谷 偉， 彭章娥

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 城市建設(shè)與安全工程學(xué)院， 上海 201418)

自1986年7月1日起，義務(wù)教育被我國制訂為基本國策，九年制義務(wù)教育在全國范圍內(nèi)被大力推行。隨著義務(wù)教育進(jìn)程的不斷推進(jìn)，至今全國范圍內(nèi)的中小學(xué)學(xué)校數(shù)量與規(guī)模已十分龐大。教室作為中小學(xué)學(xué)校里學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的主要場所，其內(nèi)部空氣質(zhì)量直接影響學(xué)生的身體健康與學(xué)習(xí)情況[1]。對教室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行有效的評估是了解教室室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)劣的一種科學(xué)有效的方法[2]。對此，Yu等[3]通過問卷調(diào)查和實測數(shù)據(jù)的方法，對高校建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了實測評估。黃梓薇等[4]利用問卷調(diào)查和室內(nèi)參數(shù)實測等方法，對綠色中學(xué)教室室內(nèi)環(huán)境實際狀況進(jìn)行了綜合評估。趙瑞蘭等[5]基于多項衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)，對中小學(xué)教室進(jìn)行了室內(nèi)評估。朱中平等[6]采取分層抽取法，對深圳市某區(qū)中小學(xué)教室顆粒物現(xiàn)狀進(jìn)行了主觀評估。易可華等[7]采用分層隨機抽樣方法，對上海市奉賢區(qū)8所學(xué)校進(jìn)行空氣監(jiān)測及評估。結(jié)果表明，上述評估結(jié)果能夠較為有效地反映該中小學(xué)當(dāng)前教室空氣環(huán)境的總體情況。

因此，建立合適的中小學(xué)教室室內(nèi)空氣質(zhì)量評估模型，可以幫助我們科學(xué)的評估教室空氣質(zhì)量，從而讓學(xué)校更客觀地了解到當(dāng)前教室內(nèi)的空氣質(zhì)量，更及時地判斷其對學(xué)生身體健康的影響狀況，進(jìn)而為學(xué)校改善教室空氣質(zhì)量采取相關(guān)措施所提供依據(jù)。本研究分析中小學(xué)教室室內(nèi)空氣污染狀況并闡述了當(dāng)前中小學(xué)教室中主要污染物種類、基于教室內(nèi)學(xué)生的體感與心理因素以及客觀評估因素，建立了中小學(xué)教室室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合評估模型，并結(jié)合各污染物實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了評估和分析。

1 教室空氣污染現(xiàn)狀、污染物來源及危害分析

1.1 教室空氣污染現(xiàn)狀

為了解我國中小學(xué)生教學(xué)環(huán)境的現(xiàn)況，一些學(xué)者已對位于全國各省市的教室室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行了大量的抽查，但結(jié)果并不令人滿意。馬莉蓉等[8]對北京市東城區(qū)一些教室的教學(xué)環(huán)境及微氣候等方面進(jìn)行了衛(wèi)生學(xué)檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)教室內(nèi)的二氧化碳(CO2)濃度超標(biāo)率較高。金艷伶等[9]對位于北京市城區(qū)的某些學(xué)校教室內(nèi)CO2濃度進(jìn)行了實時在線監(jiān)測，結(jié)果表明所監(jiān)測教室的CO2濃度有超標(biāo)現(xiàn)象，且處于教學(xué)時間中的CO2碳濃度較高。娜仁托婭等[10]以烏魯木齊市第六十五中學(xué)教室為研究對象，對教室空氣中的一些污染物進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果顯示教室空氣中的苯及其衍生物、CO2、PM10(總懸浮顆粒物)等的平均值在采暖期較高，苯及其衍生物以外的污染物在教學(xué)時間內(nèi)有明顯增加。周書涵等[11]對位于上海市某學(xué)校教室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了抽查，結(jié)果表明教室內(nèi)的CO2濃度在短時內(nèi)可達(dá)到一定濃度，但在關(guān)窗后室內(nèi)PM2.5(可吸入顆粒物)總量保持不變。隋學(xué)敏等[12]對位于西安某教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)處于教室空氣內(nèi)的CO2濃度在教學(xué)狀態(tài)時遠(yuǎn)超出國家標(biāo)準(zhǔn)值，且大部分同學(xué)對教學(xué)狀態(tài)下教室內(nèi)空氣品質(zhì)表示不滿意。朱中平等[5]對位于深圳市某區(qū)中小學(xué)教室內(nèi)的一些空氣可吸入顆粒物進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示一些可吸入顆粒物的濃度最大值嚴(yán)重超標(biāo)，且整體污染情況較嚴(yán)重。曲云霞等[13]對位于濟南某中學(xué)教室空氣質(zhì)量進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示教室內(nèi)的CO2濃度已經(jīng)大大超過國家標(biāo)準(zhǔn)，并且室內(nèi)PM2.5日均濃度也已超出國家標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，我國教室內(nèi)的空氣質(zhì)量問題較嚴(yán)重，而且已不再是個別地區(qū)或?qū)W校的問題，應(yīng)予以高度重視。

