博物馆类型建筑室内PM2.5污染调查研究

王文渊

【摘 要】本文以中国科技馆为例，结合博物馆类型建筑特点，监测分析了3个典型区域（展厅、公共空间、办公室）室内空气PM2.5整体水平；通过分析典型雾霾段室内外PM2.5浓度I/O值，研究各区域室内外PM2.5浓度关系；通过回归分析方法，拟合室内外PM2.5浓度线性方程，分析影响各区域浓度的因素。最后，根据测试结果及相关国内外研究成果提出治理中国科技馆PM2.5污染措施，旨在为博物馆类型建筑室内PM2.5污染研究及控制方法提供依据。

【关键词】PM2.5；博物馆；回归分析

中图分类号： X513 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）04-0009-002

Researching on Indoor PM2.5 Pollution in Museum Type Architecture

——Take China Science and Technology Museum As An Example

WANG Wen-yuan

（China Science and Technology Museum，Beijing ，100012）

【Abstract】In this paper， the air PM2.5 overall level is analyzed in three typical areas （exhibition hall， public space， office）. The research object is China Science and Technology Museum. The museum building features are considered. The concentration of PM2.5 in a typical haze stage is analyzed， and the relationship between indoor and outdoor PM2.5 range is researched. Through using regression analysis method， the equation is given between indoor and outdoor PM2.5 concentration. Finally， measures are given for China Science and Technology Museum to improve the indoor environment. The purpose of this paper is provide data support for the control of indoor PM2.5 pollution in public buildings.

【Key words】PM2.5； museum； regression analysis

0 前言

PM2.5指空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物，又被称为可入肺颗粒物或者细颗粒物[1]。我国以PM2.5为特性污染物的区域性大气环境污染问题日益严重。2012年环境保护部把PM2.5列入新的公开监测指标。中国气象局发布的《2017年大气环境气象公报》表明，2017年京津冀地区平均霾日数为42.3天，环境空气质量面临形势依然严峻。

中国科学技术馆是我国唯一的国家级综合性科技馆，位于北京市奥林匹克公园园区内。建筑规模10.2万平方米，占地4.8万平方米。2017年，中国科技馆服务公众398万人次，创年度观众量历史新高。近几年，室外雾霾加剧，建筑室内PM2.5浓度不断提高。加强对博物馆类型室内PM2.5污染研究及控制，为游客创造健康的呼吸环境和良好的参观环境是急迫的。

1 研究方法

1.1 研究对象

中国科技馆馆内区域复杂，主要包括公共空间、展厅、影院、办公区、餐厅、地库等主要区域。根据博物馆类型建筑物特点，选取一层公共空间、4层挑战与未来A展厅、4层某办公室（下文分别用公共空间、展厅、办公室代替）3个典型区域作为本次数据测试研究对象。公共空间的特点是高大空间，范围面积大；展厅的特点是面积相对较小，近似认为三面密封，一面有一个与公共区域相连的较大孔洞；办公室特点是面积最小，基本封闭，室内6人办公，工作人员相对静止。

1.2 数据测试

PM2.5浓度测试仪器采用便携式环境空气PM2.5浓度测定仪，测试前进行仪器校准， 按照《公共场所卫生监测技术规范》（GBT 18204.6-2013）相关规定进行测试点选取[2]-[4]。将测试时间定为2017年3月每天14：00点，测试天数：27天（由于每周周一建筑闭馆，不进行数据测试与统计）。测试区域为无烟公共区域，不考虑室内烟雾影响。每次测试选取相同测试点和近似的测试时间，取测试区域中心点的多次测量的平均值为测试区域的PM2.5浓度值。

2 数据分析

2.1 建筑室内PM2.5浓度总体情况

我国及世界主要国家和地区已经制定了PM2.5控制标准。根据《环境空气质量标准》GB 3095-2012[5]，我国PM2.5日平均浓度一级指标浓度限值为35μg/m3，二级指标浓度限值为75μg/m3。将3月份测试数据录入数据库，采用Excel软件进行统计分析。

