自然通风室内外PM10_PM2_5_PM1_0污染特征_谢伟_樊越胜_黄亦平_李

6
３ 分析与讨论
３．１ 室内外颗粒物浓度特征 图 2 和图 3 分别给出室内外颗粒物质量和数量
浓度的日变化特征，室外 PM10、PM2.5 的质量浓 度峰值出现在 09:00~10:00，主要原因由于测试时 间近地面逆温较强且此时大气层结构稳定，不利于 颗粒物污染物的扩散，造成室外大气环境中颗粒物 浓度较高；随着天气的转晴，大气中 PM10 和 PM2. 5 浓度逐渐降低，但 PM1.0 浓度全天基本维持恒 定，室内颗粒物浓度变化趋势与室外相近。由图2可 见，自然通风房间室内外颗粒物质量浓度变化呈现 较好的一致性，且室内环境中颗粒物的质量浓度与 室外处于同一数量级，这与文献[8-10]的研究结果一 致。
测试建筑选取某高校内的实验综合楼，测试 地点为 6 层的一个实验室，房间面积为 6 m × 8 m， 层高为 3.6 m，西外墙安装两扇高（1.0 ÷ 1.2）× 宽 1.2（m）的半开左右式推拉窗，西窗靠近交 通主干道，测试时间窗户开启，开窗面积 0.48 m2， 房间通风方式为自然通风。对室内外的颗粒物浓度 进行采样，室内采样点选择距地面高度 1.2 m 的实 验台上，室外测点位于窗户外侧。
2015 年 9月 洁净与空调技术 ＣＣ＆ＡＣ 第 3期
自然通风室内外 Ｐ Ｍ １ ０ 、Ｐ Ｍ ２ ． ５ 、Ｐ Ｍ １ ． ０ 污染特征
中交第二航务工程勘察设计院有限公室内外颗粒物粒径范围在 10 ìm 内的 粒子的数量浓度，可见，自然通风建筑室内外颗粒 物数量浓度变化同样呈现较好的一致性。
图 3 室内外颗粒物数量浓度分布
由图 3 可知，粒径在 2.500 ìm ~10.000 ìm、 1.000 ìm ~ 2.500 ìm、0.265 ìm ~1.000 ìm 范围 内的室外颗粒物的背景浓度分别为 4 . 0 × 1 0 3 个 /m3、2.0 × 104 个 /m3、6.6 × 105 个 /m3；粒径 在 2.500 ìm ~ 10.000 ìm 的颗粒物数量浓度全天保 持均值 2.3 × 103 个 /m3，粒径 1.000 ìm ~2.500 ìm 范围内的颗粒物数量浓度在 09:30 迅速下降，在 11:00 左右维持稳定，其值为 9.8 × 103 个 /m3，为 背景浓度的 0.49 倍，随后颗粒物出现小幅度的波 动。
Abstract This paper conducts a theoretical analysis and experimentally studies the characteristics of particle matter pollution and the ratio of the indoor to outdoor particle concentration of a natural ventilation building through establishing a mass balance equation. The results show that indoor PM10, PM2.5, PM1.0 are 46.7%~54.4%、48.7%~57.3%, 22.9%~ 28.9% from indoor air pollution respectively, the correlation between indoor and outdoor particulate matter strengthened with the increase of the diameter; The I/O value of PM1.0 is in the range of 0.97~1.31, the PM2.5 and PM10 are in the range of 0.90~1.23and 0.95~1.08, the I/O value reduces with the increase of the diameter, the mean ratio are 1.09, 1.06, 1.00 respectively.
２．２ 测试条件及方案
测试时间 2014 年 3 月 13 日 ~15 日 09:00~18:00， 采用GRIMM1.109便携式气溶胶粒径光谱仪对室内 外 PM10、PM2.5、PM1.0 的质量及数量浓度进行 同时监测，数据分析采用测试平均值；采用 INNOVA 3725 气体监测仪（以 SF6 作为示踪气体）
1.8 × 103 个 /m3。 由分析可知，近地面逆温层对粒径范围在
1.000 ìm ~2.500 ìm 的粒子数量浓度影响较大，粒 径范围在2.500 ìm~10.000 ìm的大粒子数量浓度在 大气环境中基本保持恒定，而在 0.265 ìm ~1.000 ìm 范围内的粒子主要受汽车尾气排放等影响。
尽管室内外 PM1.0 的质量浓度值全天稳定，但 粒径范围在 0.265 ìm ~1.000 ìm 的颗粒物数量浓度 却呈递增趋势。分析其原因：因测试建筑靠近交通 主干道，随着 09:00-10:00 道路上车辆的逐渐增多， 汽车尾气排放的废弃物导致该粒径范围内的颗粒物 数量浓度增加，由于测试地点距污染源有一定的距 离，其浓度峰值存在延迟，出现在 11:30 左右，数 量浓度为 1.1 × 106 个 /m3，为背景浓度的 1.67 倍， 由于小粒子不易扩散迁移等原因造成该粒径范围内 的粒子数浓度趋于稳定；测试时间 10:00 至 18:00点 粒径范围在2.500 ìm~10.000 ìm的颗粒数量浓度为
Hussein T[6]对机械通风房间的研究表明室内外 颗粒物浓度比值是稳定的；樊越胜[7]等对西安市办
* 谢伟，男，1 9 8 6 年 1 0 月生，硕士研究生，助理工程师
430071 武汉市武昌区民主路 555 号 13720215153 E-mail:xwei86@ 收稿日期：2 0 1 5 - 0 1 -1 2
中交第二航务工程勘察设计院有限公司 黄亦平 李 龙
摘 要 通过建立室内颗粒物集总参数模型，对自然通风房间室内的颗粒物污染特征及室内外颗粒浓度比值 进行理论分析和实验研究，结果表明，室内 PM10、PM2.5、PM1.0 分别有 46.7%~54.4%、48.7%~57.3%、22.9%~ 28.9% 来自室内污染，室内外颗粒物的相关性随粒子尺度的增大而增强；测试房间 PM1.0 的 I/O 比在 0.97~ 1.31 内变化，PM2.5、PM10 的 I/O 分别介于 0.90~1.23、0.95~1.08 之间，随着粒径的增大 I/O 比降低，其均值分 别为 1.09、1.06、1.00。
１ 自然通风室内颗粒物浓度模型
通过质量平衡方程建立自然通风状态下室内颗 粒物浓度的集总参数模型，如公式（1 ）所示。
（1 ）
. 52 .
