江春雨 郑 洁 张 雨



不同通风形式对办公建筑室内外PM2.5浓度影响

江春雨 郑 洁 张 雨

（重庆大学城市建设与环境工程学院 重庆 400045）

以重庆的某办公建筑为研究对象，分别对冬季窗户开启、窗户关闭和空调开启三种通风形式下室内外PM2.5浓度、温湿度进行实测，研究通风形式对室内外PM2.5浓度关系的影响。结果表明：三种通风方式下室内外PM2.5浓度差分别为3.8±2.9μg/m3、15.6±7.2μg/m3、37.5±3.9μg/m3，室内PM2.5浓度总是低于室外。窗户开启时室内、外PM2.5浓度变化趋势相同，窗户关闭和空调开启时室内外PM2.5浓度逐时变化情况存在较大的差异。室内PM2.5浓度在窗户开启状态下受室外环境的影响最大，窗户关闭时次之，空调开启状态下影响最弱。通风形式和室内外温湿度都会对室内、外PM2.5浓度和I/O比产生影响。

PM2.5；通风形式；I/O比；相关系数

0 引言

近年来，我国北方大部分地区大面积出现严重的雾霾污染天气，雾霾污染已经波及到了我国的100多个大中型城市，2013年，全国的平均雾霾天数更是达到了29.9d的历史顶峰。2016年1月我国雾霾污染情况如图1所示。由此可见，随着雾霾天气出现的频率不断升高和污染程度的不断加重，雾霾污染问题也变得越来越突出，PM2.5颗粒物已经成为我国当前首要的大气污染物。

在当前大气雾霾污染严重的背景之下，人们越来越关注室内的空气品质问题，一方面是因为室内空气品质会受到室外环境影响，例如通过空调系统或者围护结构的渗透作用进入室内，另一方面是由于人们在室内度过的时间远远超过了在室外的时间。人们平均每天约有21个小时在室内度过[1]，对上班族而言，办公室是除了住宅以外停留时间最长的场所，良好的办公环境，不仅有益于工作人员的身心健康，同时还能提高工作效率。当前，室内的主要污染物包括颗粒物、总挥发性有机物（TVOCS）、甲醛、苯等，而在众多室内空气污染物中最具代表性的是PM2.5颗粒物。在室内PM2.5散发源可以忽略的情况下，室外环境是室内PM2.5的主要来源，因此，很多学者对室内外PM2.5浓度间的关系进行了研究。其中，LEE[2]、程鸿[3]、韩月梅，曹军骥[4]、TIPPAYAWONG[5]、赵力[6]等人分别对位于不同地区的学校类建筑、居住类建筑和办公类建筑的室内外PM2.5浓度进行了相关研究，都得到在室内没有明显的污染源时，室外是室内颗粒物浓度的主要来源，并且室内颗粒物浓度与室外颗粒物浓度存在较强相关性，但他们的研究均未考虑不同通风形式对室内外PM2.5浓度关系的影响。

本文基于对重庆地区某办公建筑室内外PM2.5质量浓度的实测结果，分别以冬季处于窗户开启、窗户关闭和空调开启三种室内通风形式下的办公室作为研究对象，对比分析了三种通风形式下室内外PM2.5质量浓度和I/O比变化规律，以及室内外温、湿度与室内外PM2.5质量浓度和I/O比之间的关系，以便于为办公类建筑中室内环境对室内外PM2.5变化规律的影响和室内外相关参数对室内外PM2.5浓度影响的研究提供基础及方法参考。

1 材料与方法

1.1 采样时间和地点

本文以重庆地区某办公建筑的2层办公室作为被测房间，于2016年1月对窗户开启、窗户关闭和空调开启三种通风形式下室内外PM2.5浓度、温湿度进行实测，每种通风形式下的测试时间均为一天。该办公楼位于重庆市沙坪坝区某大学校园内，测试期间附近无建筑施工等明显的室外PM2.5颗粒物污染源，也无阴雨、灰霾天气影响。该房间建筑面积约20m2，内有2名工作人员，室内为非吸烟房间，房间内外窗为平开窗，室内无集中通风系统，有1台分体式空调。

1.2 采样方法

图2 室内外测点平面布置图

按照《室内空气质量标准》（UB/T 18883-2002）相关规定布置测点，室内PM2.5浓度监测采样点布置在距离建筑外窗2.5m，距地面1.0m的办公桌处，室外PM2.5浓度监测采样点布置在该2层办公建筑屋顶，靠近办公室的外窗侧，该测点距地面高度8.0m，距外窗1.5m，具体布置情况如图2所示。

