張華玲，龔旎，趙琳

（重慶大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400045）

溫度和濕度是室內(nèi)空調(diào)環(huán)境中最關(guān)注的環(huán)境參數(shù)，目前室內(nèi)環(huán)境研究主要側(cè)重于熱濕舒適，而對(duì)濕度的人體健康影響研究較少。這主要是由于空氣濕度對(duì)人體健康的影響比較復(fù)雜?？諝鉂穸炔粌H與溫度和濕度有關(guān)，而且與建筑使用功能、建筑中人群的構(gòu)成、污染物種類(lèi)、實(shí)際使用工況條件等有關(guān)。本文僅對(duì)醫(yī)院建筑空調(diào)運(yùn)行環(huán)境下濕度對(duì)人體健康的影響進(jìn)行研究，以期獲得濕度對(duì)健康影響的定量評(píng)價(jià)關(guān)系?？諝鉂穸韧ㄟ^(guò)直接和間接2個(gè)方面作用于人體。直接影響是指室內(nèi)濕度對(duì)人體生理過(guò)程的某些體征表現(xiàn)，而間接影響主要是通過(guò)相對(duì)濕度影響一些相關(guān)的生物污染物（如塵螨、細(xì)菌、真菌、病毒等）和非生物污染物（如甲醛、氡、硫氮氧化物等）濃度變化，從而間接影響到人體健康。醫(yī)院建筑內(nèi)大多為病患、陪護(hù)、醫(yī)務(wù)人員、護(hù)士等，且病菌繁多。醫(yī)院空調(diào)環(huán)境將影響生物污染物的滋生、存活時(shí)間、繁殖及化學(xué)污染物的釋放速度，醫(yī)院空調(diào)環(huán)境的舒適健康對(duì)保護(hù)醫(yī)務(wù)人員、加快病員康復(fù)或減輕痛苦、減緩流行病傳播速度等都有積極作用。自20世紀(jì)40年代起，在流行病學(xué)及臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域就開(kāi)始進(jìn)行熱濕環(huán)境與人體健康的研究，主要探究熱濕環(huán)境對(duì)各種呼吸道感染、過(guò)敏癥的影響，并對(duì)引發(fā)病癥的污染物產(chǎn)生的熱濕條件進(jìn)行研究。Arundel等[1]將健康問(wèn)題引入建筑環(huán)境控制領(lǐng)域，推薦40%～60%為最優(yōu)濕度區(qū)，認(rèn)為在此區(qū)間內(nèi)的濕度對(duì)人體健康危害最小。但未考慮這幾種主要污染物的健康影響權(quán)重，提供的鋸齒圖形僅反映出大體健康危害趨勢(shì)。Arlian等[2]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)塵螨生長(zhǎng)的最佳條件是：溫度為20～25 ℃，相對(duì)濕度為70%～75%；當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度在51%以下時(shí)，塵螨會(huì)因脫水而死亡。Fang等[3]的研究結(jié)果表明：溫度和濕度在很大程度上影響室內(nèi)空氣品質(zhì)可接受度，當(dāng)室內(nèi)空氣污染物濃度一定時(shí)，隨著溫濕度的升高，空氣質(zhì)量可接受度降低，室內(nèi)空氣質(zhì)量可接受百分?jǐn)?shù)與空氣焓呈線(xiàn)性相關(guān)；空氣污染程度增大，會(huì)削弱溫濕度對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)可接受度的影響。Wolkoff等[4]對(duì)流行病學(xué)領(lǐng)域、臨床醫(yī)學(xué)以及人工氣候控制室研究等方面進(jìn)行了總結(jié)，提出過(guò)低的空氣濕度會(huì)加快干眼癥的發(fā)展，這對(duì)年老人群尤其如此。對(duì)波蘭的住宅、辦公室進(jìn)行細(xì)菌真菌氣溶膠的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)高濕、通風(fēng)差和發(fā)霉的環(huán)境有助于細(xì)菌的滋生[5]。對(duì)芬蘭 46棟公寓進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)相對(duì)濕度從34%變化到70%時(shí)，空氣中的甲醛濃度在24 h內(nèi)從0.08 mg/m3增加到0.20 mg/m3，認(rèn)為室內(nèi)空氣中的甲醛濃度與溫度和濕度成正比[6]。Carrer等[7]提出可檢測(cè)空調(diào)系統(tǒng)中的微生物狀況來(lái)評(píng)估建筑內(nèi)霉菌的生長(zhǎng)。Sookchaiya等[8]為更好地開(kāi)發(fā)新型空調(diào)系統(tǒng)，針對(duì)熱帶地區(qū)熱濕環(huán)境對(duì)人體舒適及健康進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。歐洲AIRLESS工程對(duì)HVAC系統(tǒng)污染室內(nèi)環(huán)境的原因、時(shí)間及途徑進(jìn)行了分析，提出一些解決辦法[9]。但現(xiàn)有研究還未涉及不同功能建筑室內(nèi)濕度環(huán)境對(duì)人體健康產(chǎn)生影響的定量關(guān)系，為此，本文作者針對(duì)空調(diào)環(huán)境的健康濕度范圍進(jìn)行研究。