洁净与空调技术CC&AC
2015
式中：V 为室内体积，m 3 ；Q 为自然通风量， m3/h；C 为室外颗粒物质量浓度，mg/m3；P 为
w
颗粒物穿透效率；K 为颗粒物沉降率，h-1；G 为室 内单位体积发尘量，mg/(m3·h)；t 为时间，h；C
图 2 室内外颗粒物质量浓度分布
由图 2 可知，室外 PM10、PM2.5、PM1.0 质 量浓度的变化范围分别为：202.4 ìg/m3~384.2 ìg/m3、115.5 ìg/m3~222.6 ìg/m3、70.9~90.1 ìg/m3，其均值为：270.3 ìg/m3、147.2 ìg/m3、 81.7 ìg/m3；室内 PM10、PM2.5、PM1.0 质量浓 度的变化范围分别为：2 0 7 . 7 ~ 3 7 5 . 4 ì g / m 3、 114.4~225.1 ìg/m3、69.5 ìg/m3~107.1 ìg/m3，其 均值为：271.5 ìg/m3、155.5 ìg/m3、89.2 ìg/m3。 室外 PM10、PM2.5 浓度长期高于《环境空气质量
０ 引言
绝大多数人 70%~90% 的时间是在室内度过 的[1-2]，室内空气品质受到人们的关注，人们普遍 认为开窗通风可以保持室内良好的空气品质，同时 也是改善建筑室内空气质量的关键。随着室外大气 颗粒物污染的加剧，室外环境进入室内的颗粒物对 人体健康有较为显著的影响。文献[3-4]表明室内颗 粒物浓度通过各种因素受室外影响，早在20世纪60 年代，Biersteker 等人[5]就开始了室内外颗粒物浓度 关系的研究。
公建筑的研究表明：无独立新风系统的风机盘管室 内 PM2.5 平均排放量为 2.89 mg/h ~ 4.08 mg/h；室 内 PM10 的平均排放量为 7.93 mg/h~12.48 mg/h。对 于自然通风建筑，不同学者展开了对 I/O 比值的实 验研究，由于测试环境等因素造成测试结果存在差 异。为进一步了解自然通风房间室内颗粒物污染特 性，本文通过结合理论推导与模型实验测试，对自 然通风建筑室内 PM10、PM2.5、PM1.0 污染特征 进行分析，探讨解决该类建筑室内颗粒物污染的控 制策略。
第 3 期 自然通风室内外 PM10、PM2.5、PM1.0 污染特征 . 53 .
标准》[11（] G B 3095- 2012）二级标准规定的 150 ìg/m3、75 ìg/m3，超标倍数分别达 1.802 倍、 1.963 倍。其中室内 PM10 浓度超过我国《室内空 气质量标准》[12（] GB/T 18883-2002）规定浓度限值 150 ìg/m3 的 1.81 倍；目前我国室内尚无 PM2.5 的 控制标准，相对于《环境空气质量标准》中 PM2.5 的二级标准而言，室内 PM2.5 的超标倍数达 2.073 倍。
３．２ 室内颗粒物污染特征
图 4 给出自然通风房间室内外 PM10、PM2.5、 PM1.0的线性回归方程的室内外颗粒物浓度的相关 性大小为 RPM10 ＞ RPM2.5 ＞ RPM1.0，即 PM10 与 PM2.5 的颗粒物浓度存在明显的相关性，PM1.0 的相关性较弱，相关性系数仅为 R=0.6120，这与 刘阳生[13]等对北京市的测试结果一致。文献[14]对 我国大气 PM2.5 污染水平的监测表明：大气中 PM2.5 的来源主要是燃料的燃烧及机动车尾气，而 文献[14-15]指出室内PM2.5的来源除进入室内的大 气污染物外，在很大程度上归结于房间的特点及行 为因素（如吸烟、烹饪、清洁等）。经分析可知，测 试时间电脑开启产生的小粒子导致室内外PM2.5和 PM1.0 的相关性<PM10。对于室内存在污染源（主 要以小粒子为主）的自然通风房间，室内外颗粒物 相关性随粒子尺度的增大而增强。