可吸入颗粒物在中央空调系统中分布特点的研究

周晶 谭宇轩 胡昱辰 马乐 朱愿敏 赵倩 王勇娟 赵芳芳 姬浩然 陈美娟

摘  要：目的 室内空气污染的可吸入颗粒物在中央空调系统中分布特点分析。方法 对具有中央空调室内空间可吸入颗粒物等的采样与检测。结果 远离中央空调主送风管道的高层楼送风口的粉尘分散度大于离主送风管近端低层楼送风口，即可吸入颗粒物的粒径有向高楼层变小的趋势。结论 从分散体系来看室内粉尘的来源是中央空调系统、门窗进入和生活排放脱落的集合体。以粉尘分散体系来研究在室内污染的颗粒物方式比质量浓度（mg/m3）相对客观和规律。有中央空调的建筑在颗粒物空调管道的反复撞击阻留作用下具有分散效应。高楼层随送风口的污染对健康的暴露危害性加大。室内空气污染的可吸入颗粒物在中央空调系统中分布特点的研究，对于相应的室内环境健康影响与防护具有一定意义。

关键词：室内空气污染  分散效应  粉尘分散度  可吸入颗粒物

中图分类号：X51                                    文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0042-02

室内空气污染在不同建筑空間具有其相应的动态变化规律，我们在“室内空气污染的动态效应研究”中提出了室内空气污染的撞击分散效应等概念[1]，即颗粒物随气流在送风管道中运行时具有一定的分散效应。在具有中央空调的居室、办公和公共场所里由于种种原因，往往忽略了高效和中效过滤装置，甚至是没有设置过滤网。粉尘分散度越高，其总体表面积呈几何倍数增长，携带质量中值直径很小的病原微生物的概率大大提高，因而对人体健康会产生一定的影响[2]。该文通过对可吸入颗粒物粒径参数之一的分成分散度检测，分析了在中央空调系统中不同粒径粉尘的分布特点。对于中央空调系统的设计和结构的改进，提供了参考性实验依据。

1  研究对象与方法

1.1 研究对象

具有5层以上建筑的中央空调系统的商场、宾馆，测定送风管道中粉尘的粉尘分散度，分析可吸入颗粒物在中央空调系统中分布特点。15栋楼盘按楼层随机等距抽样法进行采样，分别采取高层送风管道口和低层送分管道口粉尘样品，对照组同时做相应位置的室内空间粉尘分散度分析。

1.2 研究方法

中央空调管道系统的粉尘的粉尘散度分析，方法为GB 5748—85《作业场所空气中粉尘测定方法》。中央空调管道系统的终端送风口的可吸入颗粒物浓度测定，方法用GB/T 17095—1997《室内空气中可吸入颗粒物卫生标准》。仪器为OLYMPUS-CX41生物显微镜（分辨率约0.2μm）、目镜测微尺、物镜测微尺、计数器、载物玻片、推片、乳头滴管等。统计方法为SPSS 19软件。

2  结果

可吸入颗粒物在中央空调系统管道中的不同空间结构的分布分析如下。

将低层送风口、室内空间对照分别与高层送风口的粉尘分散度，做配对双样本t检验统计学分析。高层送风口端粉尘分散度大于低层（P<0.01），低层送风口粉尘分散度大于室内对照（P<0.01），均有非常显著性差异。因此中央空调管道的粉尘分散度从大到小依次为：高层送风口端﹥低层送风口﹥室内粉尘。一般主送风管道位于建筑的低层，实验表明当楼层升高时，粒径有变小的趋势，而气流到达室内后颗粒物粒径反而又变大。粒径从大到小依次为：室内的粉尘﹥低层送风口﹥层送风口端。

3  讨论

中央空调管道的气流运行方向是：风机→主送风口→低层送风管道→高层送风口管道→室内。室内空气污染的动态效应的研究研究中，我们描述了撞击分散效应的概念，颗粒物随气流在管道中运行时，原来末端速度与气流速度相等，但空调管道从近端至远端有若干次的转折，口径变小和管壁的粗糙等因素，使得气体方向改变。可吸入颗粒物由于本身的惯性比气流方向改变滞后，动量越大越明显。

该文结果表明，颗粒物的分散度从大到小依次为：中央空调管道高层送风口﹥低层送风口﹥室内空间;粒径从大到小依次为：室内的粉尘﹥低层送风管道﹥高层送风管道，而送风气流的方向是：主送风管道→低层管道→高层管道室内，显然室内粉尘粒径反而增大是来自空调管道之外的分散体系因素;可见室内粉尘的来源不仅是空调系统，从分散体系来看室内粉尘的来源是中央空调系统、门窗进入和生活排放脱落的集合体。对于空气动力学当量直径较大的颗粒物和比重较重的有害气体，如氡气等可呈现浓度与楼层升高呈负相关的现象，这种情况仅仅在典型天井楼盘的空旷空间中，使可吸入颗粒物和重量级气体的沉降与低层的结果。但从颗粒物分散体系的分散度来分析，高层室内空间粉尘质量浓度的减少并不与小颗粒物的增多相一致。因此，以粒径相关的粉尘分散度来研究可吸入颗粒物在室内空间的暴露状况比质量浓度mg/m3更加客观，能较好地反映室内空气污染的动态变化规律。

有中央空调的建筑，颗粒物在管道中的反复撞击阻留作用下具有分散效应。高楼层送风口的污染对健康的暴露危害性加大。因此要改变这一状况，建议在高层送风口加装高校过滤器，在低层送风口加装中校过滤器，并提供足够的新风量来保证居室和办公场所的健康环境。分散效应提示，有中央空调的建筑楼盘其高层的健康危害因素加大。在远离风机的高层室内空间的颗粒物粒径变小时，其总体表面积大大超过低层室内空间，其携带小病原微生物（如病毒素等）的几率大大提高。同时质量较轻的有机物颗粒和微生物气溶胶等，如直径≤1μm的飞沫核，将长期滞留在室内空间和中央空调系统中危害人体健康。研究表明，大部分有害元素和化合物都富集在细颗粒物上，PM2.5的主要成分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、含碳颗粒（包括元素碳和有机碳）、金属颗粒、矿物质等。颗粒物随着其粒径的减小，在大气中的滞留时间和在呼吸系统的吸收率也随之增加，因此对人体健康的影响也越大[3]。可吸入颗粒物在中央空调系统中分布特点的研究，对于中央空调系统的设计和结构的改进，提供了值得思考的参考性实验依据。

参考文献

[1] 周晶，贾海红，张东成.室内空气污染的动态效应研究，中国卫生检验杂志，2005，15（11）：1307-1308.

[2] 周晶，赵倩，张旭.室内空气污染的颗粒物高层分散效应研究[J].科技资讯，2017，15（34）：253-254.

[3] 李蓉，赵秀国，刘亚军，等.可吸入颗粒物在人体呼吸系统沉积的数值模拟与实验研究进展[J].生物医学工程学杂志，2017，34（4）：637-642.