1 夏季工況監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)建筑一棟為住院部，另一棟為門(mén)診大樓。住院部為一類(lèi)高層醫(yī)療建筑，地上19層，地下1層，地面高度為77.7 m，總建筑面積為54 888.95 m2，主要包括病房、治療室、實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)生辦公室。門(mén)診大樓地上13層，地下2層，總高度為58 m，總建筑面積為74 741.32 m2，主要用于門(mén)診、急救和醫(yī)療。醫(yī)院各功能區(qū)的夏季設(shè)計(jì)空調(diào)溫度為24～28 ℃，室內(nèi)相對(duì)濕度為45%～65%。

由于在實(shí)際空調(diào)環(huán)境中，影響人體健康的污染物種類(lèi)繁多，本文僅對(duì)受空氣濕度變化顯著的污染物（稱(chēng)為濕關(guān)聯(lián)污染物）濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)包括塵螨計(jì)數(shù)、室內(nèi)空氣中細(xì)菌菌落數(shù)真菌菌落數(shù)、甲醛濃度、氡濃度、環(huán)境溫度和相對(duì)濕度共7種參數(shù)。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2010年 7～8月，住院部監(jiān)測(cè)時(shí)段為 9:00～10:30 am和15:30～17:00 pm，門(mén)診大樓監(jiān)測(cè)時(shí)段為10:30～12:00 am和 14:00～15:30 pm。監(jiān)測(cè)地點(diǎn)為住院部第4～19層普通病房、門(mén)診大樓第1～7層候診大廳。

用ZW1200?221型海爾吸塵器對(duì)病房被褥進(jìn)行塵樣采集，然后經(jīng)鏡檢計(jì)數(shù)得塵螨濃度[10?11]；采用自然沉降法對(duì)空氣中的細(xì)菌、真菌采樣，培養(yǎng)計(jì)數(shù)[12?14]；而甲醛和氡濃度則使用 PPM400甲醛檢測(cè)儀、RAD7電子氡氣檢測(cè)儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和讀數(shù)；環(huán)境溫度和相對(duì)濕度采用MODEL A531智能型環(huán)境測(cè)試儀監(jiān)測(cè)。

