齊子姝，郭利敏，張 語，徐 陽

1吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，長春 130118

2吉林市大地技術(shù)咨詢有限公司，吉林 132000

旅館是臨時居住的重要場所,具有使用率高、人員密集性高等特點.在全國酒店數(shù)量中中小型旅館占比高達78 %,入住人數(shù)逐年攀升,研究中小型旅館室內(nèi)污染物分布規(guī)律及其影響因素至關(guān)重要.文獻[1]提出了基于模型預(yù)測的居住建筑室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)PM 2.5控制方法,并采用蟻群算法對其優(yōu)化.文獻[2]通過CFD軟件數(shù)值模擬分析了居住建筑二氧化碳濃度變化規(guī)律具有可行性.文獻[3]研究表明，溫度、濕度、換氣率、板材表面積、板材質(zhì)量等級、房間體積對居住建筑室內(nèi)甲醛濃度具有一定影響，并以此建立了預(yù)測甲醛濃度變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型.綜上所述，針對居住建筑室內(nèi)污染物濃度變化規(guī)律的相關(guān)研究較多,缺少對典型旅館建筑室內(nèi)污染物變化規(guī)律及其影響因素的相關(guān)研究,為了有效預(yù)測旅館內(nèi)污染物濃度的變化情況,本文在前人相關(guān)研究基礎(chǔ)上,通過實地調(diào)研與測試,并采用線性回歸方法建立了污染物濃度變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型,為控制室內(nèi)污染物濃度提供理論依據(jù).

1 測試方案

1.1 建筑概況

本文針對寒冷地區(qū)天津市的典型中小型旅館進行研究.該旅館位于商貿(mào)城2樓,共有34間客房,客房面積為20 m2,且每間客房都有1扇窗,窗尺寸為1.2 m×1.5 m.已知旅館裝修時間超過3年,室內(nèi)裝有空調(diào)器但未裝新風系統(tǒng),室內(nèi)溫度在23 ℃±5 ℃,相對濕度在60 %±16 %.所有實地測試皆是在2021年7月份至8月份完成.

1.2 儀器選取及其測試參數(shù)

測試儀器選用清大健環(huán)多種污染物濃度測試儀和WSZY-1溫濕度自記儀,清大健環(huán)多種污染物濃度測試儀用于測試PM 2.5濃度、CO2濃度、CH2O濃度,具體技術(shù)參數(shù)見表1.當傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時,傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大,使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號.測試儀可以將主機與電腦連接直接讀取、保存測試數(shù)據(jù),測試儀每間隔1 min記錄一次數(shù)據(jù),取60 min的平均值作為該小時的污染物濃度值.WSZY-1溫濕度自記儀由儀表和數(shù)字化集成溫濕度傳感器組成,具體技術(shù)參數(shù)見表2.用于測試室內(nèi)溫度和濕度,可設(shè)置起始時間,自動記錄數(shù)據(jù),充電1次可至少使用3個月,測試間隔設(shè)置3 h,可通過USB接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦.

表1 多種污染物濃度測試儀技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of various pollutant concentration tester

表2 WSZY-1溫濕度自記儀技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of WSZY-1 temperature and humidity recorder

1.3 測試方案與布點

通過分析污染物的影響因素確定設(shè)計測試方案分為:有人工況和無人工況.其中有人工況按照入住人員數(shù)量分為1人,2人,3人,主要測試室內(nèi)PM 2.5濃度和CO2濃度;在無人工況時測試室內(nèi)甲醛濃度.旅館房間面積為20 m2,布置1個測點,測點設(shè)在室內(nèi)對角線上,測試裝置距離地面 1.2 m(考慮客人坐時一般高度).

