西安建筑科技大學(xué) 吳定萌 張 瑩 李安桂 熊 靜 高 然

0 引言

近年來，室內(nèi)空氣質(zhì)量受到了人們越來越多的關(guān)注，因為大部分人在室內(nèi)環(huán)境中度過85%～90%的時間[1]。大學(xué)高校的辦公室是學(xué)生們學(xué)習(xí)和科研的場所，學(xué)生們每天在辦公室度過約11 h的時間甚至更長，辦公室內(nèi)的空氣質(zhì)量將影響學(xué)生的身體健康和學(xué)習(xí)狀態(tài)。大學(xué)高校的辦公室面積較小，通常人員密度較大。在室內(nèi)環(huán)境中，長期暴露于高濃度的空氣真菌中可能會引起呼吸系統(tǒng)疾病、過敏癥狀及癌癥[2-6]。有文獻(xiàn)已經(jīng)證明，空氣真菌是引起建筑物相關(guān)疾病和病態(tài)建筑綜合征(SBS)、慢性疲勞綜合征的主要原因[7]。另外，較小粒徑的空氣真菌(0.65～4.70 μm)可能滲透到下呼吸系統(tǒng)[8]，對室內(nèi)人員健康造成嚴(yán)重威脅。

空氣真菌的濃度與許多因素和來源有關(guān)。Wang等人發(fā)現(xiàn)房屋潮濕和室內(nèi)有明顯的霉斑會增加空氣真菌的濃度[9]。Kozdrój等人研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)存在大量植物時會增加空氣真菌的濃度，另外，高濃度的顆粒物組分可能與空氣真菌濃度有關(guān)[10]。Wu等人的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，空氣真菌與相對濕度和溫度成正比，秋季的濃度高于冬季，另外，室外空氣真菌是室內(nèi)真菌的來源之一[11]。Zhai等人綜合敘述了空氣真菌的影響因素和來源[12]。因此，評估空氣真菌和影響因素的關(guān)系十分重要。

本文選取某高校學(xué)生辦公室，進(jìn)行室內(nèi)外空氣真菌的現(xiàn)場調(diào)查，分析空氣真菌濃度和粒徑在一天內(nèi)各時間段的變化，以及室內(nèi)外空氣真菌濃度的相關(guān)性，為研究開窗自然通風(fēng)與室內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)系提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣地點和時間

采樣地點位于西安某高校辦公室，選取的辦公室位于2層，使用面積約為23 m2，辦公室內(nèi)能容納12～14人學(xué)習(xí)。室內(nèi)有1臺壁式空調(diào)，采樣期間未運行。室內(nèi)無肉眼可見的霉菌生長，室內(nèi)有12套臺式計算機(jī)及部分盆栽和辦公學(xué)習(xí)用品。辦公室人員在不影響采樣的前提下可隨意活動。根據(jù)GB/T 18204.3—2013《公共場所衛(wèi)生檢驗方法 第3部分：空氣微生物》的現(xiàn)場采樣點布置要求[13]，在辦公室的中央設(shè)置1個室內(nèi)采樣點。且在辦公室唯一的窗戶外設(shè)置1個室外采樣點，距離建筑約1 m，周圍有大量樹木與綠地。采樣示意圖見圖1。2019年11月19—21日連續(xù)3天，每天08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00進(jìn)行室內(nèi)外空氣真菌樣品的采集。

圖1 采樣地點示意

1.2 采樣策略

使用六級撞擊式Andersen采樣器(FA-3型，中國)對室內(nèi)外的空氣真菌進(jìn)行采集，采樣器粒徑分為六級：Ⅰ(>7.0 μm)、Ⅱ(4.7～7.0 μm)、Ⅲ(3.3～4.7 μm)、Ⅳ(2.1～3.3 μm)、Ⅴ(1.1～2.1 μm)、Ⅵ(0.65～1.1 μm)，并以28.3 L/min的空氣流速運行5 min，每次采集重復(fù)3次以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。采樣器放在離地面約1.2 m的位置以模擬人坐著的呼吸高度。采樣之前使用75%的酒精對采樣器進(jìn)行消毒。使用裝有馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)的90 mm培養(yǎng)皿采樣，采樣結(jié)束后，將培養(yǎng)皿運至實驗室，并倒置放在27 ℃下培養(yǎng) 3～5 d。培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行菌落形態(tài)觀察并計數(shù)，使用Positive-hole法對菌落數(shù)進(jìn)行校正處理[14]。

在采集空氣真菌的同時，記錄了室內(nèi)人數(shù)，另外使用Swema風(fēng)速儀(范圍0.05～3.00 m/s，精度0.001 m/s，型號3000，瑞典)在房間窗戶(上懸窗，開啟角度約30°)旁設(shè)置風(fēng)速測量點，記錄上懸窗中心風(fēng)速(見圖1)，風(fēng)速的取值保留小數(shù)點后兩位有效數(shù)字。