2 數(shù)學(xué)分析方法

在實(shí)際建筑環(huán)境中，濕關(guān)聯(lián)污染物濃度對(duì)人體健康的影響會(huì)表現(xiàn)出一定的不確定性和模糊性，屬于典型的灰色系統(tǒng)，存在定性和定量影響關(guān)系。針對(duì)這些特點(diǎn)，本文采用云模型并結(jié)合灰關(guān)聯(lián)分析法，以重慶市某三甲醫(yī)院為監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)夏季空調(diào)環(huán)境的5種主要濕關(guān)聯(lián)污染物進(jìn)行實(shí)測(cè)，分析醫(yī)院建筑濕環(huán)境對(duì)人體健康的間接影響。云模型可以將定性影響轉(zhuǎn)換為定量影響[15?16]，灰關(guān)聯(lián)分析法適用于信息不完全確知的小樣本系統(tǒng)[17?20]，能較好地解決系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)收集困難、指標(biāo)間存在關(guān)聯(lián)等問(wèn)題。在健康影響綜合分析中，獲得主要濕關(guān)聯(lián)污染物對(duì)人體健康影響的權(quán)重是一個(gè)重要部分。

設(shè)有m個(gè)分析評(píng)價(jià)對(duì)象S={S1，S2，…，Sm}和n個(gè)分析評(píng)價(jià)因子P={P1，P2，…，Pn}評(píng)價(jià)對(duì)象Si的因子Pj的屬性值記為xij。人們通常會(huì)根據(jù)一定的思維方式，用定性的語(yǔ)言Ak（k=1，2，…，n）來(lái)描述n個(gè)評(píng)價(jià)因子的水平，構(gòu)成評(píng)價(jià)因子評(píng)語(yǔ)集 A={A1，A2，…，Ap}。其中，Ak具有一定的模糊性和隨機(jī)性。例如，因子塵螨對(duì)人體健康的影響一般被定性描述為“嚴(yán)重，一般，不嚴(yán)重”，則評(píng)語(yǔ)集就是 A={A1，A2，A3}。根據(jù)專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定因子Pj的評(píng)語(yǔ)Ak所對(duì)應(yīng)的一維正態(tài)云模型DAk=（ExAk，EnAk，HeAk）。設(shè)B為描述分值的定性概念 Bd，如{高，中，低}所組成的集合B={B1，B2，…，Bp}，Bd（d=1，2，…，p）對(duì)應(yīng)的一維正態(tài)云模型為DBd=（ExBd，EnBd，HeBd）。

進(jìn)行不確定性推理的目的是把定性分析轉(zhuǎn)為定量因子分值。設(shè) yij為評(píng)價(jià)對(duì)象 Si的因子 Pj的屬性值 xij對(duì)云模型 DAk=（ExA，EnA，HeA）的隸屬度，rij為評(píng)價(jià)對(duì)象Si的因子Pj的屬性值，xij為經(jīng)推理后獲得的定量分值。單條件規(guī)則描述如下：If xij∈Ak，Then rij∈Bd。其中 xij∈Ak為規(guī)則前件，表示因子 X評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的定性概念；rij∈Bd為規(guī)則后件，且k和d一一對(duì)應(yīng)，見(jiàn)圖1。

圖1 單條件規(guī)則發(fā)生器Fig.1 Single item rule generator

計(jì)算原理如下：前件論域輸入某一特定x0，激活規(guī)則前件云模型 DAk，產(chǎn)生一組數(shù)值，取其平均值作為X條件云發(fā)生器的輸入，分別計(jì)算它對(duì)p個(gè)定性概念的確定度yij，取yij的最大值ymax再次激活規(guī)則后件云DBd，從而隨機(jī)產(chǎn)生1個(gè)云滴drop（r0，ymax）。若x0激活的前件是上升沿，則規(guī)則發(fā)生器輸出r0對(duì)應(yīng)后件概念的上升沿；反之亦然。這在推理過(guò)程中保證了不確定性的傳遞。從而獲得m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象Pn個(gè)因子分值rij所組成的判斷矩陣：

對(duì)于矩陣 R，確定參考數(shù)列{r0j}（j=1，2，…，n）和比較數(shù)列{rij}（i=1，2，…，m，j=1，2，…，n），再進(jìn)行規(guī)范化處理，消除原始指標(biāo)單位的影響，得到歸一化后的分值數(shù)據(jù)矩陣：