1.2 教室內(nèi)污染物來源及危害分析

為充分考慮室外大氣環(huán)境和教室室內(nèi)空氣環(huán)境對教室空氣質(zhì)量的影響。我們將教室空氣中的苯及其衍生物、甲醛、氨、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、PM10和CO2等對人體影響較大的污染物作為主要目標(biāo)，分別對其在教室空氣中的來源及危害進(jìn)行探討。

教室空氣中的甲醛主要來自教室中的建筑裝飾材料、桌椅所釋放的甲醛和少量的教室內(nèi)使用的化學(xué)洗滌劑中。它主要危害人體的免疫功能，易導(dǎo)致人體產(chǎn)生刺激感、過敏、肺功能異常和嗅覺異常等健康危害[14]。

苯及其衍生物(苯、甲苯、二甲苯等)是教室內(nèi)揮發(fā)性有機化合物的主要成分之一[15]，教室空氣中的苯及其衍生物主要來源于學(xué)生使用的修正液、修正帶、膠帶、衣物洗滌劑、教室內(nèi)裝飾材料及人體代謝廢物等。室內(nèi)空氣中的苯及其衍生物會影響人體的粘膜和皮膚，使人出現(xiàn)頭暈、惡心等不良癥狀，且極易誘發(fā)人體產(chǎn)生血液系統(tǒng)的疾病。

氨是一種具有強烈刺激性的氣體，教室空氣中的氨主要來源于人體代謝廢物、教室內(nèi)建筑裝飾材料以及座椅粘結(jié)膠體等，容易對人體的口腔、鼻腔和上呼吸道產(chǎn)生刺激和腐蝕危害[16]。

SO2是一種無色氣體，有強烈的刺激性氣味的氣體，教室空氣內(nèi)的微量的SO2主要來源于教室外學(xué)校周圍的化工廠與周邊行駛的汽車所排放的尾氣中[17]。SO2被人體吸入后主要損害人的呼吸器官，引起呼吸麻痹和肺水腫等情況。

CO是一種對人體有很強的毒性作用的氣體，教室內(nèi)的一氧化碳主要來自室外化工廠、汽車尾氣等污染源[16]。在被人體吸入后，主要影響人體呼吸系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)，易引發(fā)心血管疾病、頭痛、頭暈、記憶力減退等現(xiàn)象。

CO2是一種無色無味的氣體，教室里的CO2主要來源于人體的呼吸活動，其含量與教室的體積、學(xué)生人數(shù)及開窗狀況有關(guān)，其濃度過高時對人體有害。當(dāng)室內(nèi)CO2的質(zhì)量濃度≤0.07%時，人體感覺正常；當(dāng)其質(zhì)量濃度約為0.07%～0.10%時，敏感人群能感到異味存在；當(dāng)其質(zhì)量濃度約為0.10%～0.15%時，人體開始感到不適；當(dāng)其質(zhì)量濃度增加到0.30%～0.40%時，人體可能發(fā)生呼吸困難，并可能出現(xiàn)血壓高、耳鳴、脈搏慢、頭痛等癥狀[9]。

