鄭潔++張雨++姚大軍++黃育華

摘要：

室外PM2.5可通過新風(fēng)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙滲透至室內(nèi)，室外PM2.5較高時(shí)尤為明顯，結(jié)果導(dǎo)致室內(nèi)空氣中的PM2.5濃度上升。為了研究空調(diào)形式對(duì)室內(nèi)外PM2.5濃度相關(guān)性的影響，在2015年夏季對(duì)重慶某辦公建筑中采用不同空調(diào)形式的室內(nèi)外PM2.5濃度進(jìn)行了實(shí)測。實(shí)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：集中式空調(diào)、分體式空調(diào)和非空調(diào)房間室內(nèi)外PM2.5濃度比變化范圍分別為0.59～0.76、047～0.76、0.71～0.91。室內(nèi)外PM2.5濃度相關(guān)性系數(shù)的排序?yàn)椋杭惺娇照{(diào)環(huán)境（0.94）>非空調(diào)環(huán)境（0.92）>分體式空調(diào)環(huán)境（0.77），研究結(jié)果表明，辦公建筑的空調(diào)形式，對(duì)室內(nèi)外PM2.5濃度的相關(guān)性有影響。

關(guān)鍵詞：PM2.5；空調(diào)形式； 線性擬合； 相關(guān)性系數(shù)；辦公建筑

Abstract：

Outdoor PM2.5 could penetrate through fresh air and the wall gap into the room especially when outdoor PM2.5 is particularly high， which lead to the rapid rise in the indoor PM2.5 concentration. To determine the influence of the air conditioning system form on the indoor and outdoor PM2.5 concentration， the PM2.5 concentration in the room with different air conditioning forms is measured in the summer of 2015， which is in an office building in Chongqing . The measured results show that： the range of the indoor and outdoor PM2.5 concentration ratio is 0.59～0.76，0.47～0.76，and 0.71～0.91， respectively when the air conditioning system is . The relationship of indoor and outdoor PM2.5 concentration correlation coefficient is centralized air conditioning environment（0.94） >non air conditioning environment （0.92） > decentralized air conditioning environment （0.77）.The results show that air conditioning form in office building has the effect of on indoor PM2.5 concentration.

Keywords：

fine particle matter （PM2.5）；air conditioning form； linear fitting； correlation coefficient； office building

人們平均每天約有21個(gè)小時(shí)在室內(nèi)度過 [1]。對(duì)上班族而言，辦公室是除了住宅以外停留時(shí)間最長的場所，因此，為了保證室內(nèi)人員的健康，有必要對(duì)辦公建筑室內(nèi)空氣污染物進(jìn)行研究。室內(nèi)空氣中污染物主要有PM2.5、甲醛、苯、TVOCs等[2]，其中，對(duì)人體傷害最大的是PM2.5顆粒物[3]，不同于其他污染物，室內(nèi)PM2.5主要源自室外，并受室內(nèi)外眾多因素的影響[4，5]。目前，學(xué)者們針對(duì)室內(nèi)外PM2.5濃度的關(guān)系進(jìn)行了大量的研究，但絕大部分集中于自然通風(fēng)或者窗戶關(guān)閉狀態(tài)下建筑室內(nèi)外PM2.5濃度的數(shù)值關(guān)系[69]。其中，Nakorn 等[10]和VS等[11]對(duì)自然通風(fēng)條件下室內(nèi)外PM2.5濃度進(jìn)行實(shí)測，得到室內(nèi)外PM2.5濃度有相同的時(shí)變規(guī)律；趙力等[12]以自然通風(fēng)下的辦公建筑為例，分別對(duì)冬、夏季室內(nèi)外的PM2.5質(zhì)量濃度進(jìn)行了實(shí)測，發(fā)現(xiàn)冬季室內(nèi)外PM2.5濃度和I/O比值均高于夏季；樊越勝等[13]根據(jù)所建立的質(zhì)量平衡方程對(duì)西安市某辦公建筑室內(nèi)PM2.5濃度進(jìn)行了理論分析，并結(jié)合實(shí)測探討了室內(nèi)外PM2.5濃度變化特征。上述研究主要在自然通風(fēng)條件展開，非自然通風(fēng)條件下的研究主要涉及到窗式空調(diào)、頂板毛細(xì)管輻射末端+獨(dú)立新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)等[1416]，但目前仍缺乏關(guān)于空調(diào)形式對(duì)室內(nèi)外PM2.5濃度相關(guān)性影響的研究。

本文針對(duì)重慶地區(qū)常年高濕度的氣候條件，實(shí)測了某辦公建筑內(nèi)的3間辦公室室內(nèi)外PM2.5濃度，其中3間辦公室分別采用了集中式、分體式和自然通風(fēng)3種空調(diào)形式，探討了不同空調(diào)形式對(duì)其相關(guān)性的影響。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)方案