每一序列有i個(gè)元素，則對(duì)于某一比較序列與參考序列，就有i個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)。關(guān)聯(lián)系數(shù)γij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j個(gè)因子分值與參考數(shù)列中第j個(gè)因子分值的關(guān)聯(lián)程度。

其中：δ為分辨系數(shù)，一般在0～1間選取。δ越小，則分辨力越大；當(dāng)δ=0.5時(shí)，分辨率最高，于是，組成了1個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

由于各污染物指標(biāo)對(duì)人體健康的影響程度不同，必須賦予不同的權(quán)重才能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本文采用群灰關(guān)聯(lián)度分析法確定權(quán)重。令為指標(biāo)體系中pj與除pj外的所有指標(biāo)的群灰關(guān)聯(lián)度，它反映了在某一特定的環(huán)境下指標(biāo)pj對(duì)其余指標(biāo)的影響程度。某一指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)的影響程度越大，說(shuō)明該指標(biāo)在系統(tǒng)中包含的信息量越大。

經(jīng)計(jì)算，各指標(biāo)權(quán)重為：

綜合關(guān)聯(lián)度為：

其中：Y為對(duì)象與參考對(duì)象之間的綜合關(guān)聯(lián)度；Z為關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。Yi越大，說(shuō)明實(shí)際項(xiàng)與參考項(xiàng)的關(guān)聯(lián)度越高、越優(yōu)。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)夏季工況監(jiān)測(cè)獲得醫(yī)院在25～27 ℃溫控范圍的室內(nèi)污染物濃度，見(jiàn)表1。

3.1 濕關(guān)聯(lián)污染物健康影響的定性描述

在本研究系統(tǒng)中，m個(gè)分析評(píng)價(jià)對(duì)象為各個(gè)不同的濕度環(huán)境，n個(gè)分析評(píng)價(jià)因子為各污染物，根據(jù)專(zhuān)家知識(shí)和微生物學(xué)、流行病學(xué)的研究成果，建立污染物因子對(duì)人體健康影響的定性判斷：

其中：A1表示指標(biāo)對(duì)健康影響程度為“嚴(yán)重”；A2表示指標(biāo)對(duì)健康影響程度為“一般”；A3表示指標(biāo)對(duì)人體健康影響程度為“不嚴(yán)重”

3.2 確定評(píng)價(jià)因子水平的云模型

根據(jù)專(zhuān)家知識(shí)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)因子制定其定性評(píng)語(yǔ)集以及相應(yīng)的云模型[21]。

（1）塵螨因子的健康影響評(píng)價(jià)有“不嚴(yán)重，一般，嚴(yán)重”?；?En法則，確定云模型的3個(gè)參數(shù)，獲得塵螨在數(shù)量域的云模型：

表1 25～27 ℃時(shí)典型環(huán)境下濕關(guān)聯(lián)污染物濃度Table 1 Concentrations of the humidity related pollutants in typical environments at 25?27 ℃

圖2 基于云模型和灰關(guān)聯(lián)的濕健康影響分析流程圖Fig.2 Evaluation of health effect of humidity by cloud model and grey correlative grade

塵螨指標(biāo)以及其評(píng)價(jià)健康標(biāo)準(zhǔn)的3個(gè)定性概念中云滴及其確定度分布如圖3所示。其中：橫坐標(biāo)為塵螨數(shù)量，縱坐標(biāo)為概率所對(duì)應(yīng)的確定度。3個(gè)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)為“不嚴(yán)重，一般，嚴(yán)重”。

圖3 塵螨健康影響評(píng)價(jià)定性云分布圖Fig.3 Qualitative cloud distribution of health effect assessment of dust mite

用相似方法建立其他4個(gè)評(píng)價(jià)因子的云模型。

（2）細(xì)菌在數(shù)量域的云模型為：

（3）真菌在數(shù)量域的云模型為：

（4）甲醛在數(shù)量域的云模型為：

（5）氡在數(shù)量域的云模型為：

3.3 評(píng)價(jià)分值評(píng)語(yǔ)集及其云模型的確定

作用分值高低的評(píng)語(yǔ)有“低，中，高”3種，用百分制數(shù)來(lái)量化因子水平，在數(shù)值域的云模型分別如下：

表2 濕關(guān)聯(lián)污染物對(duì)健康影響的量化分值Table 2 Quantitative scores of humidity related pollutants on health effect