通常教室內(nèi)極少存在燃燒、吸煙等人為活動，教室空氣中的PM10(主要來源于室外環(huán)境的粉塵顆粒及人員運動引起的室內(nèi)粉塵等[5]。PM10損害人體呼吸道功能并且能影響免疫功能，長期處于PM10濃度較高的環(huán)境中，鼻咽炎及呼吸道感染的患病率可能大大增加[5]。

教室空氣中的氮氧化物主要來源于教室外學(xué)校周圍的化工廠以及周邊行駛的汽車所排放的尾氣[16]。在此類揮發(fā)于空氣中的氮氧化物中，NO2對人體危害較大，被人體吸入后會嚴(yán)重危害人體呼吸器官的健康。被吸入的NO2可能使人體產(chǎn)生肺充血、肺水腫、肺炎以及支氣管炎等癥狀[16-17]。

2 中小學(xué)教室室內(nèi)空氣質(zhì)量評估方法

2.1 針對我國教室的具體情況設(shè)計3種不同的評估方法

2.1.1 客觀評估法

通過室內(nèi)污染物檢測指標(biāo)直接評估室內(nèi)空氣質(zhì)量的方法稱為客觀評估法[18]。在評估時，由于與室內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)的低濃度污染物較多難以完全覆蓋，須選取具有代表性的污染物作為評估指標(biāo)，從而進(jìn)行全面、公正地反映室內(nèi)空氣質(zhì)量。

由于處于不同地區(qū)教室內(nèi)空氣污染特點以及人體健康狀況的不同，人體對教室內(nèi)環(huán)境的反應(yīng)和接受程度亦不同，在選擇評估指標(biāo)時應(yīng)當(dāng)予以充分考慮。此外，在選擇評估指標(biāo)時還需考慮其應(yīng)具有長期、穩(wěn)定、易于檢測和低檢測成本等特點。

客觀評估法的實施通常從測量污染物濃度開始?？諝赓|(zhì)量等級可按該種污染物的實際濃度評定，將超過國家最低標(biāo)準(zhǔn)濃度限制的設(shè)置為Ⅲ級；將低于國家最低標(biāo)準(zhǔn)濃度限制且>50%國家最低標(biāo)準(zhǔn)濃度限制的設(shè)置為Ⅱ級；將低于50%國家最低標(biāo)準(zhǔn)濃度的設(shè)置為Ⅰ級。而后在對室內(nèi)所有污染物濃度進(jìn)行加權(quán)平均后可得到相應(yīng)的客觀評估級別。

2.1.2 體感與心理因素評估法

人們對環(huán)境的體感與心理因素主要體現(xiàn)于對室內(nèi)空氣品質(zhì)的不可接受率、以及對室內(nèi)空氣的不良感知的2個方面。這2種體感與心理因素評估值反映了當(dāng)前室內(nèi)空氣質(zhì)量人的內(nèi)心中的優(yōu)劣程度[19]。

體感與心理因素評估法的實施可從確認(rèn)室內(nèi)人員的滿意程度開始。在進(jìn)行評估時，將十分不滿意設(shè)置為9，將滿意設(shè)置為5，將十分滿意設(shè)置為1。在對室內(nèi)所有人員的滿意程度進(jìn)行加權(quán)平均后可得到相應(yīng)的滿意級別。

2.1.3 綜合評估法

在對教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行綜合評估時，首先需要明確不良空氣的種類和程度，并結(jié)合客觀檢測指標(biāo)推斷出教室內(nèi)空氣污染物的分布狀況與客觀評估結(jié)果的一致性情況，最后得出教室內(nèi)空氣質(zhì)量評估等級。