1.3 計算方法

根據(jù)采樣時間和氣體流速，利用式(1)計算空氣真菌的總濃度。

(1)

式中C為空氣真菌總濃度，cfu/m3；Pr為校正菌落計數(shù)，cfu。

各級空氣真菌的分布比例按式(2)計算。

(2)

式中Ri為各級真菌所占的百分比；Ci為空氣真菌第i級的濃度，cfu/m3。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

使用Origin 2016和SPSS 25對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理。Kolmogorov-Smirnov檢驗發(fā)現(xiàn)空氣真菌的數(shù)據(jù)為非正態(tài)性分布。因此，使用多樣本Kruskal-WallisH檢驗用于比較不同時段真菌濃度。使用Spearman相關(guān)性分析室內(nèi)外真菌濃度和上懸窗中心風(fēng)速及室內(nèi)人數(shù)的相關(guān)性；線性回歸分析用于理解室內(nèi)空氣真菌濃度與室外空氣真菌濃度和室內(nèi)人數(shù)的關(guān)系，統(tǒng)計顯著性定義為顯著性水平P<0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 室內(nèi)外空氣真菌濃度的時間段變化及室內(nèi)外空氣真菌濃度比值

室內(nèi)外空氣真菌濃度隨時間的波動如圖2所示。12:00室內(nèi)外空氣真菌濃度達(dá)到最大值，分別為4 429、29 452 cfu/m3；最小值出現(xiàn)在14:00，分別為1 698、3 569 cfu/m3。12:00室外空氣真菌濃度大于其他時間段(P<0.05)，這是由于12:00學(xué)生們下課，大量學(xué)生從采樣點旁經(jīng)過，造成沉降的孢子重新懸浮，增大了空氣真菌濃度[15]。賈麗等人也證實了這一觀點，他們發(fā)現(xiàn)空氣真菌濃度最大值與人流量的峰時段較為吻合[16]。Goh等人發(fā)現(xiàn)在早上或者傍晚(08:00和20:00)室外空氣真菌濃度最大[17]，由于其采樣地點為新加坡，早晨和傍晚室外氣溫較低而相對濕度較高，與本文室外環(huán)境差異較大，因此出現(xiàn)室外真菌濃度隨時間的變化規(guī)律不同。

圖2 室內(nèi)外空氣真菌濃度隨時間的波動

本研究的室內(nèi)外空氣真菌濃度比值在0.15～0.63之間，每個時間段的空氣真菌濃度比值都小于1.0(見圖3)，說明室外空氣真菌濃度都大于室內(nèi)。這是因為室外有大量的植物和土壤等空氣真菌的來源，從而增大了空氣真菌的濃度[12]。Kim等人也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，指出醫(yī)院、托兒中心、老年人福利設(shè)施和產(chǎn)婦休養(yǎng)中心的室內(nèi)外空氣真菌濃度比值都小于1[8]。Wu等人也發(fā)現(xiàn)圖書館秋冬兩季的室內(nèi)外空氣真菌濃度的比值小于1.0[11]。

圖3 室內(nèi)外空氣真菌濃度比值

本研究辦公室的室內(nèi)空氣真菌平均濃度為2 591 cfu/m3，遠(yuǎn)大于我國臺北幾個辦公室的真菌濃度(16倍)[18]，并且也遠(yuǎn)大于Magorzata等人對辦公室的研究結(jié)果(18倍)[19]。Magorzata等人發(fā)現(xiàn)裝有空調(diào)系統(tǒng)及機(jī)械送排風(fēng)系統(tǒng)的辦公室室內(nèi)空氣真菌濃度較低，室內(nèi)裝有空調(diào)系統(tǒng)及機(jī)械送排風(fēng)系統(tǒng)有助于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量[19]。

2.2 室內(nèi)外空氣真菌濃度相關(guān)性分析

從室內(nèi)人員數(shù)量和上懸窗中心風(fēng)速進(jìn)行分析，上懸窗中心風(fēng)速和室內(nèi)人數(shù)如表1所示。上懸窗中心平均風(fēng)速有一定的波動，在0.24～0.42 m/s之間，最大值(0.42 m/s)出現(xiàn)在08：00，最小值(0.24 m/s)出現(xiàn)在14：00。室內(nèi)平均人數(shù)在1～7人之間波動，在12：00最多(7人)。

表1 上懸窗中心風(fēng)速和室內(nèi)人數(shù)