2 污染物測試結(jié)果與分析

2.1 PM 2.5測試結(jié)果與分析

對旅館室內(nèi)和室外PM 2.5濃度進行測試,測試結(jié)果見圖1,并參照我國室內(nèi)PM 2.5濃度限值[4]對測試結(jié)果進行分析,客人吸煙時,入住1位客人、2位客人、3位客人的客房內(nèi)PM 2.5超標率分別為83.0 %,87.5 %,95.8 %,濃度范圍分別為29 ug/m3～567 ug/m3,31 ug/m3～873 ug/m3,34 ug/m3～1 127 ug/m3,可知入住人數(shù)越多,超標率越高.另外,本文還分析了在入住1位不吸煙客人時室內(nèi)PM 2.5的超標率為12.5 %,其濃度范圍為16 ug/m3～38 ug/m3,通過與入住1位客人且吸煙時結(jié)果對比,可知超標率有所降低但依然超標，通過對比室內(nèi)外PM 2.5濃度變化曲線可知，這兩者間存在顯著相關(guān)性，且室內(nèi)PM 2.5濃度超標與室外PM 2.5濃度超標有關(guān).綜上可知,客房內(nèi)PM 2.5濃度主要受客人數(shù)量、客人是否吸煙、室外PM 2.5濃度、溫濕度的影響.另外,在本測試過程中客房窗戶均為關(guān)閉狀態(tài),室內(nèi)PM 2.5濃度超標也與客人喜好關(guān)窗的習慣有密切聯(lián)系,關(guān)閉門窗僅靠門窗縫隙滲透通風對降低室內(nèi)PM 2.5濃度效果較差.PM 2.5濃度隨溫濕度變化情況如圖2,圖3所示.由此可知,溫濕度越高,PM 2.5濃度越低，說明適當增加溫度或濕度可降低PM 2.5濃度.

圖1 不同工況時PM 2.5濃度變化Fig.1 PM 2.5 concentration changes underdifferent working conditions

圖2 PM 2.5濃度隨溫度變化Fig.2 PM 2.5 concentration changes with temperature

圖3 PM 2.5濃度隨濕度變化Fig.3 PM 2.5 concentration changes with humidity

2.2 CO2測試結(jié)果與分析

旅館內(nèi)CO2濃度測試結(jié)果如圖4所示.參照我國室內(nèi)CO2濃度標準值[4]進行分析,入住1位客人、2位客人、3位客人時,客房內(nèi)CO2超標率分別為45.8 %,54.2 %,75 %,濃度范圍分別為458 ppm～1 437 ppm,455 ppm～2 104 ppm,551 ppm～2 742 ppm.由圖2可知,旅館房間內(nèi)CO2含量較高,尤其在客人入住一晚后CO2濃度迅速飆升,峰值分別達到了1 500 ppm,2 000 ppm,2 700 ppm左右,已經(jīng)嚴重危害到了人體健康,人員離開房間,CO2濃度不斷降低,如此往復(fù).通過上述分析可知,CO2濃度主要與入住人員數(shù)量及人員在室內(nèi)停留時間長短有關(guān)，溫度和濕度與CO2濃度之間無明顯相關(guān)性.

圖4 不同人數(shù)時CO2濃度變化Fig.4 Change of CO2 concentration with different number of people

2.3 CH2O測試結(jié)果與分析

無人時旅館房間內(nèi)CH2O濃度測試結(jié)果見圖5.參照文獻[4]旅館建筑CH2O濃度限值進行分析,該旅館超標率為12.5 %,濃度范圍為0.02 mg/m3～0.11 mg/m3.第1天(1 h～24 h)關(guān)門窗,第2天(25 h～48 h)開門窗,由圖5可知,在關(guān)門窗時段主要有2個時間點甲醛濃度超標,分別為第6 h和第21 h.并且可知,在第9 h、第12 h、第15 h、第18 h 時，CH2O濃度處于《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》規(guī)定限值.通過統(tǒng)計分析可知，在關(guān)門窗時CH2O濃度為0.1 mg/m3和0.11 mg/m3的時刻占比75 %,CH2O濃度為0.9 mg/m3的時刻占比25 %,可知在關(guān)門窗時CH2O濃度較高,維持在限值左右,而之后開門窗時甲醛濃度得到降低且無超標時間點,表明甲醛濃度與是否關(guān)門窗有關(guān),開門窗措施可有效降低CH2O濃度.在開窗時段甲醛濃度由24 h時的0.09 mg/m3下降至48 h的0.02 mg/m3,可以看出開門窗時間越長，甲醛濃度越低,甲醛濃度與開門窗時間長短有關(guān).

