建筑室內外空氣真菌濃度相關性案例測試分析*

西安建筑科技大學 吳定萌 張 瑩 李安桂 熊 靜 高 然

0 引言

近年來，室內空氣質量受到了人們越來越多的關注，因為大部分人在室內環境中度過85%～90%的時間[1]。大學高校的辦公室是學生們學習和科研的場所，學生們每天在辦公室度過約11 h的時間甚至更長，辦公室內的空氣質量將影響學生的身體健康和學習狀態。大學高校的辦公室面積較小，通常人員密度較大。在室內環境中，長期暴露于高濃度的空氣真菌中可能會引起呼吸系統疾病、過敏癥狀及癌癥[2-6]。有文獻已經證明，空氣真菌是引起建筑物相關疾病和病態建筑綜合征(SBS)、慢性疲勞綜合征的主要原因[7]。另外，較小粒徑的空氣真菌(0.65～4.70 μm)可能滲透到下呼吸系統[8]，對室內人員健康造成嚴重威脅。

空氣真菌的濃度與許多因素和來源有關。Wang等人發現房屋潮濕和室內有明顯的霉斑會增加空氣真菌的濃度[9]。Kozdrój等人研究發現室內存在大量植物時會增加空氣真菌的濃度，另外，高濃度的顆粒物組分可能與空氣真菌濃度有關[10]。Wu等人的調查發現，空氣真菌與相對濕度和溫度成正比，秋季的濃度高于冬季，另外，室外空氣真菌是室內真菌的來源之一[11]。Zhai等人綜合敘述了空氣真菌的影響因素和來源[12]。因此，評估空氣真菌和影響因素的關系十分重要。

本文選取某高校學生辦公室，進行室內外空氣真菌的現場調查，分析空氣真菌濃度和粒徑在一天內各時間段的變化，以及室內外空氣真菌濃度的相關性，為研究開窗自然通風與室內空氣質量的關系提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣地點和時間

采樣地點位于西安某高校辦公室，選取的辦公室位于2層，使用面積約為23 m2，辦公室內能容納12～14人學習。室內有1臺壁式空調，采樣期間未運行。室內無肉眼可見的霉菌生長，室內有12套臺式計算機及部分盆栽和辦公學習用品。辦公室人員在不影響采樣的前提下可隨意活動。根據GB/T 18204.3—2013《公共場所衛生檢驗方法 第3部分：空氣微生物》的現場采樣點布置要求[13]，在辦公室的中央設置1個室內采樣點。且在辦公室唯一的窗戶外設置1個室外采樣點，距離建筑約1 m，周圍有大量樹木與綠地。采樣示意圖見圖1。2019年11月19—21日連續3天，每天08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00進行室內外空氣真菌樣品的采集。

圖1 采樣地點示意

1.2 采樣策略

使用六級撞擊式Andersen采樣器(FA-3型，中國)對室內外的空氣真菌進行采集，采樣器粒徑分為六級：Ⅰ(>7.0 μm)、Ⅱ(4.7～7.0 μm)、Ⅲ(3.3～4.7 μm)、Ⅳ(2.1～3.3 μm)、Ⅴ(1.1～2.1 μm)、Ⅵ(0.65～1.1 μm)，并以28.3 L/min的空氣流速運行5 min，每次采集重復3次以確保結果的準確性。采樣器放在離地面約1.2 m的位置以模擬人坐著的呼吸高度。采樣之前使用75%的酒精對采樣器進行消毒。使用裝有馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)的90 mm培養皿采樣，采樣結束后，將培養皿運至實驗室，并倒置放在27 ℃下培養 3～5 d。培養結束后進行菌落形態觀察并計數，使用Positive-hole法對菌落數進行校正處理[14]。

在采集空氣真菌的同時，記錄了室內人數，另外使用Swema風速儀(范圍0.05～3.00 m/s，精度0.001 m/s，型號3000，瑞典)在房間窗戶(上懸窗，開啟角度約30°)旁設置風速測量點，記錄上懸窗中心風速(見圖1)，風速的取值保留小數點后兩位有效數字。

