王文淵

摘 要 文章基于目前公共建筑室內(nèi)PM2.5污染迫切改善的前提下，對PM2.5研究的背景、室內(nèi)外PM2.5污染源及相關性、中央空調(diào)風系統(tǒng)對室內(nèi)PM2.5影響的研究進行闡述。從改善建筑氣密性及中央空調(diào)通風條件、中央空調(diào)通風系統(tǒng)清洗、中央空調(diào)機組加裝靜電除塵裝置、中央空調(diào)系統(tǒng)加裝中高效過濾器等方面給出了中央空調(diào)系統(tǒng)建筑室內(nèi)PM2.5控制方法，旨在為采用中央空調(diào)系統(tǒng)的公共建筑室內(nèi)PM2.5污染治理提供研究思路。

關鍵詞 中央空調(diào)系統(tǒng)；公共建筑；PM2.5；空氣凈化

中圖分類號 TU834 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）207-0125-03

1 研究背景

1.1 研究背景和意義

根據(jù)2016年《中國環(huán)境狀況公報》，2016年我國338城市中發(fā)生重度污染2 464天次、嚴重污染784天次，以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天數(shù)的80.3%。國外學者研究發(fā)現(xiàn)，病態(tài)建筑綜合征（SBS）的一個重要因素是室內(nèi)顆粒物。人類活動80%是在室內(nèi)。開展公共建筑室內(nèi)PM2.5污染研究，特別是針對采用中央空調(diào)系統(tǒng)的公共建筑，對保障人體健康有著重大意義。

1.2 PM2.5對健康的影響

《2010年全球疾病負擔評估》研究報告表明，細顆粒物（PM2.5）形式的室外空氣污染居全球20個首要致死風險因子第九位，在我國首要致死風險因子中排第四。1982-1998年，美國癌癥協(xié)會（ACS）通過對近50萬名成人的研究，研究范圍覆蓋全美50個州、151個大中城市，結果表明，PM2.5每增加10μg/m3可使總死亡率、心血管疾病死亡率以及肺癌死亡率分別增高4%、6%以及8%。顆粒物對人類健康，特別是心血管健康、呼吸系統(tǒng)健康等，有著重要影響，致病機理有待于進一步的研究。

1.3 國內(nèi)外PM2.5控制法規(guī)和標準

目前，我國及世界主要國家、世界衛(wèi)生組織已經(jīng)制定了PM2.5控制法規(guī)和標準，部分標準見表1。

2 室內(nèi)PM2.5污染研究現(xiàn)狀

2.1 室內(nèi)PM2.5污染源

目前，關于建筑物室內(nèi)PM2.5源解析方法大多數(shù)通過大氣顆粒物源解析技術進行，較為成熟的源解析方法主要有：正矩陣因子分析法、化學質(zhì)量平衡法以及主成分分析法。室內(nèi)PM2.5污染源由室內(nèi)來源和室外來源組成。

PM2.5室內(nèi)來源主要由人員活動、室內(nèi)污染物產(chǎn)生。細微顆粒物與人員活動有密切的關系。Austen研究發(fā)現(xiàn)，人靜止狀態(tài)下PM2.5顆粒的發(fā)生率約為1×105個，步行或者運動產(chǎn)生更多的PM2.5顆粒。沉積在地面或者室內(nèi)物品外表面的顆粒會因人的活動再次懸浮到空氣中。Congrong He通過對人為室內(nèi)清潔等活動所產(chǎn)生的PM2.5顆粒研究，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)清掃產(chǎn)生的PM2.5速率為0.04mg/min～0.07mg/min。香煙產(chǎn)生的煙霧是建筑室內(nèi)空氣中PM2.5主要來源。徐春雨等通過對重慶市不同公共建筑PM2.5濃度影響因素研究，表明吸煙密度是影響室內(nèi)PM2.5的重要因素，這一結論與國內(nèi)外其他研究相吻合。

