人为活动对室内空气质量的影响分析.docx

1、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-3PM2.5 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 242266 particlescm 、124.2ugm-3，远远高于其他室内活动对颗粒

2、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，PM2.5The analysis of human activities impact on indoor air qualityAbstract: To investigate air quality deteriorati

3、on in the indoor environment which human activities cause and analyze the difference they contribute, which may supply the basic data for people engaged in indoor activities scientific and improving indoor air quality. Five representative places in Xi an Jiaotong university were selected for monitor

4、ing point during April 2012. Number concentration and PM2.5 mass concentration changing were monitored at same time and human activities and related ventilation information were recorded. The sampling results show that different human activities caused the different particle number concentration and

5、 PM2.5 mass concentration. The dining hall particle number average concentration and PM2.5 mass average concentration were 242266 particlescm-3 and 124.2 ugm-3, respectively. Its far higher than other indoor activities, expect mop the floor. People should shorten working hours and enhance ventilatio

6、n to reduce risk during they exposure in high-risk environmental pollution, especially the higher emissions of pollutants activity, such as cooking.Keywords: human activities; number concentration; 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

7、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 1 m 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

8、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-TrakR 超细粒子计数器 8525 实时监测室内颗粒

9、物数浓度的变 化特征；采用 DustTrakTM 8530 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。 DustTrakTM 8530 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.1 Introduced the

10、basic situation of the five monitoring sites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2012-4-6 day1门：关 2012-4-7 day2宿舍 5 25 75 1 台吊扇 关 1/2 8:00-2窗：开 2012-4-8 day30:002012-4-23 day4吊扇：关 2012-4-9 day1健身 8 台吊扇，-1 166 498 排气扇： 1/24 门：开 2012-4-10 day2 14:30-房 8 个排气扇开 窗：开 2012-4-11 day3 22:30图书 3 362

11、1811 14 台吊扇， 吊扇：关 2/56 门：开 2012-4-12 day1 13:30-馆2 台空调 空调：关窗：开 day2 day321:502012-4-19 day1打印 门：开 13:30-1 312 1404 无 3/1 2012-4-20 day2店 窗：开 21:502012-4-21 day32012-4-22 day1门：开 10:30-食堂 1 674 5392 4 台空调 关 2/13 2012-4-24 day2窗：开2012-4-25day319:001.2 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-TrakR 8525 读数并不能反映颗粒物的真

12、实质 量浓度。为了增加监测实验的测量精确度，本研究采用 MiniVolTA SR 空气采样器与 Dust-TrakTM（Model 8530）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：2.130.42），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, ME 5-F） 进行前后两次称重。同时为保证测试

13、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 3 PM2.5 质量浓度总结表。表 2 显示，食堂观测到的平均数浓度（75708particlescm-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（24425 particlescm-3）的 3.1 倍、图书馆（19821particle

14、scm-3） 的 3.8 倍、健身房（20791particlescm-3）的 3.6 倍、宿舍（19396particlescm-3）的 3.9 倍，可见烹调对室内小超细颗粒物（UFPs,粒径小于 1 m）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

15、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 0.021um），所以没有观测到数浓度的显著升 高。表 2 颗粒物数浓度表 aTab.2 Particle number concentration table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day1 576 18841 2033 10034 15448 19060 22315 23456day2 519 18757 5073 11326 12303 17328 29450 31000day3 628 20432 2276 16886 174

16、12 20548 24416 28123day4 346 20984 3729 14093 14819 20514 26811 28575all 2254 19396 3409 10034 14000 19063 26568 26568健身房day1 668 11266 4082 4835 6005 10956 19298 28795day2 489 30428 9207 15783 20744 26766 50179 57621day3 468 24316 9601 6290 7678 27335 38125 39398all 1625 20791 11300 4835 6327 20750

17、 39724 57621图书馆day1 438 20211 3986 15758 16017 18940 26942 28450day2 478 18279 3340 14918 15211 16703 23556 42873day3 475 21014 2636 15055 16676 21501 25027 28400all 1391 19821 3542 14918 15386 19725 26507 42873打印店day1 470 21057 4385 13933 14548 21235 28560 42700day2 472 26951 3850 20598 21328 27195

