两典型办公室室内颗粒物浓度监测与分析

陈治清 林忠平 朱卫华 张昊

同济大学机械与能源工程学院

两典型办公室室内颗粒物浓度监测与分析

陈治清 林忠平 朱卫华 张昊

同济大学机械与能源工程学院

对一普通办公楼及甲级办公楼办公室内、外颗粒物浓度进行监测。监测结果显示建筑室外颗粒物污染严重；普通办公楼室内颗粒物污染严重，甲级办公楼室内颗粒物浓度较低；甲级办公楼室内外颗粒物浓度I/O比值较普通办公楼小；两办公楼室内、外的PM 2.5污染均较PM 10污染频繁；室内人和物的剧烈活动、吸烟等活动会造成严重的室内颗粒物污染。

室内颗粒物浓度I/O比典型办公室

0 引言

人们的健康与空气中颗粒物浓度有直接关系，颗粒物由人体呼吸作用进入呼吸系统，粗颗粒被上呼吸道系统中的呼吸粘膜拦截，增加呼吸道粘膜工作负担，引起呼吸系统不适；细颗粒物如PM 2.5则能够进入人体肺泡甚至血液循环系统，引起心肺功能障碍[1]。

研究颗粒物污染对人体健康的影响时，须认识到现代社会人类有90%时间停留在室内，即人体对颗粒物污染的暴露主要发生在室内[2～3]。办公室工作人员每天有8小时的时间在办公室内度过，办公室室内颗粒物的浓度将直接关系到室内人员颗粒物污染暴露水平及身体健康。樊越胜等人对西安市某高校一栋采用多联机空调方式的办公楼室内外颗粒物浓度进行监测，监测结果显示在室内无人员办公及设备运行时，室内颗粒物污染严重[4]；段琼等人对太原理工大学某采用自然通风的办公室室内外颗粒物浓度进行监测，监测结果显示室内外颗粒物浓度严重超标，且室内颗粒物污染较室外严重，室内污染源是室内颗粒物污染的主要来源[5]。而对于不同等级的办公建筑，由于围护结构气密性、室内人员设备、通风空调方式等不同，室内颗粒物污染情况会有所不同。文中笔者对两栋不同等级的办公建筑室内外颗粒物质量浓度及其空调系统中的颗粒物质量浓度进行监测，并分析监测数据。

1 监测方案

1.1 监测对象

将被监测的两栋办公楼编号A、B。其中A建筑为上海某大学校园内一栋普通多层办公楼，选取其2楼某办公室作为测试办公室；其围护结构气密性较差，室内采用分体空调供冷热，无独立新风，空调室内机回风口处设置有过滤网以阻挡异物进入空调内部。B建筑为上海市中心某甲级高层办公楼，选取其17楼一个敞开式办公室作为测试办公室；其围护结构气密性极佳，外窗常闭、不可开启，室内采用定风量集中式空调送风供冷热，空调系统的过滤器设置示意如图1，新风经新风过滤器过滤后与回风混合，然后经过2#过滤器处理后送入室内，其中2#过滤器为铁丝网过滤器。

1.2 监测仪器及监测方案

采用TSI8534型DUSTTRAKTM气溶胶监测仪检测室内外颗粒物浓度。该仪器可同时测量、显示、记录空气中颗粒物的5个不同粒径档的质量浓度分布，分别为PM 1、PM 2.5、PM 4、PM 10及TSP。本次测试中，采样流量设置为3L/m in，每2s采集一次数据。

笔者在冬季分别对A、B建筑所选办公室内外的颗粒物浓度进行监测，各监测3天，每天早上、中午、下午各监测1h。根据监测时间和地点，将各组监测数据编号为A11、A12、A13、A21、A22、A23、A31、A32、A33、B11、B12、B13、B21、B22、B23、B31、B32、B33；被监测办公室在监测过程中室内人员均正常办公，无剧烈运动，室内打印机未工作，门窗关闭，空调正常工作。在监测过程中对所监测的办公室空调送风系统内的颗粒物浓度进行监测；其中A建筑的监测内容为室内机过滤网前后的颗粒物浓度，B建筑的监测内容为空调送风系统内各风管（总送风管、新风管）内的空气颗粒物浓度。