1.1.1采樣時(shí)間和地點(diǎn)選擇重慶市沙坪壩區(qū)的某5層辦公樓為研究對(duì)象，于2015年7—8月對(duì)位于第2層采用不同空調(diào)形式的3間辦公室室內(nèi)外PM2.5濃度進(jìn)行了30 d的監(jiān)測。被測房間平面布置如圖1，面積均為30 m2（4 200 mm×7 200 mm），室內(nèi)人數(shù)和物品布置基本相同。A辦公室的頂板上均勻布置兩個(gè)送風(fēng)口（200 mm×200 mm），氣流組織形式為上送下回，送風(fēng)速度為1.35 m/s，送風(fēng)量為400 m3/h，其中新風(fēng)量為60 m3/h，新風(fēng)經(jīng)過G4級(jí)粗效過濾之后送入室內(nèi)；B辦公室中有一臺(tái)分體熱泵型落地式房間空調(diào)器，循環(huán)風(fēng)量為400 m3/h，房間內(nèi)未設(shè)置有專門的新風(fēng)和排風(fēng)裝置；C辦公室在測試期間空調(diào)不開啟，門關(guān)閉但窗戶開啟。測試時(shí)，A、B辦公室室內(nèi)溫度控制在26 ℃左右。

1.1.2測試儀器和方法采用HY1000B智能大流量TSP采樣器和HY1000型PM2.5切割器對(duì)室內(nèi)外PM2.5濃度進(jìn)行檢測，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

按照《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883—2002）相關(guān)規(guī)定布置測點(diǎn)，室內(nèi)外測點(diǎn)均離地面1.5 m，具體見圖2。選擇在無雨、無持續(xù)風(fēng)向的天氣進(jìn)行測試，采樣時(shí)段為第一天的15：00至次日的11：00（共計(jì)20 h），通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在12：00—2：00時(shí)間段，人員流動(dòng)和食物散發(fā)味道會(huì)影響測試結(jié)果，因而采樣避開了該時(shí)段。最后，對(duì)采樣前后的濾膜進(jìn)行稱重，得到PM2.5日均濃度值。

1.2數(shù)據(jù)處理

相關(guān)分析用于定量判斷不同因素間關(guān)系的密切程度，其中，Pearson相關(guān)是顆粒物研究領(lǐng)域常用的一種較為簡單的方法，樣本的Pearson相關(guān)系數(shù)R定義式為

2結(jié)果與分析

2.1室內(nèi)外PM2.5日均濃度分析

圖3為集中式空調(diào)辦公室A、分體式空調(diào)辦公室B、非空調(diào)辦公室C和室外環(huán)境的PM2.5日均濃度變化方差圖。PM2.5日均濃度變化范圍依次為55.3～109.4、55.9～98.3、79.2～126.6、92.3～159.3 μg/m3，平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為（86.3 ±14.4）、（74.0 ±14.2）、（100.8±15.6）、（125.3±19.9） μg/m3。顯然，無論室內(nèi)采用何種空調(diào)系統(tǒng)，室外PM2.5日均濃度平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)。

不同空調(diào)形式下室內(nèi)外PM2.5日均濃度差和I/O比變化情況分別如圖4和5所示，由圖4知，A、B、C辦公室的室內(nèi)外PM2.5日均濃度差存在顯著差異，其平均值分別為38.7、51.3、24.6 μg/m3，最大值分別為52.5、79.6、40.6 μg/m3。從圖5可知，集中式空調(diào)辦公室A的室內(nèi)外PM2.5的I/O比在0.59～0.76之間（平均值為0.69），分體式空調(diào)辦公室B室內(nèi)外PM2.5的I/O比在0.47～0.76之間（平均值為0.59），非空調(diào)辦公室C室內(nèi)外PM2.5的I/O比在0.71～091之間（平均值為0.81）。

從上述的數(shù)據(jù)分析中可得，室內(nèi)采用不同的空調(diào)系統(tǒng)形式會(huì)造成室內(nèi)外PM2.5日均濃度差和I/O比的差異，其中，非空調(diào)辦公室的室內(nèi)外PM2.5日均濃度差和I/O比最大，集中空調(diào)辦公室次之，分體式空調(diào)辦公室最小。非空調(diào)狀態(tài)下，窗戶開啟室內(nèi)外空氣交換較多，室內(nèi)顆粒物的主要來源是室外環(huán)境中的PM2.5，并隨濃度變化而變化；集中式空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，引入的室外新風(fēng)經(jīng)粗效過濾，空氣中的細(xì)顆粒物并未得到有效的濾除，因此，室內(nèi)外PM2.5濃度差較小，I/O比較大；分體式空調(diào)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)空氣不斷地循環(huán)，室外空氣只能通過門窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲透作用進(jìn)入室內(nèi)，從而使室內(nèi)外PM2.5日均濃度差值變化范圍較寬，I/O比的波動(dòng)也較大。

