建筑室内外空气真菌浓度相关性案例测试分析*

西安建筑科技大学 吴定萌 张 莹 李安桂 熊 静 高 然

0 引言

近年来，室内空气质量受到了人们越来越多的关注，因为大部分人在室内环境中度过85%～90%的时间[1]。大学高校的办公室是学生们学习和科研的场所，学生们每天在办公室度过约11 h的时间甚至更长，办公室内的空气质量将影响学生的身体健康和学习状态。大学高校的办公室面积较小，通常人员密度较大。在室内环境中，长期暴露于高浓度的空气真菌中可能会引起呼吸系统疾病、过敏症状及癌症[2-6]。有文献已经证明，空气真菌是引起建筑物相关疾病和病态建筑综合征(SBS)、慢性疲劳综合征的主要原因[7]。另外，较小粒径的空气真菌(0.65～4.70 μm)可能渗透到下呼吸系统[8]，对室内人员健康造成严重威胁。

空气真菌的浓度与许多因素和来源有关。Wang等人发现房屋潮湿和室内有明显的霉斑会增加空气真菌的浓度[9]。Kozdrój等人研究发现室内存在大量植物时会增加空气真菌的浓度，另外，高浓度的颗粒物组分可能与空气真菌浓度有关[10]。Wu等人的调查发现，空气真菌与相对湿度和温度成正比，秋季的浓度高于冬季，另外，室外空气真菌是室内真菌的来源之一[11]。Zhai等人综合叙述了空气真菌的影响因素和来源[12]。因此，评估空气真菌和影响因素的关系十分重要。

本文选取某高校学生办公室，进行室内外空气真菌的现场调查，分析空气真菌浓度和粒径在一天内各时间段的变化，以及室内外空气真菌浓度的相关性，为研究开窗自然通风与室内空气质量的关系提供参考。

1 材料与方法

1.1 采样地点和时间

采样地点位于西安某高校办公室，选取的办公室位于2层，使用面积约为23 m2，办公室内能容纳12～14人学习。室内有1台壁式空调，采样期间未运行。室内无肉眼可见的霉菌生长，室内有12套台式计算机及部分盆栽和办公学习用品。办公室人员在不影响采样的前提下可随意活动。根据GB/T 18204.3—2013《公共场所卫生检验方法 第3部分：空气微生物》的现场采样点布置要求[13]，在办公室的中央设置1个室内采样点。且在办公室唯一的窗户外设置1个室外采样点，距离建筑约1 m，周围有大量树木与绿地。采样示意图见图1。2019年11月19—21日连续3天，每天08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00进行室内外空气真菌样品的采集。

图1 采样地点示意

1.2 采样策略

使用六级撞击式Andersen采样器(FA-3型，中国)对室内外的空气真菌进行采集，采样器粒径分为六级：Ⅰ(>7.0 μm)、Ⅱ(4.7～7.0 μm)、Ⅲ(3.3～4.7 μm)、Ⅳ(2.1～3.3 μm)、Ⅴ(1.1～2.1 μm)、Ⅵ(0.65～1.1 μm)，并以28.3 L/min的空气流速运行5 min，每次采集重复3次以确保结果的准确性。采样器放在离地面约1.2 m的位置以模拟人坐着的呼吸高度。采样之前使用75%的酒精对采样器进行消毒。使用装有马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)的90 mm培养皿采样，采样结束后，将培养皿运至实验室，并倒置放在27 ℃下培养 3～5 d。培养结束后进行菌落形态观察并计数，使用Positive-hole法对菌落数进行校正处理[14]。

在采集空气真菌的同时，记录了室内人数，另外使用Swema风速仪(范围0.05～3.00 m/s，精度0.001 m/s，型号3000，瑞典)在房间窗户(上悬窗，开启角度约30°)旁设置风速测量点，记录上悬窗中心风速(见图1)，风速的取值保留小数点后两位有效数字。

1.3 计算方法

根据采样时间和气体流速，利用式(1)计算空气真菌的总浓度。

(1)

式中C为空气真菌总浓度，cfu/m3；Pr为校正菌落计数，cfu。

各级空气真菌的分布比例按式(2)计算。

(2)

式中Ri为各级真菌所占的百分比；Ci为空气真菌第i级的浓度，cfu/m3。

1.4 统计学分析

使用Origin 2016和SPSS 25对数据进行分析和整理。Kolmogorov-Smirnov检验发现空气真菌的数据为非正态性分布。因此，使用多样本Kruskal-WallisH检验用于比较不同时段真菌浓度。使用Spearman相关性分析室内外真菌浓度和上悬窗中心风速及室内人数的相关性；线性回归分析用于理解室内空气真菌浓度与室外空气真菌浓度和室内人数的关系，统计显著性定义为显著性水平P<0.05。

2 结果与讨论

2.1 室内外空气真菌浓度的时间段变化及室内外空气真菌浓度比值

室内外空气真菌浓度随时间的波动如图2所示。12:00室内外空气真菌浓度达到最大值，分别为4 429、29 452 cfu/m3；最小值出现在14:00，分别为1 698、3 569 cfu/m3。12:00室外空气真菌浓度大于其他时间段(P<0.05)，这是由于12:00学生们下课，大量学生从采样点旁经过，造成沉降的孢子重新悬浮，增大了空气真菌浓度[15]。贾丽等人也证实了这一观点，他们发现空气真菌浓度最大值与人流量的峰时段较为吻合[16]。Goh等人发现在早上或者傍晚(08:00和20:00)室外空气真菌浓度最大[17]，由于其采样地点为新加坡，早晨和傍晚室外气温较低而相对湿度较高，与本文室外环境差异较大，因此出现室外真菌浓度随时间的变化规律不同。