1.3 采样仪器

室内外PM2.5质量浓度均由SHINEY的PMS1在线式粒子监测仪，灵敏度为0.1μg/m3，每隔10min自动记录1次数据，并通过数据线将实测数据上传至所连接的电脑上，其中室外测点的测试仪器布置如图3所示。室外的温湿度利用附近的小型气象站进行实时监测。室内的干球温度和相对湿度，利用热电偶和智能环境测试仪进行测量。

图3 室外测点仪器布置图

1.4 数据处理

对于用PM2.5测试仪器测得的时间间隔为10min的室内外PM2.5质量浓度数据，取其小时算数平均值来进行分析。利用Pearson相关系数来判断各个被测参数与室内外PM2.5浓度的相关性，其计算式如下：

相关系数取值范围为||≤1，绝对值越接近1，变量，之间的线性相关程度越大，一般地，||>0.8为高度相关；||<0.3为微弱相关。同时，为了确保测试所用到的PM2.5仪器的准确性，利用符合国家标准的测试仪器（美国TSI SidePak AM520个体暴露粉尘仪）和该仪器做了对照实验，二者测试结果对比如图4所示，可以发现PM2.5传感器与标准PM2.5测量装置测试值的相关系数=0.89，两实测值的比值在0.92～1.09间波动，这说明该传感器可以准确的测量空气中的PM2.5颗粒物浓度。

图4 PM2.5传感器和标准PM2.5测量装置的对照测试数据

2 实测结果与讨论

2.1 实测期间各参数总体特征

重庆属于我国五个气候分区中的夏热冬冷地区，冬季主要以阴雨天气为主，空气湿度较大。根据环境空气质量标准（GB 3095-2012），在冬季测试期间，以PM2.5浓度为75μg/m3作为判断空气是否污染的标准，得到该办公室室内、外空气均处于污染状态。其中，室内空气的PM2.5轻度污染率和中度污染率分别为36.6%和63.4%，室外空气的PM2.5轻度污染率和中度污染率分别为25.4%和74.6%。

图5 测试期间室外温度和相对湿度随时间变化图

图5反映了在整个测试期间室外温湿度随时间的变化规律。从图中可以看出，冬季室外温度变化范围大约在5～9℃，平均温度为6.7℃；室外相对湿度在70.1～97.7%范围内变化，平均值为82.3%。

另外，窗户开启时、窗户关闭时和空调开启时，整个测试期间室内温度和相对湿度变化范围分别如下：10.2±0.3℃和60.7±1.2%、11.5±0.3℃和66.3±0.7%、16.7±1.5℃和54.4 ±3.7%。

2.2 室内外PM2.5浓度和I/O比变化特征

2.2.1三种不同通风形式下室内外PM2.5浓度变化特征

测试期间窗户开启、窗户关闭和空调开启时，三种不同通风形式的室内环境下室内外PM2.5浓度逐时变化图分别如图6、图7和图8所示。图6为窗户开启时，室内外PM2.5浓度逐时变化情况，由图可见，室外的PM2.5的峰值90.7μg/m3出现在12:30附近，在9:00至11:00时段内则在均值86.9μg/m3附近平稳变化；与室外变化情况类似，室内PM2.5浓度的峰值85.3μg/m3出现在13:00附近，9:00至13:00时间段室内PM2.5浓度平均值为82.8μg/m3，期间浓度随时间的变化平缓；整个的时间段内，室内PM2.5浓度变化规律与室外浓度变化规律趋于一致，并且同一时刻的室外浓度值总是高于室内，表明在无明显的室内PM2.5散发源且窗户开启时，室内PM2.5浓度受室外PM2.5浓度影响很大，室内PM2.5浓度的主要来源是室外，并且呈现出与室外环境PM2.5浓度类似的变化趋势，这是室内外空气发生交换引起的。

图6 窗户开启时室内外PM2.5逐时变化图

图7为窗户关闭状态下的室内外PM2.5浓度逐时变化图，窗户关闭状态下，室内PM2.5浓度变化较为平缓，峰值78.2μg/m3出现在10:10，9:00至11:00时间段均值为74.5μg/m3，11:00至17:00时段均值为70.0μg/m3；对应的室外PM2.5浓度从10:00时刻的最大值102.8μg/m3到11:34时刻的最小值73.5μg/m3，整个时间段内，室外浓度呈现出两边较高而中间较低的变化趋势。室内外PM2.5浓度逐时变化规律差异很大，表明在无明显的室内PM2.5散发源且窗户关闭时，室外PM2.5浓度对室内PM2.5浓度的影响很小，这是因为在窗户关闭时，室外PM2.5只能通过围护机构的渗透作用进入室内。

