人为活动对室内空气质量的影响分析.docx
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人为活动对室内空气质量的影响分析
人为活动对室内空气质量的影响分析
摘要：
为了探讨人为活动对导致室内环境空气质量恶化的影响程度，分析研究不同人为活动对室内颗粒物的贡献，为人们科学从事室内活动，提高室内空气质量提供依据。
作者于2012年4月选择西
安交通大学兴庆校区五个代表性人为活动点为监测点，同步实时监测室内颗粒物数浓度和PM2.5质量浓度的变化，并记录人为活动和相关通风信息。
采样结果显示不同人为活动产生的颗粒物数浓度和
-3
PM2.5质量浓度有所差异。
其中食堂所测平均数浓度和平均质量浓度分别为242266particles·cm、
124.2ug∙m-3，远远高于其他室内活动对颗粒物浓度的影响，其值分别是打印店、图书馆、健身房、宿舍正常观测值平均值的3.1、1.7倍，3.8、4.5倍，3.6、1.6倍，3.9、1.6倍。
在各项人为活动中，拖地时产生的颗粒物数浓度和质量浓度最低。
人们在进行室内活动时，特别是烹饪等污染物排放量较高的活动，应尽量缩短工作时间，同时加强通风，降低在高危污染环境中的暴露风险。
关键词：
人为活动，颗粒物数浓度，PM2.5
Theanalysisofhumanactivitiesimpactonindoorairquality
Abstract:
Toinvestigateairqualitydeteriorationintheindoorenvironmentwhichhumanactivitiescauseandanalyzethedifferencetheycontribute,whichmaysupplythebasicdataforpeopleengagedinindooractivitiesscientificandimprovingindoorairquality.FiverepresentativeplacesinXi'anJiaotonguniversitywereselectedformonitoringpointduringApril2012.NumberconcentrationandPM2.5massconcentrationchangingweremonitoredatsametimeandhumanactivitiesandrelatedventilationinformationwererecorded.ThesamplingresultsshowthatdifferenthumanactivitiescausedthedifferentparticlenumberconcentrationandPM2.5massconcentration.ThedininghallparticlenumberaverageconcentrationandPM2.5massaverageconcentrationwere242266particles·cm-3and124.2ug·m-3,respectively.It'sfarhigherthanotherindooractivities,expectmopthefloor.Peopleshouldshortenworkinghoursandenhanceventilationtoreduceriskduringtheyexposureinhigh-riskenvironmentalpollution,especiallythehigheremissionsofpollutantsactivity,suchascooking.
Keywords:
humanactivities;numberconcentration;PM2.5
随着生活方式与工作方式的改变，室内已经成为人们生存和活动的重要场所。
研究发现，现代社会中人们80-90%的时间是在室内度过[1]。
在这样的背景下室内空气质量在很大程度上影响人体健康，人们吸收空气中的有害物质，可以引起头痛、恶心、呕吐、抽搐、呼吸困难等，长时间接触可致癌，诱发流产、胎儿畸形和生产发育迟缓等疾病[2]。
室内空气污染主要包括可吸入颗粒物、灰土、花粉等悬浮固体污染物和气体污染物[3]。
颗粒物是空气中最重要的污染物之一，我国大多数地区空气首要污染物就是颗粒物[4]。
室内颗粒物浓度除了受外界大气交换进入室内影响以外，室内人为活动是一个重要的来源。
从而了解室内人为活动对室内颗粒物的影响具有十分重要的意义。
本文通过对某校食堂PM2.5和颗粒物（空气动力学等效直径小于1µm的颗粒物）数浓度实时监测，研究人为活动（人的来回走动、烹饪、打扫卫生、打印、健身）对室内PM2.5质量浓度和颗粒物数浓度的影响特征，总结各种活动对室内颗粒物污染特征的影响，并进行了多组对照试验，以期达到更好的研究结果。
1样品采集与分析
1.1方法与仪器
本实验于2012年4月选择在西安交通大学兴庆校区，监测点为西食堂学二食堂，对照监测点为学生西-16宿舍、新尚健身房、钱学森图书馆社会科技阅览室、红峰物资中心打印店，五个监测点的基本情况如表1.1。