圖5 室內(nèi)無人時CH2O濃度變化Fig.5 Change of CH2O concentration when no one was in the room

綜上所述,CH2O濃度和超標率與溫度、濕度、是否開門窗及開門窗時間有關(guān).CH2O濃度隨溫濕度變化情況如圖6,圖7所示,溫濕度越高，室內(nèi)CH2O濃度越高，說明CH2O擴散與溫濕度成正相關(guān).

圖6 CH2O濃度隨溫度變化Fig.6 CH2O concentration changes with temperature

圖7 CH2O濃度隨濕度變化Fig.7 CH2O concentration changes with humidity

3 污染物濃度預(yù)測模型

通過對實測結(jié)果的分析，得出影響旅館室內(nèi)PM 2.5,CO2和CH2O濃度的主要因素,從而得出污染物濃度的擬合曲線、常規(guī)殘差及相關(guān)系數(shù)R2.常規(guī)殘差可用于考察模型假設(shè)的合理性及數(shù)據(jù)的可靠性,殘差值的絕對值越小,預(yù)測值越準確.R2是衡量曲線整體的擬合度,是表達因變量與所有自變量之間的總體關(guān)系,R2值越接近1,表明污染物濃度擬合曲線越能代表實際污染物濃度變化情況.

3.1 PM 2.5濃度擬合

通過分析可知，影響室內(nèi)PM 2.5濃度的主要因素包括室外PM 2.5濃度、濕度和溫度,分別依次作為因素1(室外PM 2.5濃度x1),因素2(濕度x2),因素3(溫度x3).以入住人數(shù)為1人不吸煙時為例，求得室內(nèi)PM 2.5濃度的擬合曲線為y=-2 426.768 69+5.671 78x1+ 5.784 01x2+67.06x3,R2= 0.752 07,通過Origin軟件得到不同因素下室內(nèi)PM 2.5濃度的常規(guī)殘差圖,如圖8～圖10所示.由此可知，室外PM 2.5濃度、濕度和溫度的常規(guī)殘差較小,對最終結(jié)果影響不大,表明預(yù)測值可代表真實值. 通過對PM 2.5濃度進行多因素分析可知，各因素對PM 2.5濃度的影響從大到小依次為溫度、室外PM 2.5濃度、濕度.

圖8 室外PM 2.5常規(guī)殘差圖Fig.8 Routine residual of outdoor PM 2.5

圖9 濕度常規(guī)殘差圖Fig.9 Conventional residual diagram of humidity

圖10 溫度常規(guī)殘差圖Fig.10 Conventional residual diagram of humidity

3.2 CO2濃度擬合

影響室內(nèi)CO2濃度的主要因素包括入住人數(shù)和入住時間,分別依次作為因素1(入住人數(shù)x1),因素2(入住時間x2).求得室內(nèi)CO2濃度的擬合曲線為y=-213.875+495.962 5x1+61.562 5x2,R2= 0.958 01,通過Origin軟件得到不同因素下室內(nèi)CO2濃度的常規(guī)殘差圖，見圖11,圖12.由此可知，人數(shù)和時間的常規(guī)殘差較小,對最終結(jié)果影響不大,表明預(yù)測值可代表真實值.通過對CO2濃度進行多因素分析可知，各因素對PM 2.5濃度的影響從大到小依次為入住人數(shù)、入住時間.

