冬季家庭居室內懸浮顆粒物的變化與控制研究

胡珉瀟

摘 要：本文冬季家庭居室內的懸浮顆粒物進行了實驗研究，測試了住宅室內顆粒物的分布及組成，進一步研究了通風、空調及加濕器對室內顆粒物的影響，給出了控制室內顆粒物的建議及措施。

關鍵詞：冬季；家庭居室內；懸浮顆粒物

1 懸浮顆粒物及其危害

懸浮顆粒（Particulate），泛指懸浮在氣體當中的微細固體或液體。可吸入顆粒物又稱為PM10指直徑≤10微米，可以進入人的呼吸系統。直徑≤2.5微米的顆粒，直接進入肺泡對人體危害最大。PM2.5還可影響成云和降雨過程，間接影響著氣候變化。大氣中雨水的凝結核，除了海水中的鹽分，細顆粒物PM2.5也是重要來源。有些條件下，PM2.5會增加凝結核的數量，使天空中的雨滴增多，極端時可能發生暴雨。

2 國內研究現狀

2.1 國內外研究現狀

住宅是與人們生活息息相關的建筑。早在上世紀70年代中期，我國就已經開展有關住宅室內空氣品質方面的研究工作。郝俊紅[1]等人的室內空氣品質測試小組分別對五個城市的住宅進行了現場調查研究，分析室內污染物影響因素，給出了室內空氣各項標準值；盧楠[2]對韓國漢城、日本東京、中國天津和香港以及臺灣地區的臺北5個亞洲城市進行了綜合實地調研，對比各城市住宅室內空氣污染現狀；建偉[3]、王晴文[4]、陳永亮[5]等人，研究了住宅內部因裝修材料所引起的主要污染物類型、危害及來源，給出了預防性建議和改善性措施。

美國環境保護局花了5年的研究發現，相較于室外空氣污染物的濃度，眾多家庭室內污染物的濃度非常高，甚至是是室外空氣污染的幾倍或者數十倍；日本相關學者曾經花費幾年對住宅內化學物質和換氣形式分別在冬季和夏季進行了重點測試和調查。結果顯示，按住宅和房屋種類的各項指標平均值情況是：甲醛濃度是：面積小于150m2的住宅甲醛濃度普遍較高，新建住宅高于老住宅，居住3年以上的房子里甲醛濃度明顯高于3年以下的房子。

2.2 當前研究中存在的問題

目前的研究存在如下幾方面突出問題：

（1）目前對于懸浮顆粒物的檢測和研究，主要集中在大氣污染研究方面，例如，我國的天氣預報中增加了pm2.5的實測數據，網上也可以實時查詢pm2.5的濃度及空氣質量等級。但是對室內懸浮顆粒物的檢測不足。

（2）對家庭居室內顆粒物的控制研究較少，然而人們有80%的時間都是在室內度過的，對于室外的空氣污染，人們可以通過口罩等措施進行個體防護，可是在室內卻行不通，因此室內的污染對人體健康影響更大。

（3）冬季，人們在室內停留時間較長，非采暖地區冬季使用空調采暖，此時門窗不經常開啟，導致室內通風不良，懸浮顆粒物增多，室內空氣質量下降。

2.3 本文的研究內容

針對上述研究中存在的問題，本文研究內容如下：

（1）冬季居室內懸浮顆粒物分布規律。

（2）通風換氣對室內顆粒物的影響。

（3）空調運行對室內顆粒物的影響：空調運行前后/空調不同運行時間顆粒物濃度的變化。

（4）冬季加濕器對室內顆粒物的影響：加濕器運行前后/加濕器不同運行時間顆粒物濃度的變化。

3 測試方法

3.1 測試工況

筆者以自己的家庭住宅為測試對象，分別進行了如下的測試研究：

（1）2018年2月5日，首先測試各房間顆粒物濃度分布。同時，測試不同時間內的室外顆粒物濃度，同時對比開窗通風后，室內顆粒物的變化。

（2）2018年2月25日，進行了空調運行對室內顆粒物的影響研究。分別測試空調開啟前后，及持續運行一段時間后室內顆粒物的變化。

（3）2018年2月25日，進行了加濕器運行對室內顆粒物的影響研究。分別測試加濕器開啟前后，及持續運行一段時間后室內顆粒物的變化。

3.2 測試儀器

本次測試采用的是美國TSI公司的AeroTrak APC 9303.01 手持式激光粒子計數器，該儀器可同檢測三個粒徑0.3、2.5、5μm的計數濃度，符合ISO 21501.4 標準。它采用 NIST可追溯的PSL微球，是世界一流的分粒器和凝聚核粒子計數器。

