广州办公建筑室内外细颗粒物污染现状调研

王学鹏

摘要：PM2.5污染已经成为公众高度关的环境问题，人们绝大部分的时间是在室内度过的，我们更关心建筑室内PM2.5的污染情况及应对方法。通过对实测数据进行研究总结，可以发现室内外PM2.5浓度水平存在比较大的相关性，其受大气的风速、相对湿度影响比较大。

关键词：细颗粒物；PM2.5变化规律；PM2.5控制措施

有研究结果表明[1-3]，室内外颗粒物浓度水平之间存在密切的相关性，室内颗粒物浓度变化大部分由室外引起，即室外颗粒物是室内污染的主要来源。本文着手于以广州地区一栋办公建筑的室内外实测PM2.5浓度水平及室外天气状况为例，对此建筑室内外污染现状进行调研，结合气象参数对室内外污染水平加以分析，总结室内外PM2.5浓度水平变化的规律。

1、测量平台

室内测量平台选址于广州申菱空调设备有限公司广州办事处，办事处位于广州市天河北路563号金田花苑11层。测量平台为一处无人带外窗的房间，主要设备为两台LD-5C（R）在线式激光粒子监测仪，用于测量大气PM2.5计重浓度。仪器灵敏度为1μg/m3，每隔5分钟自动记录一次数据，并定时将数据导出。

室外直接采用当地气象台发布的实时数据，数据每小时更新一次，每次更新间隔一个小时的测量均值。测量点位于建筑附近一所小学周围。

2、数据总结

通过对室内外PM2.5的浓度水平变化规律结合室外干球温度、相对湿度，大气压力，风速，风向等室外气象参数，进行数据处理及总结，可以得到以下几点结论。

2.1风速因素

由于广州地区盛行东南向海风，一般情况下海风污染较少，PM2.5浓度水平很低，海风经过城市能够带走或冲淡一部分的大气污染，使大气中细颗粒物的粒径分布发生改变，从而使大气PM2.5浓度水平降低，在广州地区大多数风速较大的时候，大气PM2.5浓度水平较低，而在风速不大的情况下，大气中PM2.5扩散较慢，容易形成堆积从而造成较高的PM2.5浓度水平。在风速比较大的时候，室内外换气次数变大，在单位时间内，室内有更多的PM2.5被带出室外或从室外进入，所以风速更大的时候，室内PM2.5浓度水平变化规律往往和室外PM2.5浓度水平变化规律关系更紧密，能够更快速地跟随室外PM2.5浓度水平的变化而变化。

2.2湿度因素

数据中多数大气湿度接近100%的时候，PM2.5浓度水平比较低，很大一部分原因是因为广州市大气湿度接近饱和时多为下雨天气，PM2.5在大气中被溶入水中，雨水冲刷，使得大气PM2.5浓度水平降低。

此外，PM2.5往往是随着速度比较高的气流通过窗户缝隙渗透至室内的。在空气相对湿度非常大的时候，由于自身较多的成分与大气中的成分发生了物理化学反应，导致颗粒物质量增大，在较高的速度下，其本身惯性大大增加。颗粒物在惯性很大的情况下，更容易在在通过窗户缝的过程中，偏离空气流线与窗户缝隙的壁面接触并附着在壁面上，使得进入室内的PM2.5进一步降低。

2.3温度因素

对于温度而言，相比较于风速和湿度，其对室内外PM2.5浓度水平变化规律的影响比较小，温度只是对影响的湿度影响比较大。往往室内外M2.5浓度水平的变化伴随着室外风速和湿度的变化，并且温度的变化幅度相对风速和湿度而言非常小，所以单独分析风速对室内外PM2.5浓度水平变化规律的影响是很难看到明显的规律的。

2.4污染气体因素

PM2.5中的有机物、硝酸盐、硫酸盐和铵盐主要由气态污染物二次转化生成，累计占PM2.5的70%，是重污染情况下PM2.5浓度升高的主导因素，而这些由气态污染物二次转化生成的PM2.5受到大气中NO2、SO2浓度的直接影响。所以，往往在NO2、SO2浓度水平升高的情况下，PM2.5的浓度水平也明显随之增大。