图7 窗户关闭时室内外PM2.5逐时变化图

图8 空调开启时室内外PM2.5逐时变化图

图8给出了空调开启状态下室内和室外PM2.5浓度的逐时变化情况，其中，室外PM2.5浓度在110.9～128.2μg/m3区间内变化，均值为119.3μg/m3；室内PM2.5浓度在68.7～96.5μg/m3区间内变化，均值为81.6μg/m3。由变化图可知，空调开启时室内PM2.5浓度在9:00至11:00逐渐下降，而在11:00至17:00相对平稳，对应的室外PM2.5浓度的逐时变化较室内平缓。室内外PM2.5浓度逐时变化规律表明，在无明显的室内PM2.5散发源且空调开启时，室外PM2.5浓度对室内PM2.5浓度的几乎无影响。这是因为在空调开启时，室内是正压状态，室外的PM2.5不能通过渗透作用进入室内，从而不会对室内的PM2.5浓度造成影响。

图9 不同通风状态下室内外PM2.5浓度差图

为了进一步分析，图9为窗户开启、窗户关闭和空调开启三种状态下室内外PM2.5浓度差值的分布图。室内外PM2.5浓度差变化范围依次为0.7～9.9μg/m3、1.1～27.1μg/m3、29.0～44.5μg/m3，平均值±标准偏差分别为8±2.9μg/m3、15.6±7.2μg/m3、37.5±3.9μg/m3。窗户开启时差值的均值最小，差值波动较小；窗户关闭状态下，室内外差值的峰值为27.1μg/m3，最小值为1.1μg/m3，其波动范围最大；空调开启状态差值的均值最大，差值变化相对平稳，均值为37.5μg/m3。

2.2.2三种不同通风形式下室内外PM2.5浓度I/O比变化特征

目前，I/O比被广泛用于室内外PM2.5浓度的相关性研究中，一般地，在室内PM2.5散发源强度较低的情况下，室外环境对室内PM2.5颗粒物的影响可以通过I/O比得到，I/O比越大表示室内PM2.5浓度受室外的影响越大。图10反映了测试期间三种不同通风形式的室内环境下办公建筑室内外PM2.5浓度I/O比随着时间的变化情况。由图可知，室内外PM2.5浓度I/O比的变化会因室内通风状态的不同而存在差异，其中，窗户开启、窗户关闭和空调开启时I/O比的变化范围分别为0.89～0.99、0.73～0.95、0.61～0.76，I/O均值分别为0.96、0.82、0.69，窗户开启时的I/O比均值最大且分布较集中，窗户关闭时的I/O比变化范围比其他二者大，空调开启时I/O比值相对较低。因此，室内PM2.5浓度在窗户开启状态下受室外环境的影响最大，窗户关闭时次之，空调开启状态下影响最弱。

图10 不同通风状态下室内外PM2.5浓度I/O比

2.3 室内外的温、湿度对PM2.5浓度的影响

通过前面的分析，可以看出在窗户开启、窗户关闭和空调开启三种不同的室内环境下，室内外PM2.5浓度和I/O比都存在着差异，为了更进一步地探究上述情况出现的原因，需要利用对应的室内外相关参数进行分析。当前，很多学者[7-13]都对影响室内外PM2.5浓度的因素展开了研究，本文在前期研究基础之上选择了对其影响最显著的室内外温、湿度来进行相关性分析，对窗户开启、窗户关闭和空调开启三种状态下温度、相对湿度与室内PM2.5浓度和I/O比的相关性进行了分析，得到相关系数如表1所示。