4 數據處理及分析

4.1 數據處理方法

由于空氣質量標準中給出的是質量濃度，因此需要將粒子計數器測得的計數濃度轉化為質量濃度。對0.3～0.5μm粒徑段的顆粒物密度取1.5g/cm3，對0.5～1.0μm粒徑段的顆粒物密度取1.7g/cm3，對1.0～2.0μm粒徑段的顆粒物密度取23g/cm3，對大于2.0μm粒徑段顆粒物密度取為2.8g/cm3，根據等效球體計算公式，就可以得到相應的顆粒物質量濃度，即：

ρni=4πniρp3Dpi23（1）

式中：ρni—粒徑為Dpi的顆粒物質量（μg/cm3）；

ni—粒徑為Dpi的粒子濃度（個/cm3）；

ρp—顆粒物密度（g/cm3）；

Dpi—顆粒物的直徑（μm），取各粒徑段范圍的平均值。

4.2 實驗結果分析

4.2.1 居室內顆粒物的分布規律

由上圖4可知，臥室的顆粒物濃度高于其他房間，并且顆粒物以5.0μm為主，0.3μm的顆粒物較少。其中次臥的房間體積較小，是顆粒物濃度較高的原因之一。

4.2.2 通風時間的影響

早晨9：00對臥室進行開窗通風換氣。室內顆粒物的變化如圖5所示。

由圖5可以看出，在早晨9點進行通風換氣后，房間內的顆粒物濃度反而上升了，說明室外空氣的進入，對室內帶來不利的影響。因此，進一步測試了室外顆粒物的濃度變化，結果見圖6。

由上圖6可知，室外顆粒物以5.0μm為主，0.3μm的顆粒物較少。同時在早晨8：30時懸浮顆粒物的濃度較高，夜晚的濃度下降。查取當天的空氣質量顯示為輕度污染，所以在這樣的天氣下，早晨開窗換氣是不適宜的，應改為下午或夜間進行通風，效果較好。

4.2.3 空調的影響

2015年2月25日，在主臥室內進行了空調對顆粒物影響的實驗，結果見圖7。

由上圖7可知，空調運行后，0.3μm顆粒物濃度變化不大，但是2.5及5μm的顆粒物增多，導致臥室內顆粒物總量增加。這是因為，空調吹出的氣流使室內原有靜止的顆粒物飛起并懸浮在空氣中，同時空調過濾網上附著的灰塵也會進入室內，導致室內懸浮顆粒物增多。

4.2.4 加濕器的影響

加濕器運行后，5μm顆粒物增加，當關閉加濕器后，其濃度下降。這是因為加濕過程中，水蒸氣分子進入空氣中，導致顆粒物濃度增加。加濕對微細顆粒物（0.3、2.5μm）的影響不大。說明加濕器對于減少懸浮顆粒物的作用不大，但是，加濕會增加空氣相對濕度，有助于改善冬季干燥引起的不適感。

5 結論

（1）臥室的顆粒物濃度高于其他房間，顆粒物以5.0μm為主，0.3μm的顆粒物較少。

（2）通風時應注意室外空氣質量對室內的影響，在污染天氣時，不宜早晨開窗換氣，應在下午或夜間通風效果較好。

（3）空調吹出的氣流使室內原有靜止的顆粒物飛起并懸浮在空氣中，同時空調過濾網上附著的灰塵也會進入室內，導致室內懸浮顆粒物增多。在空調運行間歇，應注意通風換氣。

（4）加濕器對于減少懸浮顆粒物的作用不大，但是，加濕會增加空氣相對濕度，有助于改善冬季干燥引起的不適感。

參考文獻：

[1]郝俊紅.中國四城市住宅室內空氣品質調查及控制標準研究.湖南大學碩士學位論文，2004：75.77.

[2]盧楠.亞洲若干城市住宅建筑室內空氣品質比較.天津大學碩士學位論文，2005：39.40.

[3]建偉，張洪.城鄉居室裝演室內空氣甲醛污染與健康影響研究.川北醫學院學報，2004，19（4）：122.124.

[4]王睛文，李振海，張才才.上海市住宅室內化學物質污染實態調查與分析.制冷技術，2006（l）：29.31.

[5]陳永亮.淺淡室內裝修污染及其防治.環保技術，2006（2）：21.23.