可吸入顆粒物在中央空調系統中分布特點的研究

周晶 譚宇軒 胡昱辰 馬樂 朱愿敏 趙倩 王勇娟 趙芳芳 姬浩然 陳美娟

摘? 要：目的 室內空氣污染的可吸入顆粒物在中央空調系統中分布特點分析。方法 對具有中央空調室內空間可吸入顆粒物等的采樣與檢測。結果 遠離中央空調主送風管道的高層樓送風口的粉塵分散度大于離主送風管近端低層樓送風口，即可吸入顆粒物的粒徑有向高樓層變小的趨勢。結論 從分散體系來看室內粉塵的來源是中央空調系統、門窗進入和生活排放脫落的集合體。以粉塵分散體系來研究在室內污染的顆粒物方式比質量濃度（mg/m3）相對客觀和規律。有中央空調的建筑在顆粒物空調管道的反復撞擊阻留作用下具有分散效應。高樓層隨送風口的污染對健康的暴露危害性加大。室內空氣污染的可吸入顆粒物在中央空調系統中分布特點的研究，對于相應的室內環境健康影響與防護具有一定意義。

關鍵詞：室內空氣污染? 分散效應? 粉塵分散度? 可吸入顆粒物

中圖分類號：X51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0042-02

室內空氣污染在不同建筑空間具有其相應的動態變化規律，我們在“室內空氣污染的動態效應研究”中提出了室內空氣污染的撞擊分散效應等概念[1]，即顆粒物隨氣流在送風管道中運行時具有一定的分散效應。在具有中央空調的居室、辦公和公共場所里由于種種原因，往往忽略了高效和中效過濾裝置，甚至是沒有設置過濾網。粉塵分散度越高，其總體表面積呈幾何倍數增長，攜帶質量中值直徑很小的病原微生物的概率大大提高，因而對人體健康會產生一定的影響[2]。該文通過對可吸入顆粒物粒徑參數之一的分成分散度檢測，分析了在中央空調系統中不同粒徑粉塵的分布特點。對于中央空調系統的設計和結構的改進，提供了參考性實驗依據。

1? 研究對象與方法

1.1 研究對象

具有5層以上建筑的中央空調系統的商場、賓館，測定送風管道中粉塵的粉塵分散度，分析可吸入顆粒物在中央空調系統中分布特點。15棟樓盤按樓層隨機等距抽樣法進行采樣，分別采取高層送風管道口和低層送分管道口粉塵樣品，對照組同時做相應位置的室內空間粉塵分散度分析。

1.2 研究方法

中央空調管道系統的粉塵的粉塵散度分析，方法為GB 5748—85《作業場所空氣中粉塵測定方法》。中央空調管道系統的終端送風口的可吸入顆粒物濃度測定，方法用GB/T 17095—1997《室內空氣中可吸入顆粒物衛生標準》。儀器為OLYMPUS-CX41生物顯微鏡（分辨率約0.2μm）、目鏡測微尺、物鏡測微尺、計數器、載物玻片、推片、乳頭滴管等。統計方法為SPSS 19軟件。

2? 結果

可吸入顆粒物在中央空調系統管道中的不同空間結構的分布分析如下。

將低層送風口、室內空間對照分別與高層送風口的粉塵分散度，做配對雙樣本t檢驗統計學分析。高層送風口端粉塵分散度大于低層（P<0.01），低層送風口粉塵分散度大于室內對照（P<0.01），均有非常顯著性差異。因此中央空調管道的粉塵分散度從大到小依次為：高層送風口端﹥低層送風口﹥室內粉塵。一般主送風管道位于建筑的低層，實驗表明當樓層升高時，粒徑有變小的趨勢，而氣流到達室內后顆粒物粒徑反而又變大。粒徑從大到小依次為：室內的粉塵﹥低層送風口﹥層送風口端。

3? 討論

中央空調管道的氣流運行方向是：風機→主送風口→低層送風管道→高層送風口管道→室內。室內空氣污染的動態效應的研究研究中，我們描述了撞擊分散效應的概念，顆粒物隨氣流在管道中運行時，原來末端速度與氣流速度相等，但空調管道從近端至遠端有若干次的轉折，口徑變小和管壁的粗糙等因素，使得氣體方向改變。可吸入顆粒物由于本身的慣性比氣流方向改變滯后，動量越大越明顯。

該文結果表明，顆粒物的分散度從大到小依次為：中央空調管道高層送風口﹥低層送風口﹥室內空間;粒徑從大到小依次為：室內的粉塵﹥低層送風管道﹥高層送風管道，而送風氣流的方向是：主送風管道→低層管道→高層管道室內，顯然室內粉塵粒徑反而增大是來自空調管道之外的分散體系因素;可見室內粉塵的來源不僅是空調系統，從分散體系來看室內粉塵的來源是中央空調系統、門窗進入和生活排放脫落的集合體。對于空氣動力學當量直徑較大的顆粒物和比重較重的有害氣體，如氡氣等可呈現濃度與樓層升高呈負相關的現象，這種情況僅僅在典型天井樓盤的空曠空間中，使可吸入顆粒物和重量級氣體的沉降與低層的結果。但從顆粒物分散體系的分散度來分析，高層室內空間粉塵質量濃度的減少并不與小顆粒物的增多相一致。因此，以粒徑相關的粉塵分散度來研究可吸入顆粒物在室內空間的暴露狀況比質量濃度mg/m3更加客觀，能較好地反映室內空氣污染的動態變化規律。

有中央空調的建筑，顆粒物在管道中的反復撞擊阻留作用下具有分散效應。高樓層送風口的污染對健康的暴露危害性加大。因此要改變這一狀況，建議在高層送風口加裝高校過濾器，在低層送風口加裝中校過濾器，并提供足夠的新風量來保證居室和辦公場所的健康環境。分散效應提示，有中央空調的建筑樓盤其高層的健康危害因素加大。在遠離風機的高層室內空間的顆粒物粒徑變小時，其總體表面積大大超過低層室內空間，其攜帶小病原微生物（如病毒素等）的幾率大大提高。同時質量較輕的有機物顆粒和微生物氣溶膠等，如直徑≤1μm的飛沫核，將長期滯留在室內空間和中央空調系統中危害人體健康。研究表明，大部分有害元素和化合物都富集在細顆粒物上，PM2.5的主要成分為硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、含碳顆粒（包括元素碳和有機碳）、金屬顆粒、礦物質等。顆粒物隨著其粒徑的減小，在大氣中的滯留時間和在呼吸系統的吸收率也隨之增加，因此對人體健康的影響也越大[3]。可吸入顆粒物在中央空調系統中分布特點的研究，對于中央空調系統的設計和結構的改進，提供了值得思考的參考性實驗依據。

參考文獻

[1] 周晶，賈海紅，張東成.室內空氣污染的動態效應研究，中國衛生檢驗雜志，2005，15（11）：1307-1308.

[2] 周晶，趙倩，張旭.室內空氣污染的顆粒物高層分散效應研究[J].科技資訊，2017，15（34）：253-254.

[3] 李蓉，趙秀國，劉亞軍，等.可吸入顆粒物在人體呼吸系統沉積的數值模擬與實驗研究進展[J].生物醫學工程學雜志，2017，34（4）：637-642.