表1 温湿度与室内PM2.5浓度和I/O比的相关系数

续表1 温湿度与室内PM2.5浓度和I/O比的相关系数

从表中看出，三种室内环境状态下，室外PM2.5浓度与室外温湿度相关性较强，室外PM2.5浓度与室外温度负相关、与室外相对湿度正相关。而室内PM2.5浓度与室内外温湿度间的相关性存在着显著差异，其中，在窗户开启时，室内PM2.5浓度与室外温湿度、温湿度差的相关性较强，是因为窗户开启时室内外空气发生交换，影响着室内外的温度差和相对湿度差。在窗户关闭时，室内PM2.5浓度与室内的温度和湿度相关性较小，相关系数分别为-0.39和0.43，与室内外的温度差和湿度差相关性较大，相关系数分别为0.62和0.64，这是因为在窗户关闭时，室内温度、湿度变化较小，室内PM2.5浓度主要受室内外温度差和湿度差的影响。在空调开启时，室内PM2.5浓度与室内的温度和湿度相关性较大，相关系数分别为0.60和-0.60，与室内外的温度差和湿度差相关性较小，相关系数分别为0.29和-0.24，这是因为空调开启时，室内温湿度水平基本不受室外温湿度的影响，室内PM2.5浓度只与室内的温度和湿度有关系。I/O比与室内外温度差和湿度差的相关性在窗户关闭的时候较大，在窗户开启和空调开启时较小，因为在窗户关闭时，室外PM2.5通过渗透作用进入室内，影响室内外的温度差和相对湿度差，因此I/O比受温湿度差的影响较大；在窗户开启时，室内外空气直接交换，室内外温差和湿度差较小，I/O比受温度差和湿度差的影响也小；在空调开启时，室内呈正压状态，室外的PM2.5无法进入室内，因此空调开启时I/O比与室内外温度差和湿度差的相关性较小。通过分析可知，三种室内通风形式下，室内、外PM2.5浓度与温、湿度均相关，但对应的相关系数存在一定差异。

3 结论

通过对重庆某办公建筑的室内外PM2.5浓度、室内外温度和相对湿度的实测数据进行分析，得到如下的结论：

（1）不同室内通风形式下的室内外PM2.5浓度差存在较大差异，但室内PM2.5浓度总低于室外。其中，窗户开启时，室内、外PM2.5浓度变化趋势相同；窗户关闭和空调开启时室内外PM2.5浓度逐时变化情况存在较大的差异；窗户开启、窗户关闭和空调开启时室内外PM2.5浓度差分别为3.8±2.9μg/m3、15.6±7.2μg/m3、37.5±3.9μg/m3。

（2）窗户开启、关闭和空调开启时I/O比均值分别为0.96、0.83、0.69，并在0.89～0.99、0.73～0.99、0.61～0.76之间变化，室内PM2.5浓度在窗户开启状态下受室外环境的影响最大，窗户关闭时次之，空调开启状态下影响最弱。

（3）三种通风状态下的室内PM2.5浓度、室外PM2.5浓度、I/O比均与室内外温度、相对湿度、温度差和相对湿度差相关。其中，室外PM2.5浓度分别与室外温度负相关，与室外相对湿度正相关；室内PM2.5浓度与室内外温度、相对湿度、温度差和湿度差均显著相关；在窗户关闭时室内外的温度差、相对湿度差与室内PM2.5浓度和I/O的相关性最强。

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Influence of Different Ventilation Modes on Indoor and Outdoor PM2.5 Concentration in Office Builiding

Jiang Chunyu Zheng Jie Zhang Yu

(Chongqing University, Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing, 400045 )

The research was developed on an office building in Chongqing, the PM2.5 concentration, air temperature and relative humidity were measured under three ventilation modes (the window open, the window closed and air conditioning on) in winter, so as to realize the influence of ventilation modes on indoor and outdoor PM2.5 concentration. The results show that the PM2.5 concentration difference between indoor and outdoor under those three ventilation modes is 3.8±2.9μg/m3, 15.6±7.2μg/m3and 37.5±3.9μg/m3respectively, the indoor PM2.5 concentration is always lower than outdoor ones. When the window is open, indoor and outdoor PM2.5 concentration always has the same trend. When the window is closed or air conditioning on, there is a big difference between indoor and outdoor hourly changes of PM2.5 concentration. Outdoor environment has an impact on the indoor PM2.5 concentration, which is largest when the window is open, second when the window is closed and weakest when air conditioning on. Ventilation mode, temperature and relative humidity of indoor and outdoor all have impact on indoor and outdoor PM2.5 concentration, and I/O ratio.

PM2.5; ventilation mode; I/O ratio; correlation coefficient

X513

A

国家重点研发计划项目“既有公共建筑综合性能提升与改造关键技术”（课题编号：2016YFC0700700）

江春雨（1993.02-），女，在读硕士研究生，研究方向为室内环境与健康，E-mail：2551465609@qq.com

郑 洁（1960.05-），女，教授，E-mail：jz187@cqu.edu.cn

2017-11-16

1671-6612（2018）05-457-07