道路扬尘对临/远街建筑室内颗粒物的影响研究

陈洁李威吕阳*张钱

1 大连理工大学建设工程学部土木工程学院

2 株洲市环境保护研究院

道路扬尘对临/远街建筑室内颗粒物的影响研究

陈洁1李威1吕阳1*张钱2

1 大连理工大学建设工程学部土木工程学院

2 株洲市环境保护研究院

本文以大连市某典型路段为测试地点，对街道、临街及远街建筑物内空气质量进行实测，测试项目包括温度、湿度、风速及室内外PM2.5浓度。通过对监测数据分析发现，测试期间街道PM2.5浓度平均值为98.46 μg/m3，超标率达81.25%，污染程度严重；街道PM2.5的浓度变化受气象条件综合影响，与温度和相对湿度变化呈一定的正相关性，与风速变化呈负相关性；临街建筑室内PM2.5浓度与街道PM2.5浓度具有正相关性，主要受通过围护结构渗透进入室内的室外污染源影响；远街建筑的PM2.5浓度与街道PM2.5浓度相关性较弱，主要受室内污染源影响。

道路扬尘 临/远街建筑 室内空气质量 可入肺颗粒物（PM2.5）

本研究通过对大连市某典型路段街道的临、远街建筑内、外PM2.5浓度分布进行实测分析，综合温度、相对湿度、风速等气象条件参量，讨论各影响因素对街道PM2.5浓度的作用，为街道临、远街建筑室内空气品质研究提供PM2.5浓度依据，并通过分析PM2.5的室内外相关性，探讨道路扬尘对临、远街建筑室内空气质量的影响，并提出改善建议。

1　实测概要

1.1测试地点及测点布置

图1　测点分布图

1.2测试参数及仪器

本研究测试项目包括温度、湿度、风速及PM2.5浓度。室外PM2.5浓度测试采用AM510 TSI防爆粉尘仪；临街、远街建筑室内PM2.5浓度测试采用PM2.5传感器评价套装（PM Sensor Evaluating Kit）；温湿度测试采用RHLOG-T-H温湿度自记仪；风速测试采用QDF-3热球风速仪。

1.3测试条件

测试时间：测试时间为 2013年 12月 16日8:00～16:00，天气晴朗，风速4～5级。

测试频率：室内外PM2.5值同时记录，每1min记录一次；温度、湿度和风速每30min记录一次。

2　结果及分析

2.1PM2.5室内外浓度比较

临街、远街建筑室内外PM2.5浓度随时间的变化趋势如图2所示。由图2可知，临街建筑室内外PM2.5浓度变化趋势大致相同，存在一定的滞后性，且室内PM2.5浓度在各时间段内波动较大；远街室内PM2.5浓度在各时间段内波动较小。

临街、远街建筑室内PM2.5浓度统计信息如表1所示。表1数据显示，室外、临街室内、远街室内PM2.5浓度变化范围分别为 66.50μg/m3～122.97μg/m3，46.21μg/m3～82.44μg/m3和23.63μg/m3～46.53μg/m3。临街室内PM2.5浓度的标准偏差大于远街室内PM2.5浓度的标准偏差值，也能得出临街室内PM2.5浓度平均值比远街室内PM2.5浓度平均值变化剧烈的结论。目前我国尚无PM2.5的室内空气质量标准，若采用《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中二级浓度限值规定的24小时平均浓度75μg/m3来衡量[1]，取实测数据中每30min平均值作为一组数据，超标率定义为所有实测数据超过标准75μg/m3的组数与总数据组数的比率，最大超标倍数定义为最大实测平均值超过标准75μg/m3的倍数。经计算，室外、临街建筑室内PM2.5浓度超标率分别为81.25%和18.75%，远街建筑室内PM2.5浓度值达标。

选取Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ 4类场地条件和6,7,8,9 4种地震烈度对特高压钢管塔进行地震反应谱分析.根据前述分析结果,对钢管塔沿0°方向输入地震波进行反应谱分析.图3所示为4类不同场地、4种不同地震烈度下钢管塔地线挂点位移和钢管塔内最大应力.