在上述测试之余，在对B建筑监测的第一天对B建筑其他楼层办公室、防烟楼梯间内颗粒物浓度进行抽测。

由于只有一台TSI8534，为准确反映室内颗粒物浓度和室外颗粒物浓度与室内颗粒物浓度的关系，将每次监测时间设定为5min，室内外颗粒物浓度监测交替进行。

2 颗粒物浓度监测结果及分析

2.1 办公室内外的监测结果及分析

室内、外颗粒物浓度监测值将反映室内、外颗粒物污染情况。对室内外PM 2.5和PM 10的质量浓度的每个小时监测值求均值，对比世界卫生组织（WHO）2005发布的《空气质量准则》设定的空气质量准则值及三个过渡期目标值的24h均值[6]、中国2012年12月颁布的《环境空气质量标准》中颗粒物浓度24h均值的准则值[7]，制作对比结果图如图2、3；其中《空气质量准则》设定的PM 2.5质量浓度24h准则值25μg/m3，PM 10质量浓度24h准则值为50μg/m3；过渡期1内PM/PM 10的24h均值的目标值为75/150μg/m3；过渡期1内PM/PM 10的24h均值的目标值为50/100μg/m3；过渡期3内PM/PM 10的24h均值的目标值为35/70μg/m3；《环境空气质量标准》设定的24h均值准则值与《空气质量准则》过渡期1的目标值相同。

由图2可见，2/3的A建筑室外PM 2.5质量浓度监测值超过《环境空气质量标准》PM 2.5浓度限值和《空气质量准则》过渡期3的PM 2.5目标值75μg/m3，所有的B建筑室外PM 2.5质量浓度监测值超过75μg/m3；可见A、B建筑室外PM 2.5污染频率较高。笔者考察监测建筑周边环境，得知A、B建筑均临靠主要交通干道，来往车辆频繁，汽车尾气使得周边环境颗粒物污染严重。此外，1/3的A建筑室内PM 2.5质量浓度监测值超过75μg/m3；B建筑室内PM 2.5质量浓度监测值均小于75μg/m3；可见在监测时间内，B建筑室内PM 2.5污染频率小于A建筑。

由图3可见，A、B建筑室外PM 10监测值中有2/3的数据小于《环境空气质量标准》PM 10浓度限值和《空气质量准则》过渡期3的PM 10目标值150μg/m3；A、B建筑室内PM 10质量浓度监测值均小于150μg/m3。对比相应监测时间内室内PM 2.5、PM 10的污染情况，可发现监测时间内PM 2.5污染较PM 10污染频繁。

对比图2与图3，计算室内外PM 2.5与PM 10的质量浓度比值，得到图4；可发现室外PM 2.5/PM 10值均大于75%，室内PM 2.5/PM 10值均大于90%，可见室内外空气中PM 2.5是PM 10的主要质量成分。对比《空气质量准则》和《环境空气质量标准》中对PM 10和PM 2.5质量浓度限值的规定[6][7]，可发现PM 2.5质量浓度限值为PM 10质量浓度限值的50%，显著小于环境空气中PM 2.5/PM 10比值，这是造成PM 2.5污染频率高于PM 10污染的原因。对比室内、室外PM 2.5/PM 10比值，发现室内监测数据的PM 2.5/PM 10值大于室外监测数据比值，这一结果是巧合还是有规律可循，需更多监测数据予以验证。

对比图3与图4，可发现室外空气颗粒物浓度高时，室内颗粒物也相应较高，室内、外空气中颗粒物浓度变化具有较一致性；计算PM 2.5、PM 10的I/O比（室内外颗粒物浓度比），得到图5；可发现两建筑监测数据的9个I/O比值均较一致，表明室内颗粒物浓度与室外颗粒物浓度有较高的相关性。此外，图5中可看出A建筑PM 2.5、PM 10的I/O比均显著大于B建筑；相比B建筑，A建筑围护结构气密性不佳，围护结构缝隙较大，且无新风过滤器，对随着室外空气进入室内的颗粒物滤除效率低，导致A建筑颗粒物I/O比显著大于B建筑。从图5中可见PM 2.5的I/O比略大于PM 10的I/O比，笔者认为，这是由于室内颗粒物污染多来源于室外，室外空气通过空气过滤器及围护结构缝隙时，大颗粒物被滤除的概率大于小颗粒物，从而使得PM 2.5的I/O比略大于PM 10的I/O比。

2.2 空调送风系统的监测结果及分析

现场利用TSI8534测试A办公室室内机的送风口和回风口的颗粒物浓度，测试结果显示送、回风口颗粒物浓度监测值相同，即所设置的过滤网对PM 10及PM 2.5无过滤效率。

