045某中学教室室内空气污染及热舒适性研究正文

1某中学教室室内空气污染及热舒适性研究天津大学环境科学与工程学院李艳菊刘俊杰摘要本文研究了某中学教室室内微环境里的空气污染和学生的热舒适性，主要包括教室内的温度、湿度、二氧化碳的含量、有害气体（NH3、NO2、H2S、CO）的含量、O3含量，热舒适性；以及室外的相应参数的含量。学生热舒适性研究采用问卷调查的方法。通过分析测试数据，温度满足舒适标准，但湿度为30％左右相对较低；二氧化碳的平均值为0.114％超出了室内空气质量标准（GB/T18883－2002）所规定的0.1％；对于室内的有害气体，除NH3的含量偏高外，NO2、H2S、CO含量极低，不是主要的污染物。室内和室外O3的含量分别是20ppb和38ppb，均符合国家规定的O3室内、室外的浓度值。问卷调查研究结果发现学生对教室内环境的满意度大于推荐的80％，除了男生对相对湿度满意度为78％外，其他对温度、湿度的满意度也均大于80％。我们建议采取措施增加教室室内的湿度和加强自然通风。同时，注重室内氨污染问题，进一步提高教室室内微环境的质量。关键字：教室室内空气质量热舒适性有害气体1引言调查表明现在人们大约80％的时间都在室内度过，室内的环境和空气质量比以往任何时候都显得更加重要。同时由于个别建筑设计的不合理和一些劣质装修问题的存在，使得室内的空气和气味变得异常糟糕，人们出现了与所处建筑密切相关的症状（病态建筑综合症），因此室内微环境引起了更多的专家和公众的关注。作为中学的教室，由于学校人员的高密度，以及室内环境对中学生成长和学习的影响，教室内微环境的研究也在许多国家和地区（日本、美国、新加坡、香港等）开展。在我国，近几年新教学楼的数量不断增加，以及对原有教学楼的不断改造，教室内环境问题日益重要，鉴于这些原因，我们于2003年10月份对天津地区的某中学教室内的环境污染物进行了测试和分析，旨在了解和掌握该地区教室的环境污染现状，同时为进一步改进教室微环境提供一些可靠依据和建议。2测试方法和仪器2.1温度、湿度、有害气体（NH3、NO2、H2S、CO）的测试采用美国产室内空气品质监测仪（QUESTAQ5000INDOORAIRQUALITYMONITORS），主要用于测试室内的微环境的各个影响因素的数值或含量。2.2O3的测试O3的测试采用ZX-01型紫外吸收式臭氧分析仪，量程0~10ppm，最小可检量0.004ppm，精度为二级，前面板显示数字式四位或五位，RS232接口，气体流率500ml/min，仪器工作温度范围15~35℃，标准温度是25±1℃；相对湿度范围0~95%。采用连续记录的方式，臭氧分析仪通过数据接口与一台计算机相连，每6秒记录一次数据，计算机自动记录和保存。测试时把仪器和采样口都放在采样点的位置，为不打搅学生上课，室内和室外交换采样，由计算机自动记录，但采样点的交换时测试人员在课间完成的。2.3CO2的测试采用便携式红外线分析仪测试教室内CO2的含量。该仪器的量程为0~1%，精度为0.1%。2仪器的测试结果是瞬时值，每半分钟记录一次。2.4热舒适性研究采用问卷调查的方式，主观指标采用ASHRAE推荐的5级标准，5级标准定义如下：你对室内空气品质评价？非常满意满意可以接受一般稍不满意不可接受不满意非常不满意你对室内气味评价？3强烈气味2有异味1稍有异味0没有异味2.4换气次数本文中被测试教室的换气次数是根据示踪气体衰减的原理进行测试的。二氧化碳在这次测试中被当作了示踪气体使用。开始关闭门窗向室内通入CO2，当CO2的含量达到3000ppm左右时，停止通入CO2，门窗按照平时上课时的开启习惯，检测并记录CO2的衰减情况，根据示踪气体在室内衰减的指数规律，通过对数据进行数学回归，得到被测教室的换气次数。2.5测试地点本次研究的学校位于天津市，是一个同时具有高中和初中的中学。该学校两面与街和一座立交桥相连；另外两面与住宅去相连。