图2 室内外空气真菌浓度随时间的波动

本研究的室内外空气真菌浓度比值在0.15～0.63之间，每个时间段的空气真菌浓度比值都小于1.0(见图3)，说明室外空气真菌浓度都大于室内。这是因为室外有大量的植物和土壤等空气真菌的来源，从而增大了空气真菌的浓度[12]。Kim等人也发现了相似的结果，指出医院、托儿中心、老年人福利设施和产妇休养中心的室内外空气真菌浓度比值都小于1[8]。Wu等人也发现图书馆秋冬两季的室内外空气真菌浓度的比值小于1.0[11]。

图3 室内外空气真菌浓度比值

本研究办公室的室内空气真菌平均浓度为2 591 cfu/m3，远大于我国台北几个办公室的真菌浓度(16倍)[18]，并且也远大于Magorzata等人对办公室的研究结果(18倍)[19]。Magorzata等人发现装有空调系统及机械送排风系统的办公室室内空气真菌浓度较低，室内装有空调系统及机械送排风系统有助于改善室内空气质量[19]。

2.2 室内外空气真菌浓度相关性分析

从室内人员数量和上悬窗中心风速进行分析，上悬窗中心风速和室内人数如表1所示。上悬窗中心平均风速有一定的波动，在0.24～0.42 m/s之间，最大值(0.42 m/s)出现在08：00，最小值(0.24 m/s)出现在14：00。室内平均人数在1～7人之间波动，在12：00最多(7人)。

表1 上悬窗中心风速和室内人数

室内空气真菌浓度与上悬窗中心风速和室内人数及室外空气真菌浓度之间的Spearman相关性系数如表2所示。室内空气真菌浓度与室内人数呈显著正相关(R=0.447，P<0.05)。Rajasekar等人在美食广场也发现相似的规律，空气真菌浓度与人数呈显著正相关性[20]。本研究发现室内空气真菌浓度与上悬窗中心风速无显著相关性(P>0.05)。可能是由于除了风速本身外，其他因素如真菌的种类、研究区域等也会对其产生影响[12]，且开窗自然通风本身比较复杂，窗户的风速呈间歇性而且比较随机，因此上悬窗中心风速对室内真菌浓度的影响机制还有待进一步研究。

表2 室内空气真菌浓度与上悬窗中心风速、室内人数和室外空气真菌浓度的Spearman相关性

室内空气真菌浓度与室外空气真菌浓度也呈显著正相关(R=0.753，P<0.05)[20]，且室内外空气真菌显示强正相关性[21]，这也说明了室内外空气真菌是息息相关的。室外空气真菌可通过开窗、渗透等途径进入室内，影响室内空气真菌的浓度。Frankel等人的研究也发现室内外空气真菌浓度呈显著正相关性[22]。且上文中室内外空气真菌浓度比小于1.0，线性回归中室外空气真菌是室内空气真菌的显著影响因子(P<0.05，见表3)。因此，本研究推断室外空气真菌是室内空气真菌的主要来源，且在室外空气真菌浓度高的情况下，建筑直接开窗通风会增加室内空气真菌浓度上升的概率。

表3 室内空气真菌浓度与室内人数、室外空气真菌浓度的线性回归分析

2.3 室内外空气真菌的粒径分布

由于空气真菌粒径大小对应的可能进入人体呼吸道的部位不同，掌握空气真菌粒径的分布也十分重要[11]。本文中不同时段的室内外空气真菌粒径分布特征基本相同，但各级真菌粒径百分比不同。测试结果表明空气真菌粒径分布基本不随时间变化而变化，总体呈现对数正态分布，室内外空气真菌从Ⅰ级到Ⅳ级逐渐增加，而后Ⅴ级到Ⅵ级逐渐减少。这一结果也表明室外真菌向室内的渗透导致了均匀的室内/室外尺寸分布格局。Priyamvada等人也报道了室内外真菌气溶胶的相似粒径大小分布模式[23]。

室内外每个时间段的空气真菌粒径百分比最大值皆分布在Ⅳ级(见图4)，08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00室内最大值分别为44.1%、40.7%、37.3%、35.2%、41.1%、46.8%、47.1%，室外最大值分别为50.6%、39.6%、39.3%、36.8%、40.9%、40.7%、42.9%。方治国等人也发现室内空气真菌粒径分布总体特征不随各种条件(家庭环境、季节特征、儿童性别、房屋结构)的变化而变化，空气真菌粒径最大值分布在Ⅳ级[24]。Wu等人也发现秋季图书馆室内外空气真菌粒径最大值分布在Ⅳ级[11]。室内外空气真菌粒径可进入到人体下呼吸道的多达85.0%。

3 结论

以学生办公室为例，测试分析了室内外真菌浓度相关性，测试期间，室内外空气真菌浓度变化范围分别为1 698～4 429 cfu/m3和3 569～29 452 cfu/m3，最大值均出现在12：00。直接开窗通风条件下，室内外空气真菌浓度比值均小于1，Spearman相关性分析显示室内外浓度呈显著正相关，且线性回归分析表明室外空气真菌浓度是室内空气真菌浓度的显著影响因子，因此，可推断本研究室外空气真菌是室内的主要来源。另外，Spearman相关性分析显示室内空气真菌浓度与室内人数也呈显著正相关。室内外空气真菌粒径分布总体均呈现对数正态分布，空气真菌粒径最大值出现在第IV级(2.1～3.3 μm)。