对B建筑2#过滤器（铁丝网过滤器）上、下游的颗粒物浓度监测结果显示该类型过滤器对PM 2.5的过滤效率为0。在新风管上1#测点处测得经新风过滤器处理后新风中的颗粒物浓度，在送风管2#测点处测得新回风混合后经过2#过滤器处理后的送风颗粒物浓度，测试结果见表1。与同时刻B建筑室外颗粒物浓度对比（室外颗粒物浓度为PM 2.5：238μg/m3），可发现新风处理器中1#过滤器对PM 2.5的过滤效率为42.5%（1-137/238）；室内回风与其PM 2.5浓度2倍以上的新风混合后，送风PM 2.5浓度增加有限，可见新风比较小，按PM 2.5浓度计算，得新风比为4%。按照10%新风比计算，空调系统送风的颗粒物浓度将为69.5μg/m3。若空调系统新风过滤器对PM 2.5的过滤效率为0，可计算得，在4%的新风比时，送风的颗粒物浓度为69.0μg/m3；而在10%的新风比时，送风中颗粒物浓度为79.6μg/m3；可见新风过滤器过滤效率和新风量的大小对送风颗粒物浓度增减有明显影响，直接影响室内颗粒物污染特性。

2.3 B建筑其他楼层及防烟楼梯间的监测结果及分析

在对B建筑监测的第一天，对B建筑其他楼层办公室及防烟楼梯间内颗粒物进行抽测，现将结果绘制成图6，图中BA-BL表示各楼层办公室，FY表示防烟楼梯间；结果显示防烟楼梯间内颗粒物污染极其严重，达507/537μg/m3（PM 2.5/PM 10）；而BA层办公室内颗粒物严重超出其它楼层办公室内颗粒物浓度及室外颗粒物浓度，达92/108μg/m3（PM 2.5/PM 10）。经笔者考查发现楼内人员将防烟楼梯间作为吸烟室，且防烟楼梯间内通风不畅；而BA层办公室内人员在监测时间内正在进行打包活动；对比B建筑内其他办公室颗粒物监测结果，可得到吸烟、室内人和物的剧烈活动等会引起室内严重颗粒物污染。

3 结论

1）受监测办公建筑室外PM 2.5污染严重；不同等级的办公建筑室内颗粒物污染程度不同，甲级写字楼室内颗粒物污染较普通办公楼室内颗粒物污染轻；甲级办公楼室内外颗粒物浓度I/O比较普通办公楼低。

2）空气质量规范对PM 2.5与PM 10浓度限定值的比值与实际空气中颗粒物浓度比值存在明显区别，规范限定值的PM 2.5/PM 10比值显著小于实际空气中PM 2.5/PM 10比值，造成室内外的PM 2.5污染均较PM 10污染频繁。

3）室内人与物的剧烈活动、吸烟等活动将产生大量的颗粒物，造成严重室内颗粒物污染。

[1]http://www.epa.gov/air/particlepollution/health.htm l.[Z]

[2]Paul L Lioy.The Total Human Environmental Exposure Study (THEES)to benzo(a)pyrene:comparison of the inhalation and food pathways[J].Archivesof EnvironmentHealth,1988,43(4): 304-312

[3]Lance Wallace.A decade of studiesof human exposure:what havewe learned?[J].Risk Analyis,1993,13(2):135-139

[4]樊越胜,李安桂,司鹏飞.一般办公环境粉尘污染特征分析[J].暖通空调,2012,(1):84-87

[5]段琼,张渝,李红格.太原市某办公室PM 10与PM 2.5的实测与研究[J].能源研究与信息,2006,(1):12-17

[6]世界卫生组织（WHO）空气质量准则[S].

M on ito ring and Ana lys is o f the Indoo r Pa rtic u la te Con c en tra tion o f Tw o Typ ic a l O ffic e Bu ild ings

CHEN Zhi-qing,LIN Zhong-ping,ZHUWei-hua,ZHANGHao
SchoolofMechanicaland Energy Engineering,TongjiUniversity

The indoor and outdoor PM concentration of both an ordinary and Grade-A office buildingswasmonitored. The results showed thatoutdoor PM concentration was relatively high and the indoor PM concentration in the ordinary office buildingwasalso high,however,the indoor PM concentrations in the Grade-A office buildingwas relatively low; The I/O Ratio of indoor and outdoor PM concentration of Grade-A office buildingwas lower than thatof ordinary office buildings;indoor and outdoor PM 2.5 pollution of the two office buildings were more serious than PM 10 pollution; Intense indooractivitiesand smokingw ill result in severe indoor PM pollution.

indoorparticulate concentration,I/ORatio,typicaloffice

1003-0344（2014）03-012-4

2013-6-15

林忠平（1968～），男，博士，教授；上海市四平路1239号同济大学机械与能源工程学院暖通空调及燃气研究所（201804）；E-mail:zplin99@tongji.edu.cn