基于綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法——嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院污染物控制有效性研究

　　摘要：在新冠疫情的影響下，嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院被迫采用自然通風(fēng)的方式保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。本文通過(guò)對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)大型綜合醫(yī)院進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，檢測(cè)醫(yī)院室內(nèi)空氣中主要污染物含量，采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)醫(yī)院空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。 同時(shí)采用對(duì)比分析法將實(shí)地測(cè)試結(jié)果與通風(fēng)后室內(nèi)污染物濃度對(duì)比，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院通過(guò)自然通風(fēng)的方式換氣不僅大大降低了室內(nèi)人員的熱舒適度，而且還容易將室外空氣中的污染物帶入室內(nèi)。 由此提出嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采用平疫結(jié)合的設(shè)計(jì)思路。本文可作為公共建筑室內(nèi)污染物控制有效性和室內(nèi)空氣品質(zhì)優(yōu)化的依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒地區(qū);醫(yī)院;污染物控制;綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

　　龐彬; 周冠丞; 趙文燁; 何蒙汗; 張淑秘， 北方建筑 發(fā)表時(shí)間：2021-10-29

　　0 引言

　　如今的建筑為了節(jié)約能源，在設(shè)計(jì)上更加趨向于密閉性設(shè)計(jì)，隨之而來(lái)的問(wèn)題就是通風(fēng)換氣效率大大降低[1]，室內(nèi)污染物無(wú)法得到及時(shí)的處理。尤其是大型醫(yī)院這種醫(yī)療場(chǎng)所，人流量大、易感人群集中。成年人每分鐘平均需要吸入 6 L~10 L 的空氣，每天有 15 m3 的空氣經(jīng)過(guò)適度活躍的成人肺部排出[2]，院內(nèi)的空氣品質(zhì)直接關(guān)乎到患者及醫(yī)護(hù)人員的健康。 因此開展嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究，驗(yàn)證將污染物濃度作為醫(yī)院通風(fēng)系統(tǒng)控制指標(biāo)的必要性及可行性。

　　對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院未通風(fēng)及通風(fēng)后兩種狀態(tài)的室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，采用綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法對(duì)院內(nèi)各區(qū)域進(jìn)行空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)，多角度對(duì)比分析醫(yī)院各區(qū)域室內(nèi)空氣品質(zhì)，剖析影響醫(yī)院室內(nèi)空氣質(zhì)量的主要因素。

　　1 污染物濃度實(shí)測(cè)

　　在嚴(yán)寒地區(qū)，根據(jù)氣候、建筑及醫(yī)院的正常工作特點(diǎn)，選擇了長(zhǎng)春市某大型綜合醫(yī)院門診樓作為室內(nèi)空氣品質(zhì)的檢測(cè)地點(diǎn)。針對(duì)門診樓不同的室內(nèi)功能區(qū)，選擇門診樓門廳、放射科及甲狀腺外科候診大廳 3 個(gè)區(qū)域作為數(shù)據(jù)采集區(qū)，對(duì)以上 3 個(gè)具有代表性的區(qū)域進(jìn)行連續(xù)不間斷室內(nèi)空氣品質(zhì)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為醫(yī)院門診樓正常工作上班時(shí)間段內(nèi)。

　　在檢測(cè)污染物指標(biāo)的選取中，本著所選取的指標(biāo)既具有代表性又在檢測(cè)技術(shù)上具有可行性，還要兼顧其對(duì)人體的危害性的原則上，根據(jù)醫(yī)院的實(shí)際情況重點(diǎn)選取了 CO2，CO，空氣溫度，相對(duì)濕度， PM1，PM2.5，PM10 和 TSP 作為檢測(cè)污染物指標(biāo)。 CO2 濃度是室內(nèi)空氣品質(zhì)的指示性指標(biāo)，CO2 含量的高低代表了空氣的新鮮程度[3]。CO 易與人體血紅蛋白結(jié)合導(dǎo)致人體缺氧，少量吸入后會(huì)出現(xiàn)頭痛、頭暈、嘔吐等不良癥狀[4]。室內(nèi)可吸入顆粒物是由 PM1，PM2.5，PM10 組成，TSP 是指懸浮在空氣中的各種顆粒物的總稱，室內(nèi)可吸入顆粒物的顆粒物表層附著有大量污染物，被人體吸入后沉積在呼吸道、肺泡等部位從而引發(fā)疾病。

　　考慮到醫(yī)院門診樓的人流量大及經(jīng)常性移動(dòng)設(shè)備需采集不同區(qū)域的指標(biāo)數(shù)據(jù)，所以選用體積小，便于移動(dòng)的手持儀器：美國(guó) TSI7515 空氣品質(zhì)測(cè)試儀測(cè)試 CO2，CO 及溫濕度，MetOne831 手持式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)試 PM 值。