3、室内外PM2.5变化规律初探

将整理后的室内外PM2.5浓度数据，以25μg/m³为浓度区间将所有散点划分为若干个区间，取每个区间内，顺序排序在95%的散点进行归纳，并为其作线性回归曲线，令其过坐标轴原点。可以得到直线y=0.7968x，即：一般情况下，室外PM2.5最多可能进入有限的数量至室内，使I/O比约为0.7968。

一般情况下，室内颗粒物来源主要有两方面，一方面来自于室外，即室外颗粒物通过建筑围护结构渗透进来的，另一方面来自于室内本身，即室内源产生的颗粒物，对此，我们假定测量对象中，每小时内PM2.5浓度水平是恒定的，且换气次数基本不变。

为了简化室内外PM2.5浓度相关性模型，忽略以下过程与作用对室内颗粒物浓度的影响：室内颗粒物之间的碰撞凝聚作用、气体凝结产生新的颗粒物、通风空调系统或净化过滤设备的机械过滤排除的颗粒物、室内人员活动导致的再扬尘作用，因此，室内颗粒物浓度的主要影响过程为室外渗透、室内排出、室内沉降与室内源项，由于此次测量环境中，没有室内源产生的颗粒物，根据质量守恒定律，可以得到程如下方程模型：

（1）

式中—室内颗粒物质量浓度（μg/m³）或数量浓度（个/m³）；

—室外颗粒物质量浓度（μg/m³）或数量浓度（个/m³）

—换气次数（次/小时，h-1）

—表面去除率常数，，表示i表面的颗粒沉积速率，表示i表面面积，V表示房间体积。

—颗粒物穿透系数，表征室外颗粒物通过建筑围护结构能力的无因次参数。P=1表示完全穿透，P=0表示室外颗粒物无法穿透。

由于房间内没有污染源，假设室内外PM2.5浓度水平均为稳态，可将公式简化为

（2）

假定房间换气次数为每小时8次，设定颗粒物穿透系数取值为0-1，表面去除率常数取值为0-2，带入测量平台实测室某两个典型天数，即室外风速、湿度、温度等影响因素变化比较稳定的连续48小时室内外PM2,5浓度水平，用最小二乘法进行累计误差计算，换气次数由每小时2次逐级增加至8次，进行多次拟合曲面图，亦可得到穿透率P的取值范围在0.7-1之间。取P的最大值1，将P代入公式，去除率常数k取0.2，带入图3.25所示回归直线y=0.7968x，由式（2）可求得α=4.7。至此，可以由室外PM2.5浓度水平估算此测量办公室内的PM2.5浓度水平。

4、总结

通过上述公式，假定当室外PM2.5浓度水平为150μg/m³时，由当时的室外气象参数，如风速、湿度、温度等因素，以及该办公建筑室内换气次数约α为每小时4.7次，由于室内没有污染源，没有人为干扰，房间体积V=18m³，穿透率由上可取区间0.7-1，可以估算出室内没有PM2.5污染的情况下，室外PM2.5每小时进入室内PM2.5的质量为。经计算，可得一小时内，室外进入室内的PM2.5质量为8.83~12.68mg。

也可以这么来说，当室外PM2.5浓度水平大约超过150μg/m³时，根据式（2），可以得到室内PM2.5浓度水平已经超过80μg/m³，便能肯定室内空气质量不在优良的范围内了。

至此，可以根据上述推导得出结论：当室外PM2.5浓度小于75μg/m³的时候，室内PM2.5的浓度在较低的水平，当室外PM2.5浓度处于75μg/m³~150μg/m³的时候，关闭门窗可以保证室内PM2.5的浓度较低的水平，在室外PM2.5浓度大于150μg/m³的时候，应当采取措施，例如启用加装合适过滤器的机械通风系统，阻止室外PM2.5向室内渗透，以保证室内的优良空气品质。

参考文献：

[1]徐亚，赵金平，陈进生，张福旺.室内空气中颗粒物污染特征研究[J].环境污染与防治，2011,33（1）：52-60

[2]符新燕.自然通风条件下可吸入颗粒物对室内空气品质影响的预测研究[D].陕西：西安科技大学，2010