18、 33094 35715day3 467 25268 6951 12748 14958 26415 36593 47480all 1409 24425 5789 12748 15380 24210 33513 47483大学食堂day1 461 60980 33887 24873 25742 55933 123769 145416day2 457 71623 33630 19395 22480 73623 129705 193583day3 467 94226 44792 32365 39768 91645 177143 242266all 1385 75708 40290 19395 257

19、80 72460 146436 242266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

20、 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 242266 particlescm-3、124.2ugm-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/

21、T 18883-2002)作比较，标准规定可吸入颗粒物 PM10 的最高限度为 150 gm-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 266 gm-3（4 天平均值）。由此可见，食 堂内的环境急需改善。表 3 PM2.5 质量浓度表 aTab.3 PM2.5 mass concentrations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day1 642 77.6 37.0 29.1 31.9 65.7 127.7 149.8day2 674 50.6 17.4 35.2 37.1 42.7 9

22、2.0 108.5day3 592 106.3 48.8 43.2 44.6 82.6 171.5 183.1day4 346 181.0 23.8 106.6 156.8 180.8 208.6 443.7all 2254 107.1 47.6 29.1 38.0 87.3 152.1 443.7健身房day1 713 45.4 7.6 35.2 35.2 45.1 59.2 78.4day2 489 87.7 9.4 68.1 77.0 85.4 104.2 110.8day3 468 116.4 45.1 30.0 183.6 135.7 172.3 183.6all 1670 77.7

23、 38.9 30.0 35.7 70.4 148.4 183.6图书馆day1 438 19.0 6.3 14.6 15.0 16.9 26.3 87.8day2 478 236.8 18.6 173.7 195.3 239.0 262.0 271.4day3 479 35.6 10.1 21.1 22.5 33.8 50.7 54.0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all 1395 99.3 100.3 14.6 15.5 35.2 255.4 271.4打印店day1 480 106.6 45.3 60.1 63.8 89.0 2

24、00.5 254.9day2 480 61.1 8.7 50.7 52.6 57.3 80.3 83.6day3 474 56.2 15.9 33.3 35.2 52.6 92.9 106.1all 1434 74.7 36.2 33.3 43.0 62.2 153.5 254.9大学食堂day1 464 167.7 56.2 90.1 101.9 150.5 259.9 344.6day2 482 100.9 67.7 37.1 38.5 77.7 241.2 427.2day3 469 105.0 98.9 23.0 23.9 67.1 300.0 746.5all 1415 124.2

25、82.2 23.0 25.4 104.7 264.4 746.5注解：a 采样数据单位为 ugm-3，b day1,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

26、 质量浓度变化趋势（2012-4-22）Fig.1 The variations of particulate number concentrations and PM2.5 mass concentrations in the student canteen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.

27、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 start cooking 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 0.02-1m ，而 颗粒物质量浓度在线监测仪 DustTrak 使用 2.5 m 的撞击采样头，其测量粒径为小于 2.5 m ，烹 饪过程开始时先产生大量的细颗粒物（粒径小于 1 m ），随后超细颗粒物不断复合变成粒径较大的 细颗粒物（粒径 2.5 m 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

28、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）；a PM2.5 质量浓度箱线图 b 颗粒物数浓度箱线图Fig.2 a PM2.5 mass concentration box plot Fig.2 b Particle number concentration box plot图 2 烹饪、人的走动以及背景值箱线图Fig.2 Cooking, walking and background box plot 由图2a、图2b可知当室内不存在

29、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：219.75.0；颗粒物数浓度26620.21236.0）；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：304.425.6；颗粒物数浓度74863.05524.0）；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： 413.2118.9；颗粒物数浓度111560.616155.7）。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

30、动所产生的颗粒并给出了具体的粒径分布，发现0.5m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0.1-0.5m，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

31、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