为避免由于采样点位置、数量以及高度所造成的影响，本次试验所选取的采样点距地面1.5m左右，距离墙面等大于1.5m，远离各种通风设备。
本次试验采用TSI公司生产的P-Trak○R超细粒子计数器8525实时监测室内颗粒物数浓度的变化特征；采用DustTrakTM8530气溶胶监测仪对PM2.5质量浓度随人类活动的变化特征进行实时监测。
DustTrakTM8530气溶胶监测仪采用光散射法测定PM2.5的质量浓度，并采用传统的滤膜称重法进行校准。
采样时间考虑到不同场所的主要活动有所差异，为了采样不失一般性，每次测试一个场所，每个场所测试三天到四天，分别记作day1、day2、day3、day4，并且每天监测八小时以上，监测时间段包括学生活动高峰期和低峰期，但根据不同场所的性质有所差异。
具体安排见表1。
表1五个监测点基本情况介绍
Tab.1Introducedthebasicsituationofthefivemonitoringsites
采样
地点
所在
楼层
面积
（m2）
体积
（m3）
通风设备
运行状态
门/窗
开关状
态
监测时间
标记
采样时
间段
2012-4-6day1
门：
关2012-4-7day2
宿舍525751台吊扇关1/28:
00-2
窗：
开2012-4-8day3
0:
00
2012-4-23day4
吊扇：
关2012-4-9day1
健身8台吊扇，
-1166498排气扇：
1/24门：
开2012-4-10day214:
30-
房8个排气扇
开窗：
开2012-4-11day322:
30
图书3362181114台吊扇，吊扇：
关2/56门：
开2012-4-12day113:
30-
馆
2台空调空调：
关
窗：
开
day2
day3
21:
50
2012-4-19day1
打印门：
开13:
30-
13121404无3/12012-4-20day2
店窗：
开21:
50
2012-4-21day3
2012-4-22day1
门：
开10:
30-
食堂167453924台空调关2/132012-4-24day2
窗：
开
2012-4-25
day3
19:
00
1.2质量保证
当监测环境颗粒物的特性与测试尘差别较大时，P-Trak○R8525读数并不能反映颗粒物的真实质量浓度。
为了增加监测实验的测量精确度，本研究采用MiniVolTAS○R空气采样器与Dust-TrakTM
（Model8530）同时监测室内PM2.5质量浓度，将两个仪器的采样结果进行对比，获知校准系数k（三个组别进行校准；系数k均值：
2.13±0.42），然后对五个监测场所的室内PM2.5质量浓度进行同比例系数校准。
采样器在采样前进行流量标定，以确保采样流量的准确可靠。
滤膜称重法选取直径为47mm的特氟隆滤膜（Teflon）收集颗粒物样品，使用灵敏度为0.001mg的电子微量天平（Sartorius,ME5-F）进行前后两次称重。
同时为保证测试结果的准确性，每次称重前需将滤膜置于温度和湿度分别为
20-30℃和40-50%的恒温恒湿箱至少24小时至恒重，误差范围内取两次称重的平均值作为滤膜采样前的质量。
2结果分析
2.1不同室内环境颗粒物数浓度和质量浓度对比
五个监测点所收集的数据从颗粒物数量浓度和PM2.5质量浓度两方面进行整理总结。
具体如表2颗粒物数浓度总结表和表3PM2.5质量浓度总结表。
表2显示，食堂观测到的平均数浓度（75708particles·cm-3）远远高于其他室内活动对颗粒物数浓度的影响，其值是打印店（24425particles·cm-3）的3.1倍、图书馆（19821particles·cm-3）的3.8倍、健身房（20791particles·cm-3）的3.6倍、宿舍（19396particles·cm-3）的3.9倍，
可见烹调对室内小超细颗粒物（UFPs,粒径小于1µm）有重要贡献。
食堂、健身房、图书馆监测值波动较大，最大值分别是最小值的12.5倍、11.2倍、2.9倍，说明了烹饪方式、运动和人为走动对室内颗粒物会产生较大波动影响。
宿舍、打印店等场所人为活动变化较弱，所以其室内颗粒物的变化没有那么明显，也进一步说明了人为活动确实对室内环境质量有很大的影响。
宿舍最后一天进行的建筑活动可能主要是对粗粒子颗粒物有影响，因此观测到PM2.5质量浓度的大幅度上升，但是该活动对小于1um的颗粒物影响不大（P-Trak测量范围为0.02—1um），所以没有观测到数浓度的显著升高。
表2颗粒物数浓度表a
Tab.2Particlenumberconcentrationtable
采样场所b
个数
均值±标准差最小值
第5百分位
中值
数浓度
第95百分位
最大值
数浓度
大学宿舍
day157618841±20331003415448190602231523456
day251918757±50731132612303173282945031000
day362820432±22761688617412205482441628123
day434620984±37291409314819205142681128575
all225419396±34091003414000190632656826568
健身房