1.3 計算方法

根據采樣時間和氣體流速，利用式(1)計算空氣真菌的總濃度。

(1)

式中C為空氣真菌總濃度，cfu/m3；Pr為校正菌落計數，cfu。

各級空氣真菌的分布比例按式(2)計算。

(2)

式中Ri為各級真菌所占的百分比；Ci為空氣真菌第i級的濃度，cfu/m3。

1.4 統計學分析

使用Origin 2016和SPSS 25對數據進行分析和整理。Kolmogorov-Smirnov檢驗發現空氣真菌的數據為非正態性分布。因此，使用多樣本Kruskal-WallisH檢驗用于比較不同時段真菌濃度。使用Spearman相關性分析室內外真菌濃度和上懸窗中心風速及室內人數的相關性；線性回歸分析用于理解室內空氣真菌濃度與室外空氣真菌濃度和室內人數的關系，統計顯著性定義為顯著性水平P<0.05。

2 結果與討論

2.1 室內外空氣真菌濃度的時間段變化及室內外空氣真菌濃度比值

室內外空氣真菌濃度隨時間的波動如圖2所示。12:00室內外空氣真菌濃度達到最大值，分別為4 429、29 452 cfu/m3；最小值出現在14:00，分別為1 698、3 569 cfu/m3。12:00室外空氣真菌濃度大于其他時間段(P<0.05)，這是由于12:00學生們下課，大量學生從采樣點旁經過，造成沉降的孢子重新懸浮，增大了空氣真菌濃度[15]。賈麗等人也證實了這一觀點，他們發現空氣真菌濃度最大值與人流量的峰時段較為吻合[16]。Goh等人發現在早上或者傍晚(08:00和20:00)室外空氣真菌濃度最大[17]，由于其采樣地點為新加坡，早晨和傍晚室外氣溫較低而相對濕度較高，與本文室外環境差異較大，因此出現室外真菌濃度隨時間的變化規律不同。

圖2 室內外空氣真菌濃度隨時間的波動

本研究的室內外空氣真菌濃度比值在0.15～0.63之間，每個時間段的空氣真菌濃度比值都小于1.0(見圖3)，說明室外空氣真菌濃度都大于室內。這是因為室外有大量的植物和土壤等空氣真菌的來源，從而增大了空氣真菌的濃度[12]。Kim等人也發現了相似的結果，指出醫院、托兒中心、老年人福利設施和產婦休養中心的室內外空氣真菌濃度比值都小于1[8]。Wu等人也發現圖書館秋冬兩季的室內外空氣真菌濃度的比值小于1.0[11]。

圖3 室內外空氣真菌濃度比值

本研究辦公室的室內空氣真菌平均濃度為2 591 cfu/m3，遠大于我國臺北幾個辦公室的真菌濃度(16倍)[18]，并且也遠大于Magorzata等人對辦公室的研究結果(18倍)[19]。Magorzata等人發現裝有空調系統及機械送排風系統的辦公室室內空氣真菌濃度較低，室內裝有空調系統及機械送排風系統有助于改善室內空氣質量[19]。

2.2 室內外空氣真菌濃度相關性分析

從室內人員數量和上懸窗中心風速進行分析，上懸窗中心風速和室內人數如表1所示。上懸窗中心平均風速有一定的波動，在0.24～0.42 m/s之間，最大值(0.42 m/s)出現在08：00，最小值(0.24 m/s)出現在14：00。室內平均人數在1～7人之間波動，在12：00最多(7人)。

