冬季高校教室溫濕度及PM2.5、PM10變化規(guī)律研究

姬長發(fā) 李美晨 王雨萌 李亮

西安科技大學(xué)能源學(xué)院

0 引言

高校是大學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的重要場所，高 校內(nèi)建筑物具有典型的建筑特征和通風(fēng)特性，其 室內(nèi)空氣質(zhì)量的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)外研究學(xué)者在室內(nèi)空氣品質(zhì)研究方面做了許多工作，C hiheb Bounden[1]對突尼斯兩個不同氣候區(qū)人體熱舒適與室外空氣溫度密切相關(guān)。Renata Wiglusz[2]進(jìn)行了溫度對甲醛和 VOCs的散發(fā)影響研究。Jonathan A.Bernstein[3]等 研究了室內(nèi)空氣污染物對人體健康的影響。日本[4]的一項(xiàng)關(guān)于室內(nèi)環(huán)境與兒童健康的調(diào)查顯示，室 內(nèi)潮濕與兒童哮喘癥狀存在顯著相關(guān)性。比利時[5]的一項(xiàng)調(diào)查中檢測了18 棟住宅和 27 所學(xué)校室內(nèi) PM1、P M2.5、P M10 的濃度均超過歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。M iguel VR[6]采 用CFD 模擬了室內(nèi)空氣流動與室內(nèi)空氣品質(zhì)的關(guān)系。龔波[7]研究了成都某高校教學(xué)樓室外風(fēng)向及樓間距對自然通風(fēng)引入的影響。王樂[8]對 某辦公建筑物自然通風(fēng)的數(shù)值模擬提出分區(qū)模擬分析的方法。陳威威[9]研究了哈爾濱某高校教室室內(nèi)空氣品質(zhì)得出采暖季 CO2是影響高校內(nèi)空氣品質(zhì)的重要指標(biāo)。楊曉敏[10]對 冬季封閉教室內(nèi)溫度、濕 度、照 度、噪 聲和可吸入顆粒物進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測，得到教室環(huán)境綜合不滿意率公式。申曉宇[11]對南京市某高校教室空氣污染物在教室的擴(kuò)散傳播進(jìn)行研究。

本文監(jiān)測了西安某高校教室內(nèi)溫濕度、P M2.5 濃度以及PM10 濃度。了解這一地區(qū)公共建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)狀況，以 便為今后進(jìn)一步改進(jìn)公共建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)提供依據(jù)。

1 教室的基本情況

西安市平原地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，冷 暖干濕四季分明。年 平均氣溫13.0～13.7 ℃，年 主導(dǎo)風(fēng)向各地有差異，西 安市區(qū)為東北風(fēng)。

實(shí)驗(yàn)監(jiān)測選取選取西安市某高校臨潼校區(qū) 3 號教學(xué)樓進(jìn)行實(shí)測，教 學(xué)樓為回字形建筑如圖1 所示，教 學(xué)樓結(jié)構(gòu)布局規(guī)整簡明，具有良好的采光和通風(fēng)條件。建筑南北朝向，共 五層，回 字形中部樓頂采用玻璃幕頂。建 成約20 年。教 室采用傳統(tǒng)供暖方式，供 暖期為每年11 月15 日至第二年3 月15 日四個月。測 試教室位于第4 層教室有內(nèi)側(cè)、外 側(cè)窗，兩 扇門但后門一般處于關(guān)閉狀態(tài)，根 據(jù)室內(nèi)師生的主觀需求任意開啟內(nèi)測窗、外 側(cè)窗、前 門進(jìn)行室內(nèi)通風(fēng)。