而對教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行實際評估時，應(yīng)充分考慮體感與心理因素以及客觀影響因素，客觀地建立綜合評估法進(jìn)行評估[20]。

2.2 教室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合評估模型的建立

基于上述3.1中的3種不同空氣質(zhì)量評估方法，建立綜合評估模型A。

(1)算術(shù)疊加指數(shù)qi代表上述教室內(nèi)每個污染物組份的疊加指數(shù)

qi=∑BiQi

(1)

式中：算術(shù)疊加指數(shù)qi定義為污染物濃度Qi與其權(quán)系數(shù)Bi之積；權(quán)系數(shù)Bi為[1, 10]之間的整數(shù)。

(2) 體感與心理因素評估指數(shù)Zt表示體感與心理因素評估指數(shù)的疊加值

Zt=∑StCt

(2)

式中：體感與心理因素評估指數(shù)Zt定義為體感與心理因素的值St(見表1)和其權(quán)系數(shù)Ct之積；權(quán)系數(shù)Ct取值范圍為(0，1)。

表1 因素取值

(3) 綜合評估模型表示空氣質(zhì)量的優(yōu)劣程度

A=qi+zt

(3)

式中：A為綜合評估指數(shù)；qi為算術(shù)疊加指數(shù)；zt為體感與心理因素評估指數(shù)。

2.3 評估模型指數(shù)

基于上述分析，建立了評估模型指數(shù)表。教室內(nèi)的空氣質(zhì)量的評估結(jié)果，可根據(jù)綜合評估模型A對應(yīng)表2中等級評估結(jié)果計算得出。

表2 綜合評估指數(shù)及評估等級

2.4 教室空氣中的主要污染物監(jiān)測結(jié)果與評估

對已采集的位于北京市某中學(xué)[16]不同教室的空氣污染物樣本中的甲醛、氨、CO2、SO2、PM10等5種污染物情況進(jìn)行分析，具體檢測值見表3至表7。

表3 教室空氣中甲醛的含量

表4 教室空氣中氨的含量

表5 教室空氣中CO2的含量

表6 教室空氣中SO2的含量

表7 教室空氣中PM10的含量

對于5種不同樣本，利用綜合評估模型對教室室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行評估，為便于統(tǒng)計，在此規(guī)定權(quán)系數(shù)Bi取5；規(guī)定權(quán)系數(shù)Ct為0.1。對于樣本1的評估步驟如下所示：

(1) 算術(shù)疊加指數(shù)

q1=∑BiQi=∑5Qi=5(0.008 4+0.003 4+0.034+0.013 6+0.056 0)=0.577 0

(2) 體感與心理因素評估指數(shù)

Z1=∑StCt=3×0.1=0.3

(3) 綜合評估指數(shù)

A1=q1+z1=0.877 0

對于5種樣本的評估等級如表8所示。

表8 5種樣本的評估等級

評估結(jié)果顯示：樣本1、4、5為等級Ⅱ(輕度污染)；樣本2為等級Ⅲ(一般污染)；樣本3為等級Ⅰ(潔凈空氣)。

3 結(jié) 語

教室內(nèi)空氣質(zhì)量評估是了解教室內(nèi)空氣環(huán)境的一種科學(xué)方法，評估結(jié)果可以更客觀地了解到當(dāng)前教室內(nèi)的空氣質(zhì)量，更及時地判斷其對學(xué)生身體健康的影響狀況。分析了中小學(xué)教室室內(nèi)空氣污染現(xiàn)況，并對當(dāng)前中小學(xué)教室空氣中主要污染物的特性及來源方面做了概述。結(jié)合教室內(nèi)學(xué)生的體感與心理因素以及客觀評估因素，建立了針對中小學(xué)教室室內(nèi)空氣質(zhì)量的綜合評估模型。根據(jù)綜合評估模型對北京市某中學(xué)5個教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行了評估，經(jīng)分析，綜合評估模型的評估結(jié)果能夠有效的反應(yīng)出當(dāng)前教室內(nèi)空氣的質(zhì)量。