学校的教学楼共4层，分为教学区和办公区，本次试验选择了三个教室作为测试的具体地点，三个教室分别位于教学楼的二、三、四层，教室的年级为初中三年级，高中一、二年级；具体的位置见图1所示：采样点的位置在每个教室的中间位置。2.6测试时间：由于我国现有的国情，很多地方的中小学校没有中央空调系统，中小学的教室全年大部分时间主要靠自然通风的方式，鉴于这方面原因，我们的测试时间选择在过渡季节，也就是自然通风的时期。室内污染气体的测试按照学生在教室内所呆的时间进行，即从早上8：00上课到下午17：20放学，中午不间断。关于在自然通风条件下，教室的室内环境研究在国内外已经有所研究。3数据结果与分析3.1温度和湿度室内和室外的温度和湿度的测试值如图2、图3所示。每个测点的值是与这个测点相邻的两个测点的时间内的平均值。由温度曲线可以室内温度最低值为19.3℃，最高值为23.3℃，平均值为21.6℃。该温度的范围符合我国空气质量标准和美国ASHRAE所建议的温度A4th-storyB3rd-storyC2nd-storyNroadroad图1测试点的位置分布图3取值。由于测试时间处于过渡季节，室外的温度波动较小，所以即使在自然通风条件下，室内温度的值是可以接受的。图3的相对湿度曲线可以看出，室内的湿度范围为25.5％～46.5％，室外的湿度范围为21%~35%。而我国室内空气质量标准规定的相对湿度最低值为30％，可见室内的相对湿度并不想温度那样满足要求，而是略有些偏低。大多数学生也觉得室内比较干燥。因此，由于北方地区室外相对湿度偏低，在自然通风条件下，室内相对湿度偏低；建议采取一定的措施提高教室室内的相对湿度，是改善教室室内微环境的途径之一。3.2污染气体含量本次研究的三个教室的换气次数分别为1.8～3.11/h。表1给出了各种污染气体的标准值和实测值。表1的左边是标准规定的各种污染气体含量的允许值，因为室内空气品质监测仪的测量值的单位是ppm，因此在标准值的后面给出了相应的单位是ppm时的浓度值；右边是相应污染气体在室内、室外含量的实测值。从表上可以看出，NO2、CO、O3在室内的含量均低于标准值；CO2、NH3的室内含量超标，而室外含量却很低。对于CO2详见图4，室内含量高的主要原因是人员密度大，通风差，教室内的人产生的；同时该学校的绿化较好，室外的CO2含量比较低。NH3的室内含量超标，初步认为可能是建筑施工时加入含有NH3的防冻剂造成的，但有待进一步研究确认。室内存在NO2、NO可能是附近汽车排放的尾气造成的。由于O3具有强氧化性和不稳定性（自身分解），所以室内的含量明显低于室外含量；测试当天太阳光不强，减少了日常的光化学反应，所以室外的臭氧含量也不是太高。表1各种污染气体的标准值和实测值我国室内空气质量标准实测值气体名称标准值单位标准值（ppm）室内（ppm）室外（ppm）NO20.24mg/m30.1170.10CO10mg/m34.8700010.015.020.025.08:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00测试时间温度（℃）03-10-2303-10-24室外图2测试期间教室室内、室外的温度变化曲线20.030.040.050.08:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00测试时间相对湿度(%)03-10-2303-10-24室外图3测试期间教室室内、室外的相对湿度变化曲线4CO20.1%10001160500NH30.2mg/m30.26440O30.16mg/m30.0780.0200.038NO0.10.13.3CO2含量教室中CO2的测试是从8：00到12：00，时间是学生上午上课的一个周期。测试时的教室状态严格按照平时学生的习惯和学校的规定。室外的CO2的含量为550ppm左右。室内的CO2含量如图4所示，CO2浓度的最大值为1600ppm，CO2的平均含量为1150ppm，大于我国室内空气标准（GB/T18883-2002）规定的1000ppm的浓度要求。