大气污染和IAQ

一些国际研究机构已证实,面对公众健康出现了一个意义重大的新课题:引入已建成的非工业性场所(学校、工作场所、住宅、公共演出场地、娱乐场所、休闲场所等)的空气是受到较长时间污染的户外空气;绝大部分人们在其生命中的90%时间内是在这样的封闭环境中度过的。

出现这样情况的原因与很多因素相关,诸如在建筑周期中引入了新的污染产物,设计中对适合的技术方案缺乏注意,因对降低建筑能耗采取的某些措施而减少了换气,设计人员不够注重建筑卫生问题,人们因不同的生活方式而容易忽略规定的清洁作业,以及大量使用会增加污染负荷的化学品。所有这些因素促使在建筑物的内部产生了空气污染问题。

RCI_4_16_Inq_Aper

对于内源性污染物质来说(它们产生于环境内部),我们应该着重考虑,同时还须关注大气污染现象,这种现象在许多城市区域远超出安全上限且在短时期内难以抑制,而这类污染物质通过自然渗透(或因管理不善的换气和过滤过程)渗入封闭的房间。

于是,在典型的污染物之外,如生物性污染物(霉菌、细菌、真菌等),如今还要加上化学性污染物(一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、各种酸酐、甲烷、硫酸盐、挥发性有机化合物、臭氧、苯等)以及其它物理性污染物(氡气、天然和人造电磁场)。

最终的结果是在建筑物的内部形成了新旧污染物的混合物,因而造成了对个人健康的暂时性或永久性损害,包括从过敏现象加剧引起的不适感,到各种形式的肿瘤疾病。

应关注在办公室内还会出现大楼病综合征那种特殊的病理形式,目前似乎还没有将此认定为一种特殊风险,但是可以确定这是各种物理、化学、生物和心理因素的综合效应所致。

户外污染物质

大气污染尽管有各种复杂情况,但是却能辨认出确切存在的基本介质:颗粒物。

大气颗粒物是固体颗粒物和液体颗粒物的组合体,具有各种各样物理、化学、几何和形态特点,通常是由粉尘粒子、烟气粒子和液体物质微滴构成的形态,在技术术语上称为气溶胶:实际上,就是颗粒物的组合体,即尺寸相对很小的固体和液体的粒子分散在空气之中。

气溶胶的最简单的形态定义为悬浮在空气中的固体颗粒或液体颗粒的集合体,而特殊术语PM(颗粒物,即微小颗粒)确定为这类混合物的微小颗粒组合。所谓大气颗粒物是指微小颗粒的动态集合体(不包括水),在足够长的时间内分散在大气中遭受弥散和输送的现象。

PM10是表示颗粒物分级的一种分式,即颗粒物的空气动力直径(由空气匀速输送的、密度为1g/cm³的假设球体的直径)等于或小于10µm。这类颗粒物由符合标准(UNI EN12341/2001)规定的效率稳定的选择系统所收集,其中的50%为空气动力直径10µm的颗粒。对于PM2.5,可作类似的定义(UNI EN14907/2005)。

限值

以上所述的颗粒物就是指户外空气中所含的固体或液体颗粒物的总量。即使在目前,为了保护人体健康,大部分户外空气状况指针仍只规定了PM10的浓度值,但是,有理由考虑很多颗粒物远小于10µm。

2008年的欧洲空气质量指令对PM10和PM2.5浓度值规定了日限值和年限值。PM10浓度的日限值等于50µg/m3,一年中不得超过35日。浓度值50µg/m3平均相当于涵盖目前欧洲PM10日浓度实测次数的90.4%(表1)。

表1:对于外界空气中PM10/PM2.5的浓度限值

污染物 时间 限值
PM10

 

50µg/m³——一年里允许超标限制为最多35天
40µg/m³——年均
PM2.5 25µg/m³——年均

资料来源:2008年欧盟指令50

世界卫生组织的《空气质量指针》对PM10/PM2.5规定了更严格的限值,而将年限值降低为20/10 µg/m3。表2中列出了欧洲地区每日暴露于浓度值超过规定的污染物之下的百分率人数。