2.2室內(nèi)外PM2.5日均濃度相關(guān)性分析

在確定了空調(diào)形式對(duì)室內(nèi)外PM2.5日均濃度會(huì)產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)分別得到集中式空調(diào)、分體式空調(diào)和非空調(diào)環(huán)境下室內(nèi)外PM2.5日均濃度相關(guān)系數(shù)，并利用origin數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)不同空調(diào)形式下辦公室室內(nèi)外PM2.5日均濃度進(jìn)行了線性擬合，所得結(jié)果見圖6。

由圖6（a）可知，整個(gè)測試期間，集中式空調(diào)辦公室的室內(nèi)外PM2.5日均濃度間的相關(guān)系數(shù)為ρ1=0.94（ρ>0.8）表明兩者間存在較好的線性關(guān)系；對(duì)室內(nèi)外PM2.5日均濃度進(jìn)行線性擬合，其線性擬合度R2=0.89，擬合方程為y=0.68x+0845 8，表明在室內(nèi)無明顯室內(nèi)污染源的情況下，集中空調(diào)辦公室的室內(nèi)PM2.5顆粒物主要來源于室外環(huán)境。

分體式空調(diào)環(huán)境下的室內(nèi)外PM2.5日均濃度相關(guān)系數(shù)ρ2=0.77（0.8>ρ>0.3），表明二者間具有線性關(guān)系。圖6（b）為分體式空調(diào)環(huán)境下辦公室室內(nèi)外PM2.5日均濃度的擬合曲線，擬合方程式y(tǒng)=0.55x+5.044，線性擬合度R2=0.59。分體式空調(diào)系統(tǒng)在一定程度上將室內(nèi)外環(huán)境分隔成了兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)境，室外空氣只能經(jīng)過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲透作用進(jìn)入室內(nèi)，但室內(nèi)的PM2.5顆粒物濃度仍受到室外PM2.5濃度的影響。

非空調(diào)下的辦公室室內(nèi)外PM2.5日均濃度相關(guān)系數(shù)ρ3=0.92（ρ>0.8），表明該狀態(tài)下的室內(nèi)外PM2.5濃度存在較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系，線性擬合曲線如圖6（c）所示，擬合得到曲線方程y=0.72x+10709，線性擬合度R2=0.84。對(duì)于非空調(diào)辦公室，室內(nèi)外換氣量大，室外環(huán)境中的PM2.5顆粒物成為了室內(nèi)PM2.5的主要來源，與集中式空調(diào)環(huán)境不同之處在于，室內(nèi)外PM2.5濃度的交換過程同時(shí)還受到室外環(huán)境中的溫度、濕度、風(fēng)速等因素的影響[4]，因此，室內(nèi)外PM2.5濃度的相關(guān)系數(shù)集中空調(diào)環(huán)境下的ρ1略大于非空調(diào)環(huán)境下的ρ3。

3結(jié)論

1）測試期間，辦公室A、B、C和室外PM2.5日均濃度的變化范圍分別為55.3～109.4、55.9～983、79.2～126.6、92.3～159.3 μg/m3，平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為（86.3±14.4）、（74.0±14.2）、（100.8±15.6）、（125.3±19.9） μg/m3；室內(nèi)外PM2.5的I/O比分別處在0.59～0.76（平均值為0.69）、0.47～0.76（平均值為0.59）和0.71～0.91（平均值為0.81）間。

2）針對(duì)文中采用特定氣流組織形式的集中式空調(diào)、分體式空調(diào)和非空調(diào)環(huán)境下的辦公室，室內(nèi)外PM2.5日均濃度相關(guān)系數(shù)分別為0.94、0.77和092，表明無論采用何種空調(diào)形式，室內(nèi)外PM2.5日均濃度均存在顯著的相關(guān)性。其中，集中式空調(diào)環(huán)境下相關(guān)性最顯著，非空調(diào)的自然通風(fēng)狀態(tài)次之，采用分體式空調(diào)線性關(guān)系最弱。

3）在既定的室內(nèi)氣流組織形式下，房間所采用的空調(diào)形式會(huì)影響室內(nèi)外空氣的交換，對(duì)應(yīng)的室內(nèi)外PM2.5日均濃度相關(guān)性也不同，而不論采用何種空調(diào)形式，室內(nèi)外PM2.5濃度之間均存在不同程度的相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]DUAN X L .Exposure factors handbook of chinese pollution [M]. Beijing ：China Environment Press，2013.

[2] 陳雪華.室內(nèi)空氣主要污染物及其健康效應(yīng)[J].中國衛(wèi)生工程學(xué)， 2014，13（2）：170173.