图2　临街、远街室内外PM2.5浓度变化趋势图

表1　PM2.5室内外浓度（μg/m3）及I/O值

2.2PM2.5室内外浓度相关性

I/O比表示某粒径范围内室内颗粒物的质量浓度与室外颗粒物的质量浓度的比值[2]，不仅可以描述PM2.5室内外质量浓度的关系，也可以初步判断室内PM2.5是否主要由室外输入导致。取实测数据中每30 min平均值作为一组数据，同一时间段内室内外浓度的比值即为I/O值，由表1可知，临街建筑和远街建筑PM2.5的I/O平均值分别为0.67和0.34，变化范围分别为0.60～0.78和0.25～0.47。较小的变化范围说明室内外PM2.5浓度变化比较稳定，对于临街室内PM2.5主要是由室外输入所致。而远街建筑室内PM2.5则受室外的影响较小。

研究表明，室内颗粒物浓度水平除受室内源产生的颗粒物影响外，还与大气颗粒物对建筑围护结构的穿透系数、颗粒物沉积机理和建筑通风换气率等因素有关，颗粒物室内外质量平衡模型可用来计算室内、外源对室内颗粒物的贡献[3]，若在自然通风的室内环境，且没有额外的室内除尘设备影响下，当室内外颗粒物浓度、气象条件参数相对稳定时，颗粒物室内外质量平衡模型可用式（1）表示：

式中：Cin为室内颗粒物质量浓度，μg/m3；Cout为室外颗粒物质量浓度，μg/m3；Finf为有效穿透因子（无量纲）；Cig为室内源产生的颗粒物的质量浓度，μg/m3。

本研究利用该公式对实测浓度Cin和Cout进行线性回归，通过斜率和截距来判断室外源和室内源分别对室内颗粒物的贡献。相关分析是定量的判断不同因素或变量之间是否存在较为密切的关系以及此关系的密切程度[2]。本文分析均采用Pearson相关，其评价指标为皮尔逊相关系数（Pearson Correlation），通常用R表示，以此判断室内、室外PM2.5污染水平的相关程度。回归曲线中的R值为室内外相关系数，可以用来定性说明室外源对室内PM2.5的贡献，R的绝对值越接近1，则室内外浓度相关的程度就越大。本文根据式（1）对PM2.5室内外质量浓度散点图进行线性回归，结果如图3和图4所示。

图3　临街建筑室内PM2.5与街道PM2.5变化关系

图4　远街建筑室内PM2.5与街道PM2.5变化关系

结合式（1），由图3和图4分析可知：对于临街建筑，PM2.5浓度室内外相关性系数R值为0.90，表明室内外PM2.5浓度呈正相关，结合其线性回归方程，可认为临街室内颗粒物是室外污染源和室内污染源共同作用的结果，但主要受室外污染源的影响，出现这种情况的主要原因是临街建筑室内测点与街道测点相隔距离较远，颗粒物传输过程中出现了一定的沉积；对于远街建筑，PM2.5浓度室内外相关性系数R值为0.56，表明室内外PM2.5浓度相关性较弱，结合其线性回归方程，远街建筑室内颗粒物主要也是同时受室内和室外污染源的影响，但室内污染源的影响表现更明显，实际选择室内测点是并无明显的室内源，造成这种矛盾的主要原因是远街室内颗粒物可能是室外污染源的累积作用，同时实测过程中室内并无人员活动。