RCI_4_16_Inq_1

表2:欧洲城市人口比例受到欧盟和WHO(2011—2013年)以外的国家阙值限值的不同污染程度

物质

污染物

阙值和欧盟参考文献 暴露% 阙值和世界卫生组织参考文献 暴露%
PM2.5 年(25) 9-14 年(10) 87-93
PM10 天(50) 17-30 天(20) 61-83
O3 8小时(120) 14-15 8小时(100) 97-98
NO2 年(40) 8-12 年(40) 8-12
BaP 年(1ng/m3 25-28 年(RL,0.12ng/m3 85-91
SO2 天(125) <1 天(20) 36-37

资料来源:2015年欧洲空气质量

有害影响

大气颗粒物对环境有显著的影响,包括对气候、视野、水体和土壤的污染、建筑物以及一切生物的健康。尤其是对人类可能的影响引起了很大的担忧和关注,于是,了解它以什么模式影响人体器官进而改变人体器官的正常平衡,是至关紧要的。特别是微细颗粒物有可能侵入呼吸气管的深部。因此,知道侵入人体器官的有哪些颗粒物及其数量,能够深入到什么深度以及可能携带什么类别的污染物质,是非常重要的。譬如,颗粒物的毒性有可能因为吸收多环芳烃(PAH)那样的气体物质和重金属的能力而增强,而其中有些还是强烈的致癌介质。

户外空气分级

欧洲标准EN 13779规定了室内的舒适健康条件,并规定了为室内空气达到良好的质量而对户外空气实施必要的过滤。

户外空气分为三级,ODA 1评价为空气质量清洁,而ODA 3表示气态污染物和颗粒物的浓度较高。

大部分户外空气状况指针只规定了PM10的浓度值,然而,对于气态污染物,规定了CO2、CO、NO2、SO2 和VOC的浓度。表3中列出了各种污染物的平均浓度水平。

表3:污染物和室外空气质量分类的平均浓度。

环境 浓度水平 室外空气类别
CO2(ppm) CO(mg/m3 NO2(µg/m3 SO2(µg/m3 PM10(µg/m3
农村 350 <1 5-35 <5 <20 ODA1
乡镇 400 1-3 15-40 5-15 10-30 ODA2
大都会 450 2-6 30-80 10-50 20-50 ODA3

由表3可容易看出,欧洲大部分城市的典型户外空气情况(即PM10的正常浓度水平<50µg/m3)与户外空气最差级别(ODA 3)是一致的。

室内空气质量规定为IDA 4(最低)~IDA 1(最高)。即使有所争论,确定室内空气质量的最常用方法之一仍然是测定CO2浓度水平。表4中列出了区分室内空气质量的CO2浓度的典型值。

表4:室内空气质量等级。

空气质量等级 对应 UNI EN 13779:2008 内外空气之间的空气中CO2浓度差(PPM)
IDA 1 ≤400
平均 IDA 2 400-600
IDA 3 601-1000
IDA 4 >1000

 

但需务必注意,尚无哪一种方法考虑过户外空气携带了气态污染物和颗粒物进入建筑物内所引发的效应。

健康与空气污染

据世界卫生组织最近公布的报告预计,空气污染每年大约造成全球七百万人死亡(实际上,总计每八个死者中有一个死于空气污染)。当然,特别在发展中国家,大约有430万人死于室内空气污染,而这种污染一般源于室内烹调的燃烧过程和炉子烧柴的取暖过程。

此外,此报告还确认了,现在对健康的最大的风险来自于更细的颗粒物(PM2.5)—这些颗粒物中包括了柴油车产生的烟黑和烧柴产生的悬浮颗粒。专家们声称:这些颗粒物主要产自于燃烧过程,其粒径小于人头发丝的1/30,会造成大部分人死亡,因为这些颗粒物会侵入肺部深处,引起呼吸系统发炎,导致心脏和其它重要器官疲劳(图1)。