PM2.5室外來源一般通過機械通風系統(tǒng)或者建筑圍護結構傳入。

2.2 室內(nèi)外PM2.5濃度相關性

室內(nèi)外顆粒物的關系和來源分析方法主要有I/ O比分析以及線性回歸分析。經(jīng)過對多個室內(nèi)建筑的研究，PTEAM認為無明顯室內(nèi)污染源時，室內(nèi)PM2.5濃度的60%～70%來自室外。Nakorn和VS等通過對自然通風條件下室內(nèi)外PM2.5濃度實測，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外PM2.5濃度有相同的時變規(guī)律；鄭杰等研究非自然通風條件夏季重慶某辦公建筑中室內(nèi)外PM2.5濃度比發(fā)現(xiàn)，建筑室內(nèi)外PM2.5濃度的相關性受到建筑內(nèi)空調(diào)形式的影響。

2.3 中央空調(diào)風系統(tǒng)對室內(nèi)PM2.5影響

中央空調(diào)系統(tǒng)適用于面積大、房間集中的場所，廣泛應用于商場、辦公樓、博物館、醫(yī)院等公共建筑。大多數(shù)公共建筑室內(nèi)沒有安裝空氣凈化裝置。美國環(huán)保局以及丹麥技術大學對美國和歐洲部分中央空調(diào)系統(tǒng)進行研究，表明中央空調(diào)系統(tǒng)中通風系統(tǒng)產(chǎn)生的主要污染物（可懸浮顆粒物以及微生物）占室內(nèi)空氣污染物的42%～53%。

我國國家標準《室內(nèi)空氣質(zhì)量》GB/T 18883-2002規(guī)定，新風量應不小于30m3（h·人）。中央空調(diào)系統(tǒng)中，新風機組加裝粗中效凈化器并不能有效控制進入室內(nèi)的PM2.5污染物。室外空氣PM2.5嚴重污染的情況下，加大新風量會使室內(nèi)PM2.5濃度大幅升高；但是減小新風量，會使室內(nèi)工作人員有空氣不新鮮的感覺，產(chǎn)生疲勞、注意力不集中的后果，嚴重時會引發(fā)相關性疾病。室外空氣質(zhì)量優(yōu)良時，新風量越大，室內(nèi)PM2.5污染物就能得到越大的稀釋，改變室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)建筑室內(nèi)PM2.5控制方法

中央空調(diào)系統(tǒng)建筑室內(nèi)PM2.5控制主要有改善建筑氣密性及通風條件、中央空調(diào)通風系統(tǒng)清洗、中央空調(diào)機組加裝靜電除塵裝置、中央空調(diào)系統(tǒng)加裝中高效過濾器等方法。

3.1 改善建筑氣密性及中央空調(diào)通風條件

良好的建筑氣密性大大降低室外空氣滲透能力，最大限度減少室外PM2.5進入室內(nèi)的數(shù)量，同時也是建筑節(jié)能控制的重要指標。清華大學建筑學院研究結果表明，室外進入室內(nèi)的顆粒物主要是顆粒小、毒性大的顆粒，顆粒物粒徑大小與建筑物的氣密性、通風換氣頻率有關。

建筑通風應在室內(nèi)形成良好的氣流組織，通過中央空調(diào)新風控制，將新鮮空氣按需送到人員需求區(qū)，同時及時將室內(nèi)污染物排除，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。不同的通風形式有不同的氣流組織形式，應根據(jù)不同區(qū)域、不同季節(jié)，采取不同的中央空調(diào)新風控制模式。

3.2 中央空調(diào)通風系統(tǒng)清洗

中央空調(diào)通風系統(tǒng)潔凈程度對室內(nèi)空氣質(zhì)量有很大影響。根據(jù)2004年衛(wèi)生部對我國60多個城市公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)查結果，所調(diào)查的公共建筑空調(diào)風管內(nèi)積塵量超過20g/m3，最高積塵量超過468g/m3。中央空調(diào)通風系統(tǒng)運行一段時間后，過濾器、過濾網(wǎng)、管道上會積聚灰塵，過濾效率下降，影響正常使用，需要定期進行過濾網(wǎng)、管道、過濾器的清洗或者更換。中央空調(diào)設備需要有專門的技術人員進行操作，根據(jù)天氣污染狀況，定期、及時的調(diào)整風道清洗、過濾網(wǎng)清洗及更換次數(shù)。