day166811266±408248356005109561929828795
day248930428±92071578320744267665017957621
day346824316±960162907678273353812539398
all162520791±1130048356327207503972457621
图书馆
day143820211±39861575816017189402694228450
day247818279±33401491815211167032355642873
day347521014±26361505516676215012502728400
all139119821±35421491815386197252650742873
打印店
day147021057±43851393314548212352856042700
day247226951±38502059821328271953309435715
day346725268±69511274814958264153659347480
all140924425±57891274815380242103351347483
大学食堂
day146160980±33887248732574255933123769145416
day245771623±33630193952248073623129705193583
day346794226±44792323653976891645177143242266
all138575708±40290193952578072460146436242266
天（4-12）、第三天（4-18）基本相同，处于二级标准以上，但监测结果显示数据偏大，这是由于图书馆周围草坪上进行的割草活动所造成的。
而另外两天（day1,day3）室外颗粒物污染较轻，为正常数据。
监测宿舍的第四天，由于宿舍内安装空调，有大量的扬尘，致使所检测的PM2.5质量浓度数据都有所增大，也是个特例。
健身房的第一天是个阴雨天，湿度较大，空气中所含的降尘小，致使所监测的数据有所偏小，这是因为降水对空气污染有净化作用，降水越强，降水时间越长，降水后空气污染物浓度越低，保持低浓度的时间也会越长[5]。
只有宿舍、图书馆为特殊情况，其他皆为正常，去除特殊情况后（宿舍day4和图书馆day2），其空气环境中PM2.5质量浓度图书馆>打印店>宿舍>健身房>食堂。
食堂所测平均数浓度和平均质量浓度分别为242266particles·cm-3、124.2ug∙m-3，远远高于其他室内活动对颗粒物浓度的影响，其值分别是打印店、图书馆、健身房、宿舍正常观测值平均值的3.1、1.7倍，3.8、4.5倍，3.6、1.6倍，3.9、1.6倍。
综合以上由此可以得出，食堂中烹饪活动相比于其它活动对室内颗粒物数浓度和PM2.5质量浓度贡献都很大。
同时说明了人为活动的存在确实对室内环境具有影响。
此外与现行室内空气质量标准（GB/T18883-2002）作比较，标准规定可吸入颗粒物PM10的最高限度为150µg•m-3，而对监测点所测数据表明，食堂内仅PM2.5一项检测值在95%时都达到266µg•m-3（4天平均值）。
由此可见，食堂内的环境急需改善。
表3PM2.5质量浓度表a
Tab.3PM2.5massconcentrations
采样场所b
个数
均值±标准差最小值
第5百分位
数浓度中值
第95百分位
数浓度最大值
大学宿舍
day164277.6±37.029.131.965.7127.7149.8
day267450.6±17.435.237.142.792.0108.5
day3592106.3±48.843.244.682.6171.5183.1
day4346181.0±23.8106.6156.8180.8208.6443.7
all2254107.1±47.629.138.087.3152.1443.7
健身房
day171345.4±7.635.235.245.159.278.4
day248987.7±9.468.177.085.4104.2110.8
day3468116.4±45.130.0183.6135.7172.3183.6
all167077.7±38.930.035.770.4148.4183.6
图书馆
day143819.0±6.314.615.016.926.387.8
day2478236.8±18.6173.7195.3239.0262.0271.4
day347935.6±10.121.122.533.850.754.0
采样场所b
个数
均值±标准差最小值
第5百分位
数浓度中值
第95百分位
数浓度最大值
all139599.3±100.314.615.535.2255.4271.4
打印店
day1480106.6±45.360.163.889.0200.5254.9
day248061.1±8.750.752.657.380.383.6
day347456.2±15.933.335.252.692.9106.1
all143474.7±36.233.343.062.2153.5254.9
大学食堂
day1464167.7±56.290.1101.9150.5259.9344.6