2.2 典型雾霾段建筑室内外PM2.5分析

测试地区在3月16日-23日内室外PM2.5浓度测试数据均高于我国PM2.5日平均浓度二级指标，出现一次空气雾霾污染。

由圖1可知，本次雾霾段内建筑室外PM2.5浓度均高于室内，建筑室内各区域（公共空间、展厅、办公室）的PM2.5浓度随着室外PM2.5浓度变化而变化。公共区域PM2.5浓度较为接近室外，空气污染最严重；办公室和展厅内空气污染程度均小于公共空间空气污染程度。

室内PM2.5浓度与室外PM2.5浓度之比一般可以用I/O比表示，能直观的反映出室内外的PM2.5浓度的关系。公共空间、展厅、办公室I/O值变化范围：0.92-0.97，0.68-0.85，0.55-0.84。3月16日室外PM2.5浓度为115时，办公室室内PM2.5为73，达到我国PM2.5日平均浓度二级指标。其他测试时间内公共空间、展厅、办公室PM2.5日平均浓度均超过我国PM2.5日平均浓度二级指标。

2.3 建筑室内外PM2.5浓度相关性分析

为确定3月份整个测试时间段室外与室内各区域PM2.5浓度值之间的定量关系，采用回归分析方法进行研究。选取室外PM2.5浓度值作为因变量y，室内各区域PM2.5浓度值作为自变量x。从散点图可以看出，x与y大体呈现出线性关系。

引入线性回归模型：y=ax+b。采用一元线性回归分析，公共空间、展厅、办公室室内外PM2.5浓度关系的R2值分别为0.9961、0.9857、0.9725。R2均接近1，证明3个区域室内外PM2.5浓度正相关很强。

清华大学建筑学院研究表明，门窗紧闭的情况下，室内pm2.5颗粒物浓度约为室外的1/2-1/3。Rim D[6]等通过对北京两实测点室内外PM2.5浓度时均值的研究表明，关闭门窗并且没有室内源的条件下，室内外PM2.5浓度线性相关，斜率分别为0.4067与0.5505。

根据对研究对象的实测数据计算，得到的拟合曲线及分析结果如下：

（1）建筑室外与室内公共空间PM2.5浓度拟合方程为：y1=0.9474x1-3.206，直线斜率0.9474，远远高于门窗紧闭情况下拟合方程直线斜率。3月份中国科技馆接待参观观众日均约5000人，观众进出建筑带入部分室外的颗粒物。建筑物一层公共空间东西侧均有出入口，出入口呈相对布置。因观众参观需要，1层出入口大门频繁开关，造成室内外空气对流较好，室外PM2.5易进入1层公共空间。室内PM2.5浓度较为接近室外。

（2）建筑室外与室内展厅PM2.5浓度拟合方程为：y2= 0.8266x2–7.3106，直线斜率0.8266，高于门窗紧闭情况下拟合方程直线斜率。展厅内PM2.5受室外PM2.5浓度影响小于公共区域。展厅与公共区域相比，较为封闭，但是存在与公共区域连通区域。同时，展厅内部空调通风系统送入少量新风。由于馆区展厅空调机组的过滤网为初中效过滤网，未安装专业的PM2.5净化设备，如高效过滤器、静电除尘装置等，无法有效过滤掉新风及回风中PM2.5。

（3）建筑室外与室内办公室PM2.5浓度拟合方程为：y3=0.7972x3-9.3238，直线斜率0.7972，为三个区域拟合方程斜率最低值，同样高于门窗紧闭情况下拟合方程直线斜率。办公室基本保持封闭，办公室内无独立除尘装置。考虑到办公室内存在工作人员办公的实际情况，室内人员走动、室内打印机使用较为频繁，同时办公室大门偶尔打开，造成PM2.5浓度高于完全封闭的房间。

