國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[8]。徐方圓通過對上海博物館和中國航海博物館進(jìn)行研究，表明不同類型的地面和墻面裝修對室內(nèi)顆粒物濃度有不同影響[9]。TH.Mouratidou 等通過對薩達(dá)洛尼基某博物館室內(nèi)外PM2.5研究，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明室內(nèi)PM2.5污染主要是建筑內(nèi)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(nèi)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(nèi)顆粒物通過空調(diào)送風(fēng)、建筑通風(fēng)、游客活動（下轉(zhuǎn)第8頁）（上接第10頁）帶入室內(nèi)。空氣質(zhì)量較差時，由于1層公共區(qū)域受室外空氣質(zhì)量影響顯著，可對東西側(cè)大門進(jìn)行改造或調(diào)整出入口開關(guān)時間，降低因室外PM2.5顆粒物的進(jìn)入室內(nèi)的速度；展廳內(nèi)應(yīng)及時調(diào)整空調(diào)通風(fēng)策略，減少室外污染空氣由新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi)的風(fēng)量；辦公區(qū)內(nèi)工作人員應(yīng)當(dāng)及時關(guān)閉門窗、減少室內(nèi)裝飾施工。集中送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，加裝專業(yè)的PM2.5凈化設(shè)備，確保送入展廳的新風(fēng)達(dá)到國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；無集中送風(fēng)辦公區(qū)域，通過局部增加獨立除塵器，控制室內(nèi)PM2.5含量。

4 結(jié)論

文章結(jié)合中國科技館館區(qū)特點，監(jiān)測分析了三月份建筑室內(nèi)空氣PM2.5濃度，旨在為博物館類型建筑室內(nèi)PM2.5污染研究及控制方法提供依據(jù)。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，得到的主要結(jié)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(nèi)，建筑室內(nèi)各區(qū)域PM2.5濃度均低于室外，公共區(qū)域PM2.5濃度高于展廳和辦公室。公共區(qū)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(qū)域的室內(nèi)外PM2.5濃度回歸直線。各區(qū)域PM2.5濃度回歸直線R？均大于0.97，室內(nèi)外PM2.5濃度正相關(guān)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(nèi)空間回歸直線斜率。

（4）結(jié)合館區(qū)實際情況，提出了加裝專業(yè)的PM2.5凈化設(shè)備、霧霾天氣下調(diào)整多個出入口開關(guān)時間、調(diào)整空調(diào)通風(fēng)策略、及時關(guān)閉辦公室門窗、減少室內(nèi)作業(yè)活動等措施，降低建筑內(nèi)部PM2.5濃度。

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