　　1.1 采樣區(qū)域內(nèi)布點(diǎn)的選擇及檢測(cè)過(guò)程

　　依據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5]采樣點(diǎn)布置原則，根據(jù)門診樓門廳、放射科和甲狀腺外科候診大廳 3 個(gè)參與指標(biāo)檢測(cè)的區(qū)域面積與實(shí)際情況，門診樓門廳與放射科布置了 3 個(gè)采樣點(diǎn)，3 個(gè)采樣點(diǎn)呈對(duì)角線分布，內(nèi)側(cè)和外側(cè)點(diǎn)距墻壁約 1 m 處。甲狀腺外科候診大廳選擇 5 個(gè)采樣點(diǎn)，在中間及四角布置測(cè)點(diǎn)，四角的測(cè)點(diǎn)位置距墻壁 1 m 處。測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)避開風(fēng)口，測(cè)點(diǎn)的高度應(yīng)與人體平均的呼吸高度一致，檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開人員密集處，人員過(guò)多或過(guò)少都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。測(cè)試流程見(jiàn)圖 1。

　　在測(cè)試開始前確保醫(yī)院門診樓測(cè)試區(qū)域未進(jìn)行大范圍通風(fēng)換氣，首先將所有測(cè)試儀器參數(shù)歸零，檢測(cè)當(dāng)日室外空氣各污染物濃度將其作為通風(fēng)后的對(duì)照組，以驗(yàn)證通風(fēng)是否徹底，同時(shí)記錄當(dāng)天天氣情況。在對(duì)室內(nèi)空氣檢測(cè)前再次確認(rèn)儀器參數(shù)歸零后，對(duì)所有待測(cè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每隔 30 s 進(jìn)行 1 次數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)記錄人流量變化，采集的數(shù)據(jù)將作為醫(yī)院建筑未進(jìn)行通風(fēng)時(shí)的室內(nèi)各污染物數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集完成后對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)，在通風(fēng) 15 min 后進(jìn)行 1 次污染物測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與室外污染物濃度對(duì)比，測(cè)試結(jié)果與室外污染物濃度接近時(shí)，可進(jìn)行通風(fēng)后空氣質(zhì)量檢測(cè)，每隔 30 s 進(jìn)行 1 次數(shù)據(jù)采集，同時(shí)記錄人流量變化，記錄好各監(jiān)測(cè)區(qū)域的污染物數(shù)據(jù)，記錄完成后關(guān)閉門窗。

　　測(cè)試周期共計(jì) 10 d，對(duì)門診樓、放射科、甲狀腺外科候診大廳 3 個(gè)區(qū)域每天進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。每天進(jìn)行通風(fēng)前和通風(fēng)后兩大組數(shù)據(jù)采集，每大組采集 600 組數(shù)據(jù)，10 d 共計(jì) 36 000 組數(shù)據(jù)。

　　1.2 綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

　　綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法[6]是通過(guò)整理實(shí)地測(cè)試中各個(gè)污染物含量的數(shù)據(jù)，用實(shí)際污染物濃度與該污染物標(biāo)準(zhǔn)濃度的相對(duì)數(shù)值對(duì)比，直觀的描述出各個(gè)污染物對(duì)空氣污染影響的強(qiáng)弱，并計(jì)算綜合指數(shù) I 作為醫(yī)院室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。主要評(píng)價(jià)指數(shù)采用算術(shù)平均指數(shù) Q 和綜合指數(shù) I，并以算術(shù)疊加指數(shù) P 作為輔助評(píng)價(jià)指數(shù)[7]。 P=∑Ci Si (1) Q= 1 n ∑Ci Si (2) I= (max C1 S1 ，C2 S2 ，…， Ci Si )×(1 n ∑Ci Si 姨 ) (3)式中：Ci 為實(shí)際污染物濃度，μg/m3 ;Si 為標(biāo)準(zhǔn)污染物濃度，μg/m3 。

　　2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

　　數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的整理分類。采用多個(gè)測(cè)點(diǎn)的房間，應(yīng)將多個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值記為該房間的參數(shù)值。首先把長(zhǎng)春某大型綜合醫(yī)院門診樓各污染物指標(biāo)及溫度、濕度整理(見(jiàn)表 1)，表 1 能夠表明室內(nèi)各區(qū)域污染物情況及其分布，表 1~表 2 總結(jié)了醫(yī)院門診樓在晴天和雨天 2 種天氣未通風(fēng)狀態(tài)下的各參數(shù)指標(biāo)。以《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[8]與《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中各參數(shù)濃度為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從表 1~表 2 中可以看出在晴天和雨天 2 種天氣下醫(yī)院的平均 CO2 濃度是標(biāo)準(zhǔn)值的 1.3 倍、1.1 倍，均在 1 000 ppm 以上，已超過(guò)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)溫度 21℃~23℃在適宜范圍內(nèi)，晴天濕度在 30%~35%較為舒適。室內(nèi)可吸入顆粒物濃度均已超過(guò)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。從測(cè)試區(qū)域上看門廳的 CO2 濃度最低，低于當(dāng)天平均值，顆粒物濃度最高，甲狀腺外科候診大廳的 CO2 濃度最高，顆粒物濃度最低。通過(guò)對(duì)比表 1 和表 2 可以看出雨天的顆粒物濃度大于晴天顆粒物濃度，造成此結(jié)果的原因是陰雨天空氣濕度大，潮濕的空氣會(huì)更容易造成污染物的累積，使顆粒物濃度增加。