从实测的浓度曲线可以看出每次浓度随这上课而增加；下课休息，学生开门窗进行通风，同时进行户外活动，CO2浓度随之降低到标准值以下。由此可见加强室内空气流动，主动进行自然通风，是降低CO2浓度的一个很好方法。3.4热舒适性结果主观调查中共发出问卷155份，其中有效问卷为147份。根据2.4中的假设，学生对教室内温度和相对湿度的满意度如图5所示。被调查的男生、女生对温度的满意度为97%,87%。对湿度的满意度为78%,92%。基于推荐的80％的热舒适满意标准，温度都表现为满意，而男生对教室内的相对湿度表示不满意，课间男生的运动量大于女生是原因之一。被调查学生对室内空气品质的接受度见图6所示。教室A中50％以上的学生对现有空气质量表示稍有不满；教室B中大部分学生投票为一般；教室C中学生选择了较高的可接受度。总体对教室内空气品质评价超过80％，证明现有热环境是可以被接受的。但是并没有得到女生比男生更敏感的结论。020406080100tempR.Hthepercentage(%)malefemale图5学生对温度、相对湿度满意度200400600800100012001400160018008:008:309:009:3010:0010:3011:0011:3012:0012:30测试时间CO2浓度值（ppm）实测值标准值平均值图4测试期间教室室内CO2随时间的变化曲线50102030405060708090100classAclassBclassCthepercentageofacceptabilitymalefamale图6学生对教室内空气品质的接受度4结论本试验调查的教室的室内微环境基本达到要求，但也存在这一些问题。通过这次测试数据，可以看出该中学室内的温度基本符合舒适性要求，相对湿度偏低，应适当提高教室内的相对湿度。室内CO2浓度偏高，在课上大部分时间教室的平均CO2浓度都大于国家规定的标准值，只有课间休息CO2浓度才低于标准值。除了氨气的含量比较高之外，室内的其他污染气体（NO2、H2S、CO、O3）均没有超标，因此氨气超标的问题，需要进一步深入研究。自然通风是一个主要的作用，同时，该中学的绿化条件较好，也是室内污染气体不超标的一个原因。关于学生的问卷可以得出，教室内的空气品质和热环境可以被接受，但应采取一定的措施，增加冬季中学教室中的相对湿度。因此，我们建议采取措施增加教室室内的湿度和加强自然通风。同时，注重室内氨污染问题，进一步提高教室室内微环境的质量。参考文献[1]ASHRAE.ASHRAEHandbookofFundamentals.,1997.ASHRAE,Atlanta.[2]ASHRAE/ANSIStandard55-1992RPublicReviewDraft,2001.ThermalEnvironmentalConditionsforHumanOccupancy.ASHRAE,Atlanta.[3]潘毅群，龙惟定，范存养，办公楼的室内空气品质与新风，暖通空调2002（6）：28－30[4]AlisonG.Kwok,ChungyoonChun,ThermalcomfortinJapaneseschools,SolarEnergy74(2003)：245-252[5]S.C.Lee,M.Chang,indoorandoutdoorairqualityinvestigationatschoolsinHongKong,Chemosphere41(2000)：109-113[6]BuschJ.,Ataleoftwopopulations:thermalcomfortinair-conditionedandnaturallyventilatedofficesinThailand.1992.EnergyandBuildings18：235-249.[7]PawelWargocki,ZsoltBako-biro,GeoClausen,P.OleFanger,A