房屋建筑

高标准建筑空气污染物浓度监测研究

韩磊

中国施工企业管理协会

摘 要：室内空气污染物浓度水平是反应室内环境健康程度的重要指标。为揭示高标准建筑物室外和室内的PM2.5污染物浓度分布的规律，在北京市某5A级办公建筑进行了PM2.5污染物浓度监测。其结果表明，室外PM2.5质量浓度与太阳辐射强度正相关，且在新风开启下，室内污染物浓度仍无法满足健康建筑的标准。根据监测结果，进一步提出了新型新风净化系统，该系统可根据室内空气污染物水平对新风进行按需供给，营造健康室内环境。

关键词：高标准建筑；室内环境健康；污染物浓度监测

1引言

随着经济发展和技术进步，人们越来越注重室内环境的健康程度。室内空气的污染源主要PM2.5、PM10和VOC污染物。目前的新风PM2.5污染物处理设备主要在住宅和个别超高端项目中设置，大部分现有高标准建筑，比如5A级写字楼、商场和酒店等室内空间，仍仅设有普通新风系统。普通新风系统配置的中低效过滤器仅对PM10污染物效果较好，却无法有效过滤处理PM2.5污染物。因此，需要对建筑物室内外PM2.5污染物的分布情况进行监测，找出其分布规律。根据PM2.5污染物的变化规律，有针对性的进行室内空气品质的提升。

2 工程概况

进行室内外PM2.5污染物浓度监测的工程为北京市某21层5A级办公建筑。该建筑为按高标准建造的办公楼，曾获国家优质工程奖，各种设备设施齐全，被评定为5A级办公楼，但未在办公空间、会议室和报告厅配置新风PM2.5污染物处理设备。

3 监测仪器和方法

监测对象为单位体积空气内的PM2.5污染颗粒的质量，采用仪器的分辨率达到1μg/m³。设定为每隔5分钟自动记录一次数据，并通过无线传输方式将数据上传到云数据平台。高精度激光粒子监测仪布置在该大厦6层的一个空房间内，距离已关闭的可开启外窗0.5米，距离地面高度在人员活动高度。每个小时按等分时间间隔平均测取10至12组数据。为避免人员进出导致的污染物迁移干扰监测，该办公室基本处于封闭状态。如偶尔有人员进出导致数据波动，则将相应的波动数据剔除。

4 污染物日变化情况

图1、图2分别是北京的一个典型日室外和室内PM2.5浓度日均变化规律。从图1可看出，除春季外，其他三个季节的PM2.5污染物浓度在一天当中均呈现昼低夜高的分布。峰值出现在24点左右。其中，冬季夜间的污染物浓度峰值最高，为240µg/m³。春季污染物浓度的峰值出现在上午10点左右。污染物浓度的低谷值四季各有不同，分布为夏季的早上8点，秋季的下午16点，冬季的下午1点，春季的下午17点。除了100米以上的超高层建筑外，大部分建筑处于大气近地面层（0-100米）。所以，监测到的室外PM2.5浓度实际上主要为大气近地面层的PM2.5浓度。太阳辐射可提高大气近地面层内的气体温度及地面物体的表面温度，改善“逆温现象”，加剧大气污染物垂直迁移。太阳辐射越强烈，地面温度越高，越利于大气污染物垂直迁移、扩散。结合图1和图2可见，各季节中的PM2.5污染物浓度的低谷值均出现在地表受到太阳照射升温、污染物开始向大气近地面层外竖向迁移的时段。

此外，将图1与图2结合可见，室内外的PM2.5污染物浓度呈现正相关，与室外PM2.5污染物浓度变化规律保持一致。可见，室内PM2.5污染物的升高，以致高于健康标准，主要是由室外大气中的污染物通过建筑物外窗等缝隙迁移渗透所致。

