基于綜合指數評價法——嚴寒地區醫院污染物控制有效性研究

　　摘要：在新冠疫情的影響下，嚴寒地區醫院被迫采用自然通風的方式保證室內空氣品質。本文通過對嚴寒地區大型綜合醫院進行現場測試，檢測醫院室內空氣中主要污染物含量，采用綜合指數評價法對醫院空氣質量進行評價。 同時采用對比分析法將實地測試結果與通風后室內污染物濃度對比，發現嚴寒地區醫院通過自然通風的方式換氣不僅大大降低了室內人員的熱舒適度，而且還容易將室外空氣中的污染物帶入室內。 由此提出嚴寒地區醫院建筑空調系統設計應采用平疫結合的設計思路。本文可作為公共建筑室內污染物控制有效性和室內空氣品質優化的依據。

　　關鍵詞：嚴寒地區;醫院;污染物控制;綜合指數評價法

　　龐彬; 周冠丞; 趙文燁; 何蒙汗; 張淑秘， 北方建筑 發表時間：2021-10-29

　　0 引言

　　如今的建筑為了節約能源，在設計上更加趨向于密閉性設計，隨之而來的問題就是通風換氣效率大大降低[1]，室內污染物無法得到及時的處理。尤其是大型醫院這種醫療場所，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 的空氣經過適度活躍的成人肺部排出[2]，院內的空氣品質直接關乎到患者及醫護人員的健康。 因此開展嚴寒地區醫院建筑室內空氣品質的研究，驗證將污染物濃度作為醫院通風系統控制指標的必要性及可行性。

　　對嚴寒地區醫院未通風及通風后兩種狀態的室內空氣品質進行實地檢測，采用綜合指標評價法對院內各區域進行空氣品質評價，多角度對比分析醫院各區域室內空氣品質，剖析影響醫院室內空氣質量的主要因素。

　　1 污染物濃度實測

　　在嚴寒地區，根據氣候、建筑及醫院的正常工作特點，選擇了長春市某大型綜合醫院門診樓作為室內空氣品質的檢測地點。針對門診樓不同的室內功能區，選擇門診樓門廳、放射科及甲狀腺外科候診大廳 3 個區域作為數據采集區，對以上 3 個具有代表性的區域進行連續不間斷室內空氣品質數據采集，數據采集時間為醫院門診樓正常工作上班時間段內。

　　在檢測污染物指標的選取中，本著所選取的指標既具有代表性又在檢測技術上具有可行性，還要兼顧其對人體的危害性的原則上，根據醫院的實際情況重點選取了 CO2，CO，空氣溫度，相對濕度， PM1，PM2.5，PM10 和 TSP 作為檢測污染物指標。 CO2 濃度是室內空氣品質的指示性指標，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合導致人體缺氧，少量吸入后會出現頭痛、頭暈、嘔吐等不良癥狀[4]。室內可吸入顆粒物是由 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疾病。

　　考慮到醫院門診樓的人流量大及經常性移動設備需采集不同區域的指標數據，所以選用體積小，便于移動的手持儀器：美國 TSI7515 空氣品質測試儀測試 CO2，CO 及溫濕度，MetOne831 手持式空氣質量檢測儀測試 PM 值。

　　1.1 采樣區域內布點的選擇及檢測過程

　　依據《室內空氣質量標準》[5]采樣點布置原則，根據門診樓門廳、放射科和甲狀腺外科候診大廳 3 個參與指標檢測的區域面積與實際情況，門診樓門廳與放射科布置了 3 個采樣點，3 個采樣點呈對角線分布，內側和外側點距墻壁約 1 m 處。甲狀腺外科候診大廳選擇 5 個采樣點，在中間及四角布置測點，四角的測點位置距墻壁 1 m 處。測點位置應避開風口，測點的高度應與人體平均的呼吸高度一致，檢測點應避開人員密集處，人員過多或過少都會對檢測結果造成影響。測試流程見圖 1。

　　在測試開始前確保醫院門診樓測試區域未進行大范圍通風換氣，首先將所有測試儀器參數歸零，檢測當日室外空氣各污染物濃度將其作為通風后的對照組，以驗證通風是否徹底，同時記錄當天天氣情況。在對室內空氣檢測前再次確認儀器參數歸零后，對所有待測參數進行數據采集，每隔 30 s 進行 1 次數據記錄，同時記錄人流量變化，采集的數據將作為醫院建筑未進行通風時的室內各污染物數據。在數據采集完成后對檢測區域進行通風，在通風 15 min 后進行 1 次污染物測試，將測試結果與室外污染物濃度對比，測試結果與室外污染物濃度接近時，可進行通風后空氣質量檢測，每隔 30 s 進行 1 次數據采集，同時記錄人流量變化，記錄好各監測區域的污染物數據，記錄完成后關閉門窗。