3.4 不確定性的推理

不確定推理可把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量分值。對(duì)于單條件單規(guī)則，以塵螨分析為例，利用專(zhuān)家知識(shí)及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)可建立如下推理規(guī)則：

If 塵螨對(duì)人體健康影響不嚴(yán)重，Then作用分值“高”。

If 塵螨對(duì)人體健康影響一般，Then作用分值“中”。

If 塵螨對(duì)人體健康影響嚴(yán)重，Then作用分值“低”。

其他因子的推理類(lèi)同。使用單規(guī)則單條件云模型發(fā)生器，經(jīng)推理后可得各因子量化百分分值見(jiàn)表2。

3.5 計(jì)算權(quán)重

經(jīng)計(jì)算得到塵螨、細(xì)菌、真菌、甲醛和氡這5種因子之間的群灰關(guān)聯(lián)度分別為：

各污染物對(duì)人體健康影響的權(quán)重為：

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出：這5種污染物對(duì)人體健康影響的權(quán)重接近，這可能是該醫(yī)院建筑在實(shí)際使用中人員數(shù)量和人員流動(dòng)情況變化大、污染源不可控等因素所致，這還需在實(shí)踐中進(jìn)一步修正。

3.6 計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為：

典型濕環(huán)境的綜合關(guān)聯(lián)度Y為：

經(jīng)計(jì)算，得到：Y3＞Y2＞Y1＞Y5＞Y4。第 3個(gè)典型濕環(huán)境與最優(yōu)環(huán)境的關(guān)聯(lián)度最高，表明在室內(nèi)舒適溫度范圍（25.0～27.0 ℃）內(nèi)，相對(duì)濕度65.0～69.9%為最優(yōu)區(qū)間，較優(yōu)區(qū)間為60.0%～64.9%的環(huán)境。

我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 49—88）規(guī)定：空調(diào)用房的夏季室內(nèi)計(jì)算溫度宜采用25～27 ℃；其相對(duì)濕度為60%左右。《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50019—2003）綜合考慮舒適和節(jié)能要求規(guī)定：夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)濕度為40%～65%?？梢?jiàn)：夏季空調(diào)設(shè)計(jì)濕度都不高于65%，特別是對(duì)于像重慶這樣的熱濕地區(qū)，夏季空調(diào)除濕能耗要占到空調(diào)總能耗的20%～40%。但通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)健康影響分析認(rèn)為：在相對(duì)濕度65%～70%內(nèi)，室內(nèi)人員感覺(jué)舒適，且在空調(diào)環(huán)境中的污染物濃度較低，對(duì)人體健康有利，因此，建議規(guī)范提高設(shè)計(jì)相對(duì)濕度上限為70%。但該結(jié)果還需進(jìn)一步論證。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)某三甲醫(yī)院夏季空調(diào)工況的 5種主要濕關(guān)聯(lián)污染物的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了塵螨、細(xì)菌、真菌、甲醛、氡對(duì)人體健康影響權(quán)重，給出了幾種典型空調(diào)濕環(huán)境與最優(yōu)濕環(huán)境的綜合關(guān)聯(lián)度，推薦出對(duì)人體健康有利的最優(yōu)區(qū)間：室內(nèi)舒適健康溫度為25.0～27.0 ℃，相對(duì)濕度為65.0%～70.0%。

（2）該研究成果可為醫(yī)院建筑夏季空調(diào)的健康舒適設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制參數(shù)設(shè)定提供參考，也可為將來(lái)醫(yī)院建筑空調(diào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的修訂以及空調(diào)環(huán)境對(duì)人體健康的影響研究提供依據(jù)。

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