表1 上懸窗中心風速和室內人數

室內空氣真菌濃度與上懸窗中心風速和室內人數及室外空氣真菌濃度之間的Spearman相關性系數如表2所示。室內空氣真菌濃度與室內人數呈顯著正相關(R=0.447，P<0.05)。Rajasekar等人在美食廣場也發現相似的規律，空氣真菌濃度與人數呈顯著正相關性[20]。本研究發現室內空氣真菌濃度與上懸窗中心風速無顯著相關性(P>0.05)。可能是由于除了風速本身外，其他因素如真菌的種類、研究區域等也會對其產生影響[12]，且開窗自然通風本身比較復雜，窗戶的風速呈間歇性而且比較隨機，因此上懸窗中心風速對室內真菌濃度的影響機制還有待進一步研究。

表2 室內空氣真菌濃度與上懸窗中心風速、室內人數和室外空氣真菌濃度的Spearman相關性

室內空氣真菌濃度與室外空氣真菌濃度也呈顯著正相關(R=0.753，P<0.05)[20]，且室內外空氣真菌顯示強正相關性[21]，這也說明了室內外空氣真菌是息息相關的。室外空氣真菌可通過開窗、滲透等途徑進入室內，影響室內空氣真菌的濃度。Frankel等人的研究也發現室內外空氣真菌濃度呈顯著正相關性[22]。且上文中室內外空氣真菌濃度比小于1.0，線性回歸中室外空氣真菌是室內空氣真菌的顯著影響因子(P<0.05，見表3)。因此，本研究推斷室外空氣真菌是室內空氣真菌的主要來源，且在室外空氣真菌濃度高的情況下，建筑直接開窗通風會增加室內空氣真菌濃度上升的概率。

表3 室內空氣真菌濃度與室內人數、室外空氣真菌濃度的線性回歸分析

2.3 室內外空氣真菌的粒徑分布

由于空氣真菌粒徑大小對應的可能進入人體呼吸道的部位不同，掌握空氣真菌粒徑的分布也十分重要[11]。本文中不同時段的室內外空氣真菌粒徑分布特征基本相同，但各級真菌粒徑百分比不同。測試結果表明空氣真菌粒徑分布基本不隨時間變化而變化，總體呈現對數正態分布，室內外空氣真菌從Ⅰ級到Ⅳ級逐漸增加，而后Ⅴ級到Ⅵ級逐漸減少。這一結果也表明室外真菌向室內的滲透導致了均勻的室內/室外尺寸分布格局。Priyamvada等人也報道了室內外真菌氣溶膠的相似粒徑大小分布模式[23]。

室內外每個時間段的空氣真菌粒徑百分比最大值皆分布在Ⅳ級(見圖4)，08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00室內最大值分別為44.1%、40.7%、37.3%、35.2%、41.1%、46.8%、47.1%，室外最大值分別為50.6%、39.6%、39.3%、36.8%、40.9%、40.7%、42.9%。方治國等人也發現室內空氣真菌粒徑分布總體特征不隨各種條件(家庭環境、季節特征、兒童性別、房屋結構)的變化而變化，空氣真菌粒徑最大值分布在Ⅳ級[24]。Wu等人也發現秋季圖書館室內外空氣真菌粒徑最大值分布在Ⅳ級[11]。室內外空氣真菌粒徑可進入到人體下呼吸道的多達85.0%。

3 結論

以學生辦公室為例，測試分析了室內外真菌濃度相關性，測試期間，室內外空氣真菌濃度變化范圍分別為1 698～4 429 cfu/m3和3 569～29 452 cfu/m3，最大值均出現在12：00。直接開窗通風條件下，室內外空氣真菌濃度比值均小于1，Spearman相關性分析顯示室內外濃度呈顯著正相關，且線性回歸分析表明室外空氣真菌濃度是室內空氣真菌濃度的顯著影響因子，因此，可推斷本研究室外空氣真菌是室內的主要來源。另外，Spearman相關性分析顯示室內空氣真菌濃度與室內人數也呈顯著正相關。室內外空氣真菌粒徑分布總體均呈現對數正態分布，空氣真菌粒徑最大值出現在第IV級(2.1～3.3 μm)。