5 污染物月变化情况

由于建筑物空调系统、新风系统运行与季节关系非常密切，因此监测PM2.5污染物浓度月变化的情况，掌握污染物浓度全年的分布对指导建筑物新风系统的运行具有较大意义。为了更直观表现室内外PM2.5污染物浓度的相关性，引入I/O（室内外PM2.5污染物浓度的比值）比值参数。I/O比值越大，说明从室外进入室内的PM2.5污染物越多，室内外PM2.5污染物浓度差异越小。可见，I/O比值可反映出建筑的围护结构和设备系统阻隔室外污染物的能力。如图3所示，研究中以月为单位进行了室内外的PM2.5浓度值及对应的I/O比值的1年期连续监测。由图3可见，北京冬季（11月-次年2月）的室内外的PM2.5浓度值以及对应的I/O比值在全年当中均处于高位。而夏季（5月中旬到8月底）的处于全年的低位。究其原因，夏季太阳辐射强烈，大气近地面层受到太阳直射、散射等影响，没有“逆温现象”，大气垂直对流距离，大气污染物垂直迁移活动旺盛。大气近地面层的污染物随近地面层受热的空气升腾到高空，之后又随着大气迁移走，避免了城市中的汽车尾气、热电厂废气等产生的污染物在大气近地面层积聚。而北京冬季的太阳辐射强度相对较弱，大气近地面层容易产生“逆温现象”导致污染物在大气近地面层积聚。且北京及其周边地区冬季的供热需求大，故污染物排放量在全年也处于高位。综合冬季污染物增多且扩散条件差两方面的不利因素，导致了北京冬季的室内外的PM2.5浓度值较高。在市民的常识中，会认为设有新风系统的5A级大厦的室内空气远好于室外或家中。但图3的实测结果表明，全年的室内外PM2.5质量浓度I/O值分布在0.45-0.70之间，全年的均值为0.51。所以，即使开启5A级大厦的普通新风系统，进入室内的PM2.5细颗粒污染物仍然较多，其浓度达到室外浓度的50%，距离健康建筑的标准（10μg/m³）仍有较大差距。

6 新型新风净化系统

世界卫生组织（WHO）给出的空气污染物浓度报告显示，PM2.5推荐值为小于10μg/m³。年均浓度超过35μg/m³时，人患重疾的几率将大大增加。由以上PM2.5质量浓度监测数据可知，在5A级写字楼的普通新风系统作用下，室内PM2.5污染物浓度约为室外的一半，仍远远超过10μg/m³健康标准。所以，需提出适用于5A级写字楼等民用建筑的、运行成本较低的新风净化处理方案。

基于相关研究课题，开发出一种新型新风净化系统。该系统综合采用了湿膜加湿除尘粗效过滤器、升温中效过滤器和高效过滤器等多种新型过滤器，可互为补充，发挥各自的特点，实现更高的送风气流净化效率。为降低风机用电量、延长过滤器的使用寿命，针对每种过滤器还设有旁通管和旁通阀。

空气净化系统还设有压差传感器等多种传感器和变频送风机箱。过滤器的初阻力和终阻力差别较大，一般按照过滤器终阻力进行风机选型，易于导致风量过大、电量浪费。该系统的变频送风机箱可根据各个过滤器两端的压差传感器的参数控制其送风压头，实现风机节能。同时，系统可基于室内CO₂传感器、VOC传感器、PM2.5传感器的参数对旁通阀进行控制，根据室内空气污染物情况对新风进行按需供给。当CO₂传感器、VOC传感器、PM2.5传感器的测量值在《室内空气质量标准》（GB/T 18883）允许的范围内时，变频送风机箱低频低速、低送风量运行；当各传感器的参数超过设定范围时，送风机高速运行，增加送风量。

7 结论

为营造健康的室内环境，掌握建筑物室内外的PM2.5浓度值的分布规律，根据北京市某5A级办公建筑的室内外的PM2.5浓度值的监测结果和以上分析可得出以下结论：

单位体积室外大气内的PM2.5质量 与太阳辐射强度呈现正相关性。在太阳辐射强度高时，室外PM2.5浓度值较低，反之，室外PM2.5浓度值较高。

即使将5A级办公建筑的新风系统开启，室内的PM2.5污染物浓度仍达到室外浓度的50%，无法满足健康建筑的标准（10μg/m³）。

目前5A级办公建筑缺乏有效应对PM2.5污染物手段的主要原因是相应的空气处理系统运行成本和能耗较高。提出的新型新风净化系统，可根据室内空气污染物情况对新风进行按需供给，有效去除PM2.5污染物的同时减少风机能耗和高效过滤器损耗。

参考文献

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