3 污染控制

治理室外空气雾霾污染需要一定时间，但是根据相关研究和采用控制技术手段能有效实现公共建筑室内PM2.5浓度的削减。目前，国内外博物馆室内环境研究人员已逐步探索出室内PM2.5污染治理措施。秦俑博物馆通过采用电加热锅炉代替燃煤锅炉、定期进行保洁清洗工作、修补墙壁等措施，降低了室内气溶胶粒子浓度水平[7]。国家博物馆通过对空调通风系统加装高效板式过滤器对颗粒物进行过滤，当室外空气PM2.5污染达到严重污染以上时，室内展厅空气质量仍能满足国家空气质量标准[8]。徐方圆通过对上海博物馆和中国航海博物馆进行研究，表明不同类型的地面和墙面装修对室内颗粒物浓度有不同影响[9]。TH.Mouratidou 等通过对萨达洛尼基某博物馆室内外PM2.5研究，监测数据表明室内PM2.5污染主要是建筑内部装修活动的扬尘和游客的走动[10]。

中国科技馆建筑物室内污染源主要来自室外。冬季供暖采用市政热力，无需考虑燃煤污染的因素。建筑室内颗粒物通过空调送风、建筑通风、游客活动（下转第8页）（上接第10页）带入室内。空气质量较差时，由于1层公共区域受室外空气质量影响显著，可对东西侧大门进行改造或调整出入口开关时间，降低因室外PM2.5颗粒物的进入室内的速度；展厅内应及时调整空调通风策略，减少室外污染空气由新风系统进入室内的风量；办公区内工作人员应当及时关闭门窗、减少室内装饰施工。集中送风空调系统，加装专业的PM2.5净化设备，确保送入展厅的新风达到国家空气质量标准；无集中送风办公区域，通过局部增加独立除尘器，控制室内PM2.5含量。

4 结论

文章结合中国科技馆馆区特点，监测分析了三月份建筑室内空气PM2.5浓度，旨在为博物馆类型建筑室内PM2.5污染研究及控制方法提供依据。根据观测数据，得到的主要结论如下：

（1）办公室和展厅PM2.5浓度相对较低；公共空间PM2.5浓度相对较高。

（2）单个典型雾霾段室内，建筑室内各区域PM2.5浓度均低于室外，公共区域PM2.5浓度高于展厅和办公室。公共区域、展厅、办公室的I/O大小范围分别为：0.50-0.97、0.25-0.85、0.31-0.84。

（3）通过回归分析，拟合出的各区域的室内外PM2.5浓度回归直线。各区域PM2.5浓度回归直线R？均大于0.97，室内外PM2.5浓度正相关很强。公共空间、展厅和办公室PM2.5浓度回归直线斜率分别为0.9474、0.8266、0.7972，均高于封闭室内空间回归直线斜率。

（4）结合馆区实际情况，提出了加装专业的PM2.5净化设备、雾霾天气下调整多个出入口开关时间、调整空调通风策略、及时关闭办公室门窗、减少室内作业活动等措施，降低建筑内部PM2.5浓度。

【参考文献】

[1]赵力.建筑室内PM2.5污染控制[M].中国建筑工业出版社， 2016.

[2]杜世勇.PM2.5监测方法与应用[M].科学出版社，2016.

[3]李静玲.室内环境监测与污染控制[M].北京大学出版社， 2012.

[4]杜雅兰.室内PM_（2.5）质量浓度与室外雾霾情况的相关性研究分析[J].铁路节能环保与安全卫生，2017，7（2）：96-100.

[5]王清勤，李国柱，赵力，等.建筑室内细颗粒物（PM2.5）污染现状、控制技术与标准[J].暖通空调，2016，46（2）：1-7.

[6]Rim D，Wallace L A， Persily A K.Indoor ultrafine particles of outdoor origin：importance of window opening area and fan operation condition.[J].Environmental Science & Technology，2013，47（4）：1922-9.

[7]李华，胡塔峰，曹军骥，等.秦俑博物馆室内气溶胶的演化特征及影响因素[J].科技导报，2015，33（6）：46-53.

[8]代小娟.談国家博物馆在雾霾天气下展厅空气质量治理措施[J].智能建筑与城市信息，2017（2）：69-72.

[9]徐方圆.博物馆展陈环境中颗粒物现状评估[J].中国文化遗产，2015（1）.

[10]朱梅.基于PM2.5浓度标准的室内环境控制方法的研究[D].武汉科技大学，2014.