室內(nèi)空氣真菌濃度與上懸窗中心風(fēng)速和室內(nèi)人數(shù)及室外空氣真菌濃度之間的Spearman相關(guān)性系數(shù)如表2所示。室內(nèi)空氣真菌濃度與室內(nèi)人數(shù)呈顯著正相關(guān)(R=0.447，P<0.05)。Rajasekar等人在美食廣場也發(fā)現(xiàn)相似的規(guī)律，空氣真菌濃度與人數(shù)呈顯著正相關(guān)性[20]。本研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)空氣真菌濃度與上懸窗中心風(fēng)速無顯著相關(guān)性(P>0.05)。可能是由于除了風(fēng)速本身外，其他因素如真菌的種類、研究區(qū)域等也會對其產(chǎn)生影響[12]，且開窗自然通風(fēng)本身比較復(fù)雜，窗戶的風(fēng)速呈間歇性而且比較隨機(jī)，因此上懸窗中心風(fēng)速對室內(nèi)真菌濃度的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

表2 室內(nèi)空氣真菌濃度與上懸窗中心風(fēng)速、室內(nèi)人數(shù)和室外空氣真菌濃度的Spearman相關(guān)性

室內(nèi)空氣真菌濃度與室外空氣真菌濃度也呈顯著正相關(guān)(R=0.753，P<0.05)[20]，且室內(nèi)外空氣真菌顯示強(qiáng)正相關(guān)性[21]，這也說明了室內(nèi)外空氣真菌是息息相關(guān)的。室外空氣真菌可通過開窗、滲透等途徑進(jìn)入室內(nèi)，影響室內(nèi)空氣真菌的濃度。Frankel等人的研究也發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外空氣真菌濃度呈顯著正相關(guān)性[22]。且上文中室內(nèi)外空氣真菌濃度比小于1.0，線性回歸中室外空氣真菌是室內(nèi)空氣真菌的顯著影響因子(P<0.05，見表3)。因此，本研究推斷室外空氣真菌是室內(nèi)空氣真菌的主要來源，且在室外空氣真菌濃度高的情況下，建筑直接開窗通風(fēng)會增加室內(nèi)空氣真菌濃度上升的概率。

表3 室內(nèi)空氣真菌濃度與室內(nèi)人數(shù)、室外空氣真菌濃度的線性回歸分析

2.3 室內(nèi)外空氣真菌的粒徑分布

由于空氣真菌粒徑大小對應(yīng)的可能進(jìn)入人體呼吸道的部位不同，掌握空氣真菌粒徑的分布也十分重要[11]。本文中不同時段的室內(nèi)外空氣真菌粒徑分布特征基本相同，但各級真菌粒徑百分比不同。測試結(jié)果表明空氣真菌粒徑分布基本不隨時間變化而變化，總體呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布，室內(nèi)外空氣真菌從Ⅰ級到Ⅳ級逐漸增加，而后Ⅴ級到Ⅵ級逐漸減少。這一結(jié)果也表明室外真菌向室內(nèi)的滲透導(dǎo)致了均勻的室內(nèi)/室外尺寸分布格局。Priyamvada等人也報道了室內(nèi)外真菌氣溶膠的相似粒徑大小分布模式[23]。

室內(nèi)外每個時間段的空氣真菌粒徑百分比最大值皆分布在Ⅳ級(見圖4)，08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00室內(nèi)最大值分別為44.1%、40.7%、37.3%、35.2%、41.1%、46.8%、47.1%，室外最大值分別為50.6%、39.6%、39.3%、36.8%、40.9%、40.7%、42.9%。方治國等人也發(fā)現(xiàn)室內(nèi)空氣真菌粒徑分布總體特征不隨各種條件(家庭環(huán)境、季節(jié)特征、兒童性別、房屋結(jié)構(gòu))的變化而變化，空氣真菌粒徑最大值分布在Ⅳ級[24]。Wu等人也發(fā)現(xiàn)秋季圖書館室內(nèi)外空氣真菌粒徑最大值分布在Ⅳ級[11]。室內(nèi)外空氣真菌粒徑可進(jìn)入到人體下呼吸道的多達(dá)85.0%。

3 結(jié)論

以學(xué)生辦公室為例，測試分析了室內(nèi)外真菌濃度相關(guān)性，測試期間，室內(nèi)外空氣真菌濃度變化范圍分別為1 698～4 429 cfu/m3和3 569～29 452 cfu/m3，最大值均出現(xiàn)在12：00。直接開窗通風(fēng)條件下，室內(nèi)外空氣真菌濃度比值均小于1，Spearman相關(guān)性分析顯示室內(nèi)外濃度呈顯著正相關(guān)，且線性回歸分析表明室外空氣真菌濃度是室內(nèi)空氣真菌濃度的顯著影響因子，因此，可推斷本研究室外空氣真菌是室內(nèi)的主要來源。另外，Spearman相關(guān)性分析顯示室內(nèi)空氣真菌濃度與室內(nèi)人數(shù)也呈顯著正相關(guān)。室內(nèi)外空氣真菌粒徑分布總體均呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布，空氣真菌粒徑最大值出現(xiàn)在第IV級(2.1～3.3 μm)。