day2482100.9±67.737.138.577.7241.2427.2
day3469105.0±98.923.023.967.1300.0746.5
all1415124.2±82.223.025.4104.7264.4746.5
注解：
a采样数据单位为ug∙m-3，bday1,day2,day3,day4指监测点的采样天数顺序
2.2人为活动引起污染物的浓度特征
2.2.1颗粒物数浓度与PM2.5质量浓度的变化
图1所示为食堂第二天（day2）监测期间的颗粒物浓度变化趋势。
由图1可知监测期内，室内颗粒物的数浓度、PM2.5质量浓度波动很明显（分别由最大值约150000、710降至28000、200），且颗粒物数浓度与PM2.5浓度变化趋势存在着一致性。
颗粒物的浓度有两次明显的上升下降过程。
图1食堂颗粒物数浓度、PM2.5质量浓度变化趋势（2012-4-22）
Fig.1ThevariationsofparticulatenumberconcentrationsandPM2.5massconcentrationsinthestudentcanteen
第一次上升出现在下午15:
45左右，在14:
00达到最大值。
原因是15:
30开始的人为烹饪活动导致，
16:
55开始下降是因为是停止做饭或少数商户做饭的缘故。
第二次上升出现在17:
45左右，是因为
17:
:
35左右出现最大规模的学生用餐、大量人员流动导致，之后由于用餐人数趋于减少导致了第二次下降出现。
此外可以发现PM2.5质量浓度相对于颗粒物数浓度的变化有一定的延迟，当室内开始烹饪时（如图1所示startcooking时刻），室内颗粒物数浓度立刻升高，而PM2.5质量浓度大约在15min以后开始升高。
这是由于颗粒物数浓度在线监测仪P-Trak的测量颗粒物粒径范围为0.02-1µm，而颗粒物质量浓度在线监测仪DustTrak使用2.5µm的撞击采样头，其测量粒径为小于2.5µm，烹饪过程开始时先产生大量的细颗粒物（粒径小于1µm），随后超细颗粒物不断复合变成粒径较大的细颗粒物（粒径2.5µm左右），这个过程需要一定时间，所以PM2.5质量浓度会较颗粒物数浓度有一定的延时升高。
同理PM2.5质量浓度的衰减过程相对于颗粒物数浓度也有一定延时。
通过对烹饪、人的走动以及背景值的PM2.5质量浓度和颗粒物数浓度分别作箱线图，如下所示
（图2a、图2b）；
aPM2.5质量浓度箱线图b颗粒物数浓度箱线图
Fig.2aPM2.5massconcentrationboxplotFig.2bParticlenumberconcentrationboxplot
图2烹饪、人的走动以及背景值箱线图
Fig.2Cooking,walkingandbackgroundboxplot由图2a、图2b可知当室内不存在人为活动时，室内颗粒物污染水平较低，并保持较稳定的状态（PM2.5质量浓度：
219.7±5.0；颗粒物数浓度26620.2±1236.0）；人的来回走动所产生的颗粒物数浓度和PM2.5质量浓度相对烹饪活动也比较集中（PM2.5质量浓度：
304.4±25.6；颗粒物数浓度74863.0±5524.0）；而烹饪过程中所产生的颗粒物数浓度以和PM2.5质量浓度的分布则表现得较为分散（PM2.5质量浓度：
413.2±118.9；颗粒物数浓度111560.6±16155.7）。
这可能是由于食堂烹饪种类较多，不同类型的烹饪方式、使用的燃料可能会产生不同粒径的颗粒物，如Christopher等人针对8类烹饪活动所产生的颗粒并给出了具体的粒径分布，发现0.5μm以下的颗粒占了绝大多数，油炸产生的颗粒物粒径主要集中在0.1-0.5μm，烘烤（气燃料）产生的粒径大小则主要集中在0.02-0.5（粒径在0.02-0.1的占大多数）[6]。
需要注意的是颗粒物的粒径越小，其化学成分越复杂、毒性越大，这是因为小颗粒物的巨人表面积使其能吸附更多的有害物质，并能使毒性物质有更高的反应和溶解速度[7]。
图3为2012年4月19日（采样第一天）在打印店实时监测的数据，从中可以看到颗粒物数浓
度以及浓度随时间变化的过程，颗粒物数浓度和PM2.5质量浓度大体由13点左右开始下降，这是由于打印店内的人流量和打印工作开始下降的缘故，到达晚上20点左右重新上升至最高污染水平。
其中颗粒物浓度在16点左右达到过小高峰，伴随的PM2.5质量浓度也有所上升（存在一定的延迟时间），这是因为下午第二大节课（16：
10开始）有学生去打印店里打印资料的缘故。
晚上20点后随着人为活动的逐渐减弱，其室内颗粒物和PM2.5又逐渐降至环境背景值。
对比图1与图3可知，打印店内颗粒物数浓度和PM2.5质量浓度变化状况与食堂变化存在差异。
而这也是因为打印店与食堂的属性差异导致的人为活动时间的差异所引起。
通过调查发现打印店工作高峰一般集中在13点左右和晚上20点左右，而这些调查结果也与图4中污染物浓度峰值时间点相符合。
以上两图可知由于人为活动（特别是烹饪活动）很大程度的影响了室内环境，由于人为活动的存在可使其内
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