圖11 人數(shù)常規(guī)殘差圖Fig.11 Conventional residual diagram of numbers

圖12 時間常規(guī)殘差圖Fig.12 Conventional residual diagram of time

3.3 CH2O濃度擬合

影響室內(nèi)CH2O濃度的主要因素包括開門窗時間、是否開門窗、濕度和溫度,分別依次作為因素1(開門窗時間x1),因素2(是否開門窗x2,橫坐標“x2=1”代表開門窗,“x2=2”代表關(guān)門窗),因素3(濕度x3),因素4(溫度x4).求得室內(nèi)CH2O濃度的擬合曲線為y=0.256 92-(1.256 e-4)x1-0.050 6x2+0.001 4x3-0.008 14x4,R2=0.869 17.通過Origin軟件得到不同因素下室內(nèi)CH2O濃度的常規(guī)殘差圖見圖13,圖14,圖15,圖16.由此可知，開門窗時間、是否開門窗、濕度和溫度的常規(guī)殘差較小,對最終結(jié)果影響不大,表明預(yù)測值可代表真實值.通過對CH2O濃度進行多因素分析可知，各因素對CH2O濃度的影響從大到小依次為濕度、是否開門窗、溫度、時間.

圖13 開門窗時間常規(guī)殘差圖Fig.13 Conventional residual diagram of opening time

圖14 是否開門窗常規(guī)殘差圖Fig.14 Conventional residual diagram ofwhether to open doors and windows

圖15 濕度常規(guī)殘差圖Fig.15 Conventional residual diagram of humidity

圖16 溫度常規(guī)殘差圖Fig.16 Conventional residual diagram of temperature

4 結(jié)論

本文以寒冷地區(qū)裝修3年以上的中小型旅館作為研究對象,對客房內(nèi)污染物濃度進行測試分析,得到以下結(jié)論:

(1) 已知客人全部吸煙,當入住1位客人、2位客人、3位客人時客房內(nèi)PM 2.5超標率分別為83 %,87.5 %,95.8 %,CO2超標率分別為45.8 %,54.2 %,75 %,可知當客人全部吸煙時,中小型旅館中PM 2.5超標率較高,CO2超標率相對較低.客房內(nèi)PM 2.5濃度受客人是否吸煙以及吸煙人數(shù)影響,同時室內(nèi)PM 2.5還受室外PM 2.5濃度影響,在室內(nèi)不吸煙時室內(nèi)PM 2.5與室外PM 2.5具有相關(guān)性.CO2濃度主要與入住人員數(shù)量及是否開門窗有關(guān).

(2) 對裝修3年以上的旅館進行CH2O濃度測試,結(jié)果表明CH2O超標率為12.5 %.通過分析可知CH2O的超標率除了與溫度和濕度有關(guān)，也與是否開門窗和開門窗時間的長短有關(guān).

(3) 綜上所述,中小型旅館存在多種污染物超標現(xiàn)象,室內(nèi)設(shè)計時應(yīng)考慮增設(shè)帶凈化功能的新風系統(tǒng)或有效的通風換氣設(shè)備.通過對PM 2.5,CO2,CH2O 3種污染物作擬合曲線得到PM 2.5,CO2,CH2O的R2分別為0.752 07,0.958,01,0.869,17,可見R2都接近于1,表明擬合曲線能夠代表室內(nèi)污染物濃度變化情況.

(4) 通過對PM 2.5,CO2,CH2O進行多因素分析,可知溫度對PM 2.5濃度影響最大,入住人數(shù)對CO2濃度影響最大,濕度對CH2O濃度影響最大.因此降低寒冷地區(qū)中小型旅館室內(nèi)污染物濃度時需合理安排室內(nèi)入住人數(shù)及適當調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度.本研究對改善室內(nèi)環(huán)境起到了指導(dǎo)作用,為下一步采取特定方法降低污染物濃度以及中小型旅館室內(nèi)設(shè)計提供理論依據(jù).