然而,通常,人们不会单因空气污染而死亡,不过,对于其它疾病来说,空气污染往往会加重病情。正因为影响如此严重 ,以至于世界卫生组织通过其癌症研究机构,宣布空气污染是人类致癌的媒介,同时确认增大了肺癌和膀胱癌的风险。

总之,户外污染物对人体的影响导致了各种各样的副作用,从感觉水平上感知不舒适,直至在健康方面出现严重疾病。为了勾画出暴露于某类污染物(或某个污染物)与健康效应之间存在的因果关系的特征,按照重要性的优先等级,对污染物的类别作了分析。

迄今为止,未对室内空气的PM10和PM2.5浓度值规定最高限值(法定值),因此,需要在执行欧洲指令为户外空气建立的标准(《环境空气质量指令50/2008》)的同时自行修正指标,并将同样数值作为最高限值用于评价室内空气。

根据这种理由,用于过滤户外空气的过滤器的等级必须能够满足最低限值50µg/m3,依靠这样的过滤器将具有这种最高PM10浓度的户外空气引入室内。

RCI_4_16_Inq_2

现在,鉴于各个城市户外空气条件的变动性,很容易猜到,为在某些场合满足50µg/m3的界限,可能会采用F5级过滤器;反之,对于其他情况,则要求更高等级的过滤器(表5)。

表5:室内空气质量——过滤器的建议。

室外空气质量等级 最终过滤器等级
室内空气质量的等级
IDA1 IDA2 IDA3 IDA4
ODA1 F9 F8 F7 F5
ODA2 F7+F9 F6+F8 F5+F7 F5+F6
ODA3 F7+GF+F9 F7+GF+F9 F5+F7 F5+F6

资料来源:EN 13779

另外,还显示出在人口密度密集的都市区还会遇到更大的问题。由表6可知,F7级过滤段上游不同的PM2.5值明显导致引入室内空气的PM2.5值的变动。

 

表6:PM2.5通过一个F7等级过滤器之前和之后的浓度值比较。

度假胜地 PM2.5经过过滤器之前 PM2.5经过过滤器之后
伦敦 24 4,5
巴黎 21 6,7
柏林 18 5,8
苏黎世 15 4,8
哥本哈根 11 3,5

在设计阶段,抽取并引入建筑物的户外空气的PM10的浓度值,可以从意大利境内设立的空气质量监测站(ARPA)提供的数据资料中找到。

不过,过滤器的性能(滤过效率)应从过滤器试验报告中获取(图2)。颗粒物粒径的空间分布可利用Junge分布图估测。

于是,利用这些信息可以计算不同等级滤过效率过滤段下游的PM10浓度值。所报道的例子涉及斯德哥尔摩,在那里测得户外空气的PM10浓度值为109µg/m3。试验重复了不同等级过滤器下游的不同值(图3)。

在该例中,按过滤器等级F6/MERV 12推断,足以满足50µg/m3的阈值要求。

然而,若要更精确的分析,必须考虑一部分户外空气有可能从不同孔道(大门、门窗、缝隙)渗入建筑物内,因而不可能获得过滤处理,只有回风才会受到过滤。因此,根据实际情况估计,因建筑物内外的压力差(负压),刮风和温度差,导致建筑物内至少有20-30%的户外空气未经过过滤过程。

考虑到这些情况,室内PM10的实际浓度值会增大,于是,要求采用高等级的过滤器产品。

在实例中,可以看到为满足室内空气质量要求,需要采用F7/MERV 13级取代先前考虑的F6/MERV 12级(图4)。这些考虑即正确选择需要的过滤器等级很重要,因为实际上F7级的年平均能耗大约是一个F6级的两倍(3500:1700kWh/a)。

 

Submit your comment

Please enter your name

Your name is required

Please enter a valid email address

An email address is required

Please enter your message

HVAC © 2017 All Rights Reserved