圖1 教學(xué)樓平面示意圖

2 測試儀器、測點(diǎn)布置及測定時間

2.1 監(jiān)測設(shè)備

監(jiān)測實(shí)驗(yàn)采用 BR-Smart-126 空氣質(zhì)量檢測儀三臺，便 于更精準(zhǔn)的得出在相同時間區(qū)域內(nèi)室內(nèi)污染物濃度的變化規(guī)律。BR-Smart-126 技術(shù)參數(shù)如表 1 所示，T PJ-20-LG 溫濕度露點(diǎn)記錄儀，技 術(shù)參數(shù)具體如表2 所示。

表1 BR-Smart-126 空氣質(zhì)量檢測儀技術(shù)參數(shù)

表2 TPJ-20-LG 溫濕度露點(diǎn)記錄儀技術(shù)參數(shù)

2.2 測點(diǎn)布置及監(jiān)測時間

在教室的前、后 及中部1.5m 處共布置3 個測點(diǎn)數(shù)據(jù)取其平均值，學(xué) 校授課方式均為一大節(jié)制，即 50 分鐘為一小節(jié)，兩 小節(jié)課間休息5 分鐘，兩 小節(jié)內(nèi)教室的人員固定不變。監(jiān) 測儀器每隔30 秒記一次數(shù)。測試從頭年的10 月至次年的1 月期間持續(xù)對教室進(jìn)行監(jiān)測。教室的使用主要集中在周一至周五，監(jiān) 測時間段為8:00-12:00，14:00-18:00，文 中摘錄部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 實(shí)測結(jié)果分析

3.1 室內(nèi)溫濕度變化規(guī)律

1）采 暖期前8:00-12:00 溫濕度變化

從圖2 可以看出，上午8:00-12:00 室內(nèi)溫度先上升后下降再上升，且在 8:00-10:00 溫度上升較大，在 10:01-10:20 這段時間由于課間教室門開啟和學(xué)生教室學(xué)生更換引起溫度下降，10:20-12:00 人員在室內(nèi)穩(wěn)定后散發(fā)熱量，溫 度開始上升。8:00-10:00 室內(nèi)相對濕度呈現(xiàn)下降趨勢。10:00-12:00 這段時間內(nèi)室內(nèi)相對濕度呈現(xiàn)出增長的趨勢。

圖2 采暖期前8:00-12:00 教室內(nèi)溫濕度變化

2）采 暖期8:00-12:00 溫濕度變化

由圖3 可已看出，采 暖期（8:00-12:00）室 內(nèi)溫度隨時間變化呈現(xiàn)出先上升后下降再上升的趨勢，同 采暖前室內(nèi)溫度變化規(guī)律相似，但 屬于供暖期溫度會高于采暖前。室內(nèi)相對濕度大體上則呈現(xiàn)出先下降再上升趨勢。

圖3 采暖期8:00-12:00 教室內(nèi)溫濕度變化

3）采 暖期14:00-16:00 溫濕度變化

由圖 4 可已看出，采 暖期第五六節(jié)課溫度同第一二節(jié)課變化規(guī)律相似，在 該時間段內(nèi)（14:00-16:00）內(nèi) 呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，因 為午休期間，教 室內(nèi)門窗開啟通風(fēng)換氣，并 且教室內(nèi)沒有任何人員，開 始上課后門窗關(guān)閉，室 內(nèi)人員散發(fā)熱量，室 內(nèi)溫度緩慢上升。在正常天氣情況下，該 時間段（14:00-16:00）內(nèi) 室內(nèi)濕度大致呈現(xiàn)出下降的趨勢，特 殊天氣下，因 室外溫濕度對室內(nèi)影響較大，室 內(nèi)相對濕度逐時升高。