　　由圖 2 可以看出門廳的溫度、濕度變化不大， CO 在室內(nèi)空氣中的含量較少，未達(dá)到對(duì)人體有危害的濃度，低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)濃度，CO2，TSP，和 PM10 隨時(shí)間波動(dòng)明顯，CO2 的波動(dòng)幅度最大， CO2 的濃度在 9 時(shí)，11 時(shí) 30 分濃度較低，此時(shí)為人流量最小，10 時(shí)濃度最大，此時(shí)的室內(nèi)人流量也最大，可見(jiàn)對(duì) CO2 濃度影響最大的是人流量。由圖 3~ 圖 4 可以看出放射科和甲狀腺外科候診大廳的 CO2 濃度波動(dòng)較大，造成 CO2 濃度變化主要原因是人流量的變化，放射科在 11 時(shí)~12 時(shí)出現(xiàn)了 CO2 濃度大幅度降低，而門廳 TSP 和 PM10 波動(dòng)較大的原因是門廳靠近進(jìn)出口，隨著人員進(jìn)出部分室外空氣進(jìn)入室內(nèi)。

　　將表 3 與表 1~表 2 對(duì)比可以看出通風(fēng)后室內(nèi) CO2 濃度有顯著降低，由此可以看出通風(fēng)可以降低 CO2 和室內(nèi)有害物質(zhì)，但是未經(jīng)任何處理的自然通風(fēng)使得室內(nèi)溫度急劇降低。室內(nèi)平均溫度只有 18℃，若繼續(xù)通風(fēng)室內(nèi)溫度將會(huì)更低，在通風(fēng)時(shí)室內(nèi)人員會(huì)感到明顯的不舒適，很大程度上降低了室內(nèi)人員的舒適感，也造成了能源的浪費(fèi)，不利于響應(yīng)節(jié)能減排的號(hào)召。同時(shí) PM1，PM2.5，PM10，TSP 濃度都顯著升高，說(shuō)明僅僅通過(guò)開窗通風(fēng)的形式雖然可以減少室內(nèi)污染物，同時(shí)又會(huì)增加室外空氣中的污染物使得空氣品質(zhì)得不到有效的改善，因此筆者不建議嚴(yán)寒地區(qū)醫(yī)院在疫情時(shí)通過(guò)開窗通風(fēng)的方式保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　本文對(duì)長(zhǎng)春某大型綜合醫(yī)院進(jìn)行了主要污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在新冠疫情期間，醫(yī)院為防止院內(nèi)感染，采取自然通風(fēng)的方式來(lái)保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。通過(guò)測(cè)量得到疫情時(shí)嚴(yán)寒地區(qū)冬季醫(yī)院室內(nèi)空氣污染物濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)，醫(yī)院內(nèi) 3 個(gè)區(qū)域的測(cè)試數(shù)據(jù)反映了在進(jìn)行通風(fēng)前室內(nèi)空氣中的污染物濃度超過(guò)國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值。采用開窗的通風(fēng)方式，空氣品質(zhì)無(wú)法得到保證，當(dāng)室外空氣污染嚴(yán)重時(shí)，開窗通風(fēng)雖會(huì)減少室內(nèi) CO2 及有害物質(zhì)，但也會(huì)為室內(nèi)帶來(lái)室外污染物，同時(shí)室內(nèi)溫度降低，導(dǎo)致室內(nèi)人員熱舒適度降低，增大采暖負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)能源。醫(yī)院等大型公共建筑應(yīng)該考慮平疫結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，根據(jù)各區(qū)域的功能改造設(shè)計(jì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。對(duì)于人流量較大，醫(yī)患有直接接觸的區(qū)域按疫時(shí)設(shè)計(jì)新風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)采用變頻控制，平時(shí)低速運(yùn)行，疫時(shí)高速運(yùn)行并且關(guān)閉回風(fēng)系統(tǒng)。醫(yī)用空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)為將室內(nèi)污染物濃度和室內(nèi)溫濕度作為控制指標(biāo)的智能化通風(fēng)系統(tǒng)，加裝空氣凈化裝置增強(qiáng)醫(yī)用空調(diào)的空氣凈化能力，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)還應(yīng)加裝污染物濃度檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污染物濃度，當(dāng)室內(nèi)污染物濃度達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)，啟動(dòng)空氣凈化裝置對(duì)空氣進(jìn)行處理。通過(guò)不同的通風(fēng)模式來(lái)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，不僅可以滿足不同建筑對(duì)空氣品質(zhì)的需要，還可以滿足節(jié)能減排的要求。因此本文提出針對(duì)醫(yī)院的以污染物濃度加溫濕度的雙控制指標(biāo)的通風(fēng)策略，可以進(jìn)一步改善我國(guó)醫(yī)院建筑的室內(nèi)空氣品質(zhì)。