冬季高校教室温湿度及PM2.5、PM10变化规律研究

姬长发 李美晨 王雨萌 李亮

西安科技大学能源学院

0 引言

高校是大学生学习和生活的重要场所，高 校内建筑物具有典型的建筑特征和通风特性，其 室内空气质量的研究更具有现实意义。国内外研究学者在室内空气品质研究方面做了许多工作，C hiheb Bounden[1]对突尼斯两个不同气候区人体热舒适与室外空气温度密切相关。Renata Wiglusz[2]进行了温度对甲醛和 VOCs的散发影响研究。Jonathan A.Bernstein[3]等 研究了室内空气污染物对人体健康的影响。日本[4]的一项关于室内环境与儿童健康的调查显示，室 内潮湿与儿童哮喘症状存在显著相关性。比利时[5]的一项调查中检测了18 栋住宅和 27 所学校室内 PM1、P M2.5、P M10 的浓度均超过欧洲的标准。M iguel VR[6]采 用CFD 模拟了室内空气流动与室内空气品质的关系。龚波[7]研究了成都某高校教学楼室外风向及楼间距对自然通风引入的影响。王乐[8]对 某办公建筑物自然通风的数值模拟提出分区模拟分析的方法。陈威威[9]研究了哈尔滨某高校教室室内空气品质得出采暖季 CO2是影响高校内空气品质的重要指标。杨晓敏[10]对 冬季封闭教室内温度、湿 度、照 度、噪 声和可吸入颗粒物进行现场实测，得到教室环境综合不满意率公式。申晓宇[11]对南京市某高校教室空气污染物在教室的扩散传播进行研究。

本文监测了西安某高校教室内温湿度、P M2.5 浓度以及PM10 浓度。了解这一地区公共建筑室内空气品质状况，以 便为今后进一步改进公共建筑室内空气品质提供依据。

1 教室的基本情况

西安市平原地区属于暖温带半湿润大陆性季风气候，冷 暖干湿四季分明。年 平均气温13.0～13.7 ℃，年 主导风向各地有差异，西 安市区为东北风。

实验监测选取选取西安市某高校临潼校区 3 号教学楼进行实测，教 学楼为回字形建筑如图1 所示，教 学楼结构布局规整简明，具有良好的采光和通风条件。建筑南北朝向，共 五层，回 字形中部楼顶采用玻璃幕顶。建 成约20 年。教 室采用传统供暖方式，供 暖期为每年11 月15 日至第二年3 月15 日四个月。测 试教室位于第4 层教室有内侧、外 侧窗，两 扇门但后门一般处于关闭状态，根 据室内师生的主观需求任意开启内测窗、外 侧窗、前 门进行室内通风。

图1 教学楼平面示意图

2 测试仪器、测点布置及测定时间

2.1 监测设备

监测实验采用 BR-Smart-126 空气质量检测仪三台，便 于更精准的得出在相同时间区域内室内污染物浓度的变化规律。BR-Smart-126 技术参数如表 1 所示，T PJ-20-LG 温湿度露点记录仪，技 术参数具体如表2 所示。

表1 BR-Smart-126 空气质量检测仪技术参数

表2 TPJ-20-LG 温湿度露点记录仪技术参数

2.2 测点布置及监测时间

在教室的前、后 及中部1.5m 处共布置3 个测点数据取其平均值，学 校授课方式均为一大节制，即 50 分钟为一小节，两 小节课间休息5 分钟，两 小节内教室的人员固定不变。监 测仪器每隔30 秒记一次数。测试从头年的10 月至次年的1 月期间持续对教室进行监测。教室的使用主要集中在周一至周五，监 测时间段为8:00-12:00，14:00-18:00，文 中摘录部分数据进行分析。

3 实测结果分析

3.1 室内温湿度变化规律

1）采 暖期前8:00-12:00 温湿度变化

从图2 可以看出，上午8:00-12:00 室内温度先上升后下降再上升，且在 8:00-10:00 温度上升较大，在 10:01-10:20 这段时间由于课间教室门开启和学生教室学生更换引起温度下降，10:20-12:00 人员在室内稳定后散发热量，温 度开始上升。8:00-10:00 室内相对湿度呈现下降趋势。10:00-12:00 这段时间内室内相对湿度呈现出增长的趋势。