圖4 采暖期14:00-16:00 教室內(nèi)溫濕度變化

3.2 室內(nèi)PM2.5 濃度變化規(guī)律

1）教 室內(nèi)PM2.5 濃度的上課日變化

教室內(nèi)上課日PM2.5 濃度均值變化如圖5 所示。

圖5 教室內(nèi)PM2.5 濃度平均值

2）教室室外及不同朝向 PM2.5 濃度對室內(nèi)PM2.5 濃度的影響

由圖 6 可已看出，室 內(nèi) PM2.5 濃度隨室外 PM2.5濃度的變化而變化，各 日室內(nèi)外 PM2.5 濃度差異不明顯，24 小時與室外呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。由圖7 可已看出，東側(cè) 406 教室內(nèi)PM2.5 濃度高于西側(cè) 413 教室，北 側(cè)402 教室內(nèi)PM2.5 濃度高于南側(cè)410 教室，可以得出當(dāng)?shù)氐臇|北風(fēng)向?qū)淌覂?nèi)空氣質(zhì)量有所影響。

圖6 室外PM2.5 濃度對室內(nèi)PM2.5 濃度的影響

圖7 不同朝向?qū)κ覂?nèi)PM2.5 濃度的影響

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，教室內(nèi) 10 月份 PM2.5 濃度平均值為107 μg/m3，11月份PM2.5濃度平均值為121μg/m3，12 月份PM2.5 濃度平均值為149.2 μg/m3。第一、二節(jié)課，第三、四節(jié)課，第五、六節(jié)課這三個時間段中教室內(nèi) PM2.5 濃度最高值分別出現(xiàn)在 11 月 15日為 150.8 μg/m3、11 月 16 日為 245.6 μg/m3、11 月 17日為308 μg/m3。西安自 11 月 15 日進(jìn)入冬季采暖期。監(jiān)測期間教室內(nèi) PM2.5 濃度平均值由低到高依次為10 月份＜11 月份＜12 月份。

3.3 室內(nèi)PM10 濃度變化及其PM2.5 濃度的關(guān)系

由圖 8 可以看出，教 室內(nèi) PM2.5 和 PM10 的濃度曲線具有相似的變化規(guī)律，呈 現(xiàn)出顯著相關(guān)性。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，室 內(nèi) PM10 濃度值均高于室內(nèi) PM2.5 濃度值。分析可知，教 室內(nèi) PM2.5 與 PM10 的日平均濃度比值在0.85～0.92 之間，教室內(nèi) PM2.5 濃度與 PM10濃度差異較小。當(dāng)室內(nèi)PM2.5 濃度與PM10 濃度均比較低（低于100 μg/m3）時，兩 者濃度差距更小。

圖8 教室內(nèi)PM10 濃度與PM2.5 濃度的關(guān)系

4 結(jié)論

取選取西安市某高校臨潼校區(qū) 3 號教學(xué)樓四層的教室進(jìn)行了溫濕度、P M2.5 與PM10 長時間的檢測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)得出結(jié)論如下：

1）冬 季節(jié)教室內(nèi)溫度均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，采 暖期前室內(nèi)平均溫度與室外平均溫度緊密相關(guān)，進(jìn) 入采暖期后室內(nèi)因固定熱源持續(xù)散熱，與 室外平均溫度相關(guān)性漸微，教 室內(nèi)溫度的變化與上課時間的安排及課間人員的流動密切相關(guān)。冬季節(jié)正常天氣下教室內(nèi)濕度與溫度兩者之間的變化呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，降雨降雪天氣教室內(nèi)相對濕度變化受室外濕度影響波動較大。

2）監(jiān) 測期間，室 內(nèi)外PM2.5 質(zhì)量濃度存在顯著正相關(guān)，室 內(nèi) PM2.5 濃度低于室外，但 隨時間變化趨勢一致，降 雨、建 筑朝向均影響室內(nèi) PM2.5 濃度。室內(nèi)PM2.5 與 PM10 的濃度變化有著相似的規(guī)律，室外PM10 濃度顯著高于室內(nèi)，室內(nèi)外PM2.5 濃度比大于室內(nèi)外PM10 濃度比，說明室外PM2.5 比PM10 更加容易進(jìn)入至室內(nèi)，但室內(nèi) PM2.5 濃度持續(xù)低于 PM10濃度。