CHEN X H. Indoor air pollution and its health effects [J]. Chinese Health Engineering， 2014，13（2）：170173. （in Chinese）

[3] CHAK K，CHAN X，H Y. Air pollution in mega cities in China [J] .Atoms Environ ment，2008，42（1）：142.

[4] CHEN C， ZHAO B. Review of relationship between indoor and outdoor particles ：I/O ratio， infiltration factor and penetration factor[J].Atmos Environ ment，2011，45（2）：275288.

[5] 王珊，修天陽，孫楊，等.1960—2012年西安地區(qū)霧霾日數(shù)與氣象因素變化規(guī)律分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（1）：1926.

WANG S， XIU T Y， SUN Y， et al. The changes of mist and haze days and meteorological element during 19602012 in Xi'an [J]. Acta Scientiae Circumstantiae，2014，34（ 1） ： 1926.（in Chinese）

[6] 艾麗艷，張桂斌，張金艷，等.北京市朝陽區(qū)室內(nèi)外空氣中細(xì)顆粒物污染狀況分析及相關(guān)性研究[J]. 中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2015，49（8）：279281.

AI L Y， ZHANG G B， ZHANG J Y， et al. Analysis and study of the relationship between indoor and outdoor air pollution PM2.5 in Chaoyang District of Beijing [J].Chinese Journal of Preventive Medicine，2015，49（8）：279281.（in Chinese）

[7] MARTIN B，PALVAR，NICOLAS G. Fine particles in four different indoor environments [J].Indoor and Built Environment ，2002，11（4）：184190.

[6] DIAPOULIA E， CHALOULAKOUB A， KOUTRAKISC P. Estimating the concentration of indoor particles of outdoor origin： A review [J]. Air Waste Management Association，2013，63（10）：11131129.

[7] LI Z， CHAO C， PING W， et al. Influence of atmospheric fine particulate matter （PM2.5） pollution on indoor environment during winter in Beijing [J].Building and Eneironment，2015，87：283291.

[8] MASSEY D， KULSHRESTHA A， MASIH J， et al. Seasonal trends of PM10， PM 5.0，PM2.5 and PM1.0 in indoor and outdoor environments of residential homes located in NorthCentral India [J].Building and Environment，2012，47：223231.

[9] YANG H ，MENG Q， YI L C， et al. Influences of ambient air PM2.5 concentration and meteorological condition on the indoor PM2.5 concentrations in a residential apartment in Beijing using a new approach [J].Environmental Pollution，2015，205：307314.

[10] NAKORN T，PATCHARAWADEE K， CHANAWAT N， et al. Indoor/outdoor relationships of sizeresolved particle concentrations in naturally ventilated school environments [J].Building and Environment，2009，44 ：188197.

[11] V S C，S M， SHIVA N. Impact of outdoor meteorology on indoor PM10，PM2.5 and PM1 concentrations in a naturally ventilated classroom [J].Urban Climate，2014，10：7791.

[12] 趙力，陳超，王平，等.北京市某辦公建筑夏冬季室內(nèi)外PM2.5濃度變化特征 [J].建筑科學(xué)，2015，31（4）：3139

ZHAO L， CHEN C， WANG P， et al. Characteristics of change of PM2.5 mass concentration indoors and outdoors in an office building in Beijing in summer and winter [J].Building Science，2015，31（4）：3339. （in Chinese）

[13] 樊越勝，謝偉，李路野，等.西安市某辦公建筑室內(nèi)外顆粒物濃度變化特征分析[J].建筑科學(xué)， 2013，29（8）： 3944.

FAN Y S， XIE W， LI L Y， et al. Feature analysis of changes of indoor and outdoor particulate matter concentration of a certain office building of Xi'an [J].Building Science，2013，29（8）：3944.（in Chinese）

[14] CHRISTOPHER Y C， KELVIN K.W. Residential indoor PM10 and PM2.5 in Hong Kong and the elemental composition[J]. Atmospheric Environment， 2002，36（2）， 265277.

[15] 嚴(yán)紅亮，張少凡，卜根.南京地區(qū)民用住宅室內(nèi)外PM2.5數(shù)據(jù)實(shí)測研究與相關(guān)性分析[C]//2015全國通風(fēng)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2015：154157.

YAN H L， ZHANG S F， BO G. Measurement and correlation analysis of indoor and outdoor PM2.5 data of residential buildings in Nanjing[C]//Proceedings of the National Symposium on Ventilation Technology，2015：154157. （in Chinese）

[16] 黃衍， 李旻雯，李景廣.教室內(nèi)新風(fēng)機(jī)開啟情況下空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].通風(fēng)與室內(nèi)空氣污染控制，2015：237243.

HUANG Y， LI M W， LI J G. Research on the air quality in the classroom with fresh air systems [J]. Ventilation and Indoor Air Pollution Control，2015：237243. （in Chinese）