　　測試周期共計 10 d，對門診樓、放射科、甲狀腺外科候診大廳 3 個區域每天進行數據采集。每天進行通風前和通風后兩大組數據采集，每大組采集 600 組數據，10 d 共計 36 000 組數據。

　　1.2 綜合指數評價法

　　綜合指數評價法[6]是通過整理實地測試中各個污染物含量的數據，用實際污染物濃度與該污染物標準濃度的相對數值對比，直觀的描述出各個污染物對空氣污染影響的強弱，并計算綜合指數 I 作為醫院室內空氣品質評價的主要依據。主要評價指數采用算術平均指數 Q 和綜合指數 I，并以算術疊加指數 P 作為輔助評價指數[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 為實際污染物濃度，μg/m3 ;Si 為標準污染物濃度，μg/m3 。

　　2 測試數據分析

　　數據采集結束后，對各項參數數據進行詳細的整理分類。采用多個測點的房間，應將多個測點的平均值記為該房間的參數值。首先把長春某大型綜合醫院門診樓各污染物指標及溫度、濕度整理(見表 1)，表 1 能夠表明室內各區域污染物情況及其分布，表 1~表 2 總結了醫院門診樓在晴天和雨天 2 種天氣未通風狀態下的各參數指標。以《環境空氣質量標準》[8]與《室內空氣質量標準》中各參數濃度為評價標準，從表 1~表 2 中可以看出在晴天和雨天 2 種天氣下醫院的平均 CO2 濃度是標準值的 1.3 倍、1.1 倍，均在 1 000 ppm 以上，已超過室內空氣質量標準，室內溫度 21℃~23℃在適宜范圍內，晴天濕度在 30%~35%較為舒適。室內可吸入顆粒物濃度均已超過環境空氣質量標準值。從測試區域上看門廳的 CO2 濃度最低，低于當天平均值，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。通過對比表 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，造成此結果的原因是陰雨天空氣濕度大，潮濕的空氣會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 在室內空氣中的含量較少，未達到對人體有危害的濃度，低于室內空氣質量標準濃度，CO2，TSP，和 PM10 隨時間波動明顯，CO2 的波動幅度最大， CO2 的濃度在 9 時，11 時 30 分濃度較低，此時為人流量最小，10 時濃度最大，此時的室內人流量也最大，可見對 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~12 時出現了 CO2 濃度大幅度降低，而門廳 TSP 和 PM10 波動較大的原因是門廳靠近進出口，隨著人員進出部分室外空氣進入室內。

　　將表 3 與表 1~表 2 對比可以看出通風后室內 CO2 濃度有顯著降低，由此可以看出通風可以降低 CO2 和室內有害物質，但是未經任何處理的自然通風使得室內溫度急劇降低。室內平均溫度只有 18℃，若繼續通風室內溫度將會更低，在通風時室內人員會感到明顯的不舒適，很大程度上降低了室內人員的舒適感，也造成了能源的浪費，不利于響應節能減排的號召。同時 PM1，PM2.5，PM10，TSP 濃度都顯著升高，說明僅僅通過開窗通風的形式雖然可以減少室內污染物，同時又會增加室外空氣中的污染物使得空氣品質得不到有效的改善，因此筆者不建議嚴寒地區醫院在疫情時通過開窗通風的方式保證室內空氣品質。

　　3 結語

　　本文對長春某大型綜合醫院進行了主要污染物實時監測，在新冠疫情期間，醫院為防止院內感染，采取自然通風的方式來保證室內空氣品質。通過測量得到疫情時嚴寒地區冬季醫院室內空氣污染物濃度檢測數據，醫院內 3 個區域的測試數據反映了在進行通風前室內空氣中的污染物濃度超過國家規定標準值。采用開窗的通風方式，空氣品質無法得到保證，當室外空氣污染嚴重時，開窗通風雖會減少室內 CO2 及有害物質，但也會為室內帶來室外污染物，同時室內溫度降低，導致室內人員熱舒適度降低，增大采暖負擔，浪費能源。醫院等大型公共建筑應該考慮平疫結合的設計思路，根據各區域的功能改造設計通風空調系統。對于人流量較大，醫患有直接接觸的區域按疫時設計新風和排風系統，新風機和排風機采用變頻控制，平時低速運行，疫時高速運行并且關閉回風系統。醫用空調系統應為將室內污染物濃度和室內溫濕度作為控制指標的智能化通風系統，加裝空氣凈化裝置增強醫用空調的空氣凈化能力，空調通風系統還應加裝污染物濃度檢測系統，實時監測污染物濃度，當室內污染物濃度達到設定上限值時，啟動空氣凈化裝置對空氣進行處理。通過不同的通風模式來改善室內空氣品質，不僅可以滿足不同建筑對空氣品質的需要，還可以滿足節能減排的要求。因此本文提出針對醫院的以污染物濃度加溫濕度的雙控制指標的通風策略，可以進一步改善我國醫院建筑的室內空氣品質。