3.3 中央空調(diào)機組加裝靜電除塵裝置

靜電除塵系統(tǒng)是基于靜電吸附原理研發(fā)的除塵設備。中央空調(diào)機組加靜電除塵裝置后凈化除塵效率可達90%以上，同時有良好的除菌及除有害氣體的作用。缺點主要有：一次投資較大、設備穩(wěn)定性有待進一步提高。靜電除塵系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生臭氧。國家標準《空氣過濾器》GB/T 14295-2008規(guī)定：試驗環(huán)境條件下，額定風量下，靜電過濾器臭氧發(fā)生濃度需低于0.16mg/m3。有研究表明，在小風量條件下，使用靜電除塵系統(tǒng)，中央空調(diào)出風口產(chǎn)生的臭氧濃度可能超標。通過在靜電除塵系統(tǒng)后加裝活性炭纖維層等措施，可以使出口風量臭氧濃度滿足國家標準。

中國建筑科學研究院科研樓PM2.5污染治理工程，針對建筑物中央空調(diào)系統(tǒng)通風量大、新風含塵量高的特點，在粗效過濾器的基礎上加入靜電除塵措施進行PM2.5治理。在設備運行過程中，將PM2.5濃度檢測與控制劃分為：日常檢測、定期普查與運行管理3個層次，將室內(nèi)空氣治理納入到運營管理中，同時加強對靜電除塵凈化器的清洗工作。重污染天氣時，PM2.5綜合去除率約為86%；嚴重污染天氣時，PM2.5綜合去除率略有下降。

3.4 中央空調(diào)系統(tǒng)加裝中高效過濾器

空氣過濾器結構簡單、使用方便，初期成本低，無污染氣體產(chǎn)生；缺點有：不能重復使用，需定期更換過濾器；風道阻力較高，機組更加耗電能。

根據(jù)我國空氣過濾器標準，按照性能劃分，空氣過濾器分為粗效、中效、中高效以及亞高效過濾器類型，高效過濾器分為A、B、C三種類型，超高效過濾器分為D、E、F三種類型。目前，大多數(shù)公共建筑室內(nèi)安裝的初效過濾器對PM2.5控制較為乏力。曹國慶等通過對公共建筑室內(nèi)PM2.5污染控制研究，給出了空調(diào)過濾器選型的方法：風機盤管加新風系統(tǒng)，風機盤管上不布置過濾器時，新風過濾器級別應不低于F8；無新風的風機盤管系統(tǒng)，風機盤管上應布置不低于M6級別過濾器；無回風過濾器的中央空調(diào)系統(tǒng)，新風過濾器應布置不低于G4級別過濾器，主過濾器應布置不低于F7級別過濾器。

國家博物館PM2.5污染治理工程，根據(jù)博物館建筑類型的特點，調(diào)研市場上較為成熟的6種PM2.5治理方案，確定PM2.5治理方案為：初效加高效板式過濾器對中央空調(diào)風系統(tǒng)顆粒物進行過濾。同時，提高室外空氣進入展廳所經(jīng)過的通道的清洗力度、及時修復漏風過濾網(wǎng)、定期更換過濾網(wǎng)等措施加強對設備的管理維護。當國家博物館室外空氣PM2.5污染達到嚴重污染以上時，室內(nèi)展廳空氣質(zhì)量仍能滿足國家空氣質(zhì)量標準；公共區(qū)域由于空氣對流、空間較大等原因部分區(qū)域仍存在PM2.5污染超標問題。

4 研究展望

公共建筑室內(nèi)PM2.5污染控制及治理工程，應根據(jù)建筑物特點，綜合考慮建筑物室內(nèi)空氣質(zhì)量、建筑節(jié)能、噪聲污染、設備投資等，采用多種PM2.5控制方法，使得治理PM2.5污染性價比較高、治理效果較好。針對目前采用中央空調(diào)系統(tǒng)的公共建筑室內(nèi)PM2.5研究與控制現(xiàn)狀，作者提出以下幾點展望。

1）不同功能和類型公共建筑物室內(nèi)新風氣流組織及室內(nèi)PM2.5顆粒成分仍有進一步研究空間。

2）新型空氣過濾材料、技術的出現(xiàn)，應盡快應用于PM2.5研究與控制上，進一步提高建筑物空調(diào)通風系統(tǒng)中空氣過濾裝置的安全性和可靠性。

參考文獻

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