2.3室外PM2.5浓度变化趋势与气象条件的关系

对于室外PM2.5浓度，气象条件（温度、相对湿度、风速等）对其产生巨大影响[3]。本研究室内外PM2.5浓度、温度、相对湿度、风速随时间变化趋势如图5所示。相对湿度、温度、风速与街道PM2.5浓度变化关系如图6、图7和图8所示。结合图5分析可知，PM2.5室外浓度与相对湿度的相关系数为0.54，表明空气相对湿度对室外PM2.5浓度值有一定影响，但影响程度较小。由图5、图7可知，温度在一天中呈先上升后下降的趋势，与室外PM2.5浓度相关系数为0.56，这表明温度对室外PM2.5浓度值也有一定影响，但影响程度仍然较小。由图8可知，室外PM2.5浓度变化趋势与风速变化趋势成负相关，其相关系数为-0.65，表明风速越高，室外PM2.5浓度越低。综上：室外PM2.5的浓度变化受气象条件的影响较大，与温度、相对湿度变化呈一定的正相关性，和风速变化呈现负相关性。

图5　室内外PM2.5浓度、温度、相对湿度、风速随时间变化趋势图

图6　街道PM2.5浓度与相对湿度的变化关系

图7　街道PM2.5浓度与温度的变化关系

图8　街道PM2.5浓度与风速的变化关系

3　结论与建议

本文以大连市某典型路段为测试地点，通过对道路扬尘形成的街道、临街及远街建筑室内PM2.5浓度，以及室外气象条件（温度、相对湿度、风速）实测分析，得出以下主要结论：

1）测试期间，街道 PM2.5浓度平均值为98.46μg/m3，污染程度严重，超标率达81.25%，应引起政府部门及公众的高度重视；街道PM2.5的浓度变化受气象条件的综合影响，其与温度和相对湿度变化呈一定的正相关性，和风速变化呈一定的负相关性。

2）临街、近街与街道I/O比的变化范围分别为0.60～0.78和0.25～0.47，PM2.5浓度室内外相关性系数R值分别为0.90和0.56，表明临街建筑室内PM2.5浓度与街道PM2.5浓度具有很强的正相关性，其主要受室外污染源通过围护结构的影响；远街建筑的PM2.5浓度与街道PM2.5浓度则相关性较弱。

[1]李洪成.环境空气质量标准(GB 3095-2012)[S]

[2]黄育华.重庆市办公建筑室内外颗粒物浓度水平及暴露评价[D].重庆:重庆大学,2013

[3]张振江,赵若杰,曹文文,等.天津市可吸入颗粒物及元素室内外相关性[J].中国环境科学,2013,(2):357-364

Impact of Road Dust on the Air quality of Streets and Adjacent Buildings

CHEN Jie1,LI Wei1,LV Yang1*,ZHANG Qian2
1 Faculty of Infrastructure Engineering,Dalian University of Technology
2 Zhuzhou Environmental Protection Institute

This article takes a typical road section of Dalian as testing location,collects the data of air quality from the street,frontage and the far away street building area,test items,including temperature,relative humidity,wind speed and indoor and outdoor PM2.5 concentrations.By analyzing the monitoring data analysis,it was found that the mean streets of PM2.5 concentrations during the test was 98.46μg/m3,exceeded the rate of 81.25%,reach to the severe pollution levels;changes in the concentration of PM2.5 in the street by the combined effects of weather conditions,with the temperature and relative humidity were positively correlated,and the wind speed was negatively correlated;street construction and street indoor PM2.5 concentrations a positive correlation between the concentration of PM2.5,mainly due to penetration into the interior through the effects of outdoor pollution envelope;PM2.5 concentrations the far away street buildings and streets PM2.5 concentrations of PM2.5 concentration of weak correlation,mainly affected by indoor sources.

road dust,near or far street building,indoor air quality,particulate matter into the lungs(PM2.5)

1003-0344（2015）06-023-4

2014-6-24

吕阳（1980～），男，博士，副教授；大连理工大学建设工程学部土木工程学院（116024）；E-mail:lvyang@dlut.edu.cn

国家自然科学基金（51308088）；国家“十二五”科技支撑计划课题（2012BAJ 02B05）；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（20120041120003）；北京市重点实验室研究基金（NR2013K05）；大连理工大学基本科研业务费专项项目（DUT14QY24）