图2 采暖期前8:00-12:00 教室内温湿度变化

2）采 暖期8:00-12:00 温湿度变化

由图3 可已看出，采 暖期（8:00-12:00）室 内温度随时间变化呈现出先上升后下降再上升的趋势，同 采暖前室内温度变化规律相似，但 属于供暖期温度会高于采暖前。室内相对湿度大体上则呈现出先下降再上升趋势。

图3 采暖期8:00-12:00 教室内温湿度变化

3）采 暖期14:00-16:00 温湿度变化

由图 4 可已看出，采 暖期第五六节课温度同第一二节课变化规律相似，在 该时间段内（14:00-16:00）内 呈现出逐渐上升的趋势，因 为午休期间，教 室内门窗开启通风换气，并 且教室内没有任何人员，开 始上课后门窗关闭，室 内人员散发热量，室 内温度缓慢上升。在正常天气情况下，该 时间段（14:00-16:00）内 室内湿度大致呈现出下降的趋势，特 殊天气下，因 室外温湿度对室内影响较大，室 内相对湿度逐时升高。

图4 采暖期14:00-16:00 教室内温湿度变化

3.2 室内PM2.5 浓度变化规律

1）教 室内PM2.5 浓度的上课日变化

教室内上课日PM2.5 浓度均值变化如图5 所示。

图5 教室内PM2.5 浓度平均值

2）教室室外及不同朝向 PM2.5 浓度对室内PM2.5 浓度的影响

由图 6 可已看出，室 内 PM2.5 浓度随室外 PM2.5浓度的变化而变化，各 日室内外 PM2.5 浓度差异不明显，24 小时与室外呈现显著相关性。由图7 可已看出，东侧 406 教室内PM2.5 浓度高于西侧 413 教室，北 侧402 教室内PM2.5 浓度高于南侧410 教室，可以得出当地的东北风向对教室内空气质量有所影响。

图6 室外PM2.5 浓度对室内PM2.5 浓度的影响

图7 不同朝向对室内PM2.5 浓度的影响

由监测数据可知，教室内 10 月份 PM2.5 浓度平均值为107 μg/m3，11月份PM2.5浓度平均值为121μg/m3，12 月份PM2.5 浓度平均值为149.2 μg/m3。第一、二节课，第三、四节课，第五、六节课这三个时间段中教室内 PM2.5 浓度最高值分别出现在 11 月 15日为 150.8 μg/m3、11 月 16 日为 245.6 μg/m3、11 月 17日为308 μg/m3。西安自 11 月 15 日进入冬季采暖期。监测期间教室内 PM2.5 浓度平均值由低到高依次为10 月份＜11 月份＜12 月份。

3.3 室内PM10 浓度变化及其PM2.5 浓度的关系

由图 8 可以看出，教 室内 PM2.5 和 PM10 的浓度曲线具有相似的变化规律，呈 现出显著相关性。监测数据显示，室 内 PM10 浓度值均高于室内 PM2.5 浓度值。分析可知，教 室内 PM2.5 与 PM10 的日平均浓度比值在0.85～0.92 之间，教室内 PM2.5 浓度与 PM10浓度差异较小。当室内PM2.5 浓度与PM10 浓度均比较低（低于100 μg/m3）时，两 者浓度差距更小。

图8 教室内PM10 浓度与PM2.5 浓度的关系

4 结论

取选取西安市某高校临潼校区 3 号教学楼四层的教室进行了温湿度、P M2.5 与PM10 长时间的检测，对数据进行分析总结得出结论如下：

1）冬 季节教室内温度均在标准规定范围内，采 暖期前室内平均温度与室外平均温度紧密相关，进 入采暖期后室内因固定热源持续散热，与 室外平均温度相关性渐微，教 室内温度的变化与上课时间的安排及课间人员的流动密切相关。冬季节正常天气下教室内湿度与温度两者之间的变化呈现出显著的负相关关系，降雨降雪天气教室内相对湿度变化受室外湿度影响波动较大。

2）监 测期间，室 内外PM2.5 质量浓度存在显著正相关，室 内 PM2.5 浓度低于室外，但 随时间变化趋势一致，降 雨、建 筑朝向均影响室内 PM2.5 浓度。室内PM2.5 与 PM10 的浓度变化有着相似的规律，室外PM10 浓度显著高于室内，室内外PM2.5 浓度比大于室内外PM10 浓度比，说明室外PM2.5 比PM10 更加容易进入至室内，但室内 PM2.5 浓度持续低于 PM10浓度。