基于綜合指數(shù)評價法——嚴寒地區(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，嚴寒地區(qū)醫(yī)院被迫采用自然通風的方式保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。本文通過對嚴寒地區(qū)大型綜合醫(yī)院進行現(xiàn)場測試，檢測醫(yī)院室內(nèi)空氣中主要污染物含量，采用綜合指數(shù)評價法對醫(yī)院空氣質(zhì)量進行評價。 同時采用對比分析法將實地測試結(jié)果與通風后室內(nèi)污染物濃度對比，發(fā)現(xiàn)嚴寒地區(qū)醫(yī)院通過自然通風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)。 由此提出嚴寒地區(qū)醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)設計應采用平疫結(jié)合的設計思路。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)。

　　關鍵詞：嚴寒地區(qū);醫(yī)院;污染物控制;綜合指數(shù)評價法

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

　　0 引言

　　如今的建筑為了節(jié)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(nèi)污染物無法得到及時的處理。尤其是大型醫(yī)院這種醫(yī)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(jīng)過適度活躍的成人肺部排出[2]，院內(nèi)的空氣品質(zhì)直接關乎到患者及醫(yī)護人員的健康。 因此開展嚴寒地區(qū)醫(yī)院建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究，驗證將污染物濃度作為醫(yī)院通風系統(tǒng)控制指標的必要性及可行性。

　　對嚴寒地區(qū)醫(yī)院未通風及通風后兩種狀態(tài)的室內(nèi)空氣品質(zhì)進行實地檢測，采用綜合指標評價法對院內(nèi)各區(qū)域進行空氣品質(zhì)評價，多角度對比分析醫(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 污染物濃度實測

　　在嚴寒地區(qū)，根據(jù)氣候、建筑及醫(yī)院的正常工作特點，選擇了長春市某大型綜合醫(yī)院門診樓作為室內(nèi)空氣品質(zhì)的檢測地點。針對門診樓不同的室內(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 個區(qū)域作為數(shù)據(jù)采集區(qū)，對以上 3 個具有代表性的區(qū)域進行連續(xù)不間斷室內(nèi)空氣品質(zhì)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集時間為醫(yī)院門診樓正常工作上班時間段內(nèi)。

　　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(jù)醫(yī)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(nèi)空氣品質(zhì)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(jié)合導致人體缺氧，少量吸入后會出現(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)常性移動設備需采集不同區(qū)域的指標數(shù)據(jù)，所以選用體積小，便于移動的手持儀器：美國 TSI7515 空氣品質(zhì)測試儀測試 CO2，CO 及溫濕度，MetOne831 手持式空氣質(zhì)量檢測儀測試 PM 值。

　　1.1 采樣區(qū)域內(nèi)布點的選擇及檢測過程

　　依據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》[5]采樣點布置原則，根據(jù)門診樓門廳、放射科和甲狀腺外科候診大廳 3 個參與指標檢測的區(qū)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(nèi)側(cè)和外側(cè)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(jié)果造成影響。測試流程見圖 1。

　　在測試開始前確保醫(yī)院門診樓測試區(qū)域未進行大范圍通風換氣，首先將所有測試儀器參數(shù)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(nèi)空氣檢測前再次確認儀器參數(shù)歸零后，對所有待測參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，每隔 30 s 進行 1 次數(shù)據(jù)記錄，同時記錄人流量變化，采集的數(shù)據(jù)將作為醫(yī)院建筑未進行通風時的室內(nèi)各污染物數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集完成后對檢測區(qū)域進行通風，在通風 15 min 后進行 1 次污染物測試，將測試結(jié)果與室外污染物濃度對比，測試結(jié)果與室外污染物濃度接近時，可進行通風后空氣質(zhì)量檢測，每隔 30 s 進行 1 次數(shù)據(jù)采集，同時記錄人流量變化，記錄好各監(jiān)測區(qū)域的污染物數(shù)據(jù)，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(qū)域每天進行數(shù)據(jù)采集。每天進行通風前和通風后兩大組數(shù)據(jù)采集，每大組采集 600 組數(shù)據(jù)，10 d 共計 36 000 組數(shù)據(jù)。

　　1.2 綜合指數(shù)評價法

　　綜合指數(shù)評價法[6]是通過整理實地測試中各個污染物含量的數(shù)據(jù)，用實際污染物濃度與該污染物標準濃度的相對數(shù)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(shù) I 作為醫(yī)院室內(nèi)空氣品質(zhì)評價的主要依據(jù)。主要評價指數(shù)采用算術平均指數(shù) Q 和綜合指數(shù) I，并以算術疊加指數(shù) P 作為輔助評價指數(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 為實際污染物濃度，μg/m3 ;Si 為標準污染物濃度，μg/m3 。

　　2 測試數(shù)據(jù)分析

　　數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，對各項參數(shù)數(shù)據(jù)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(shù)值。首先把長春某大型綜合醫(yī)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(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 種天氣未通風狀態(tài)下的各參數(shù)指標。以《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》[8]與《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》中各參數(shù)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(yī)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(nèi)空氣質(zhì)量標準，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環(huán)境空氣質(zhì)量標準值。從測試區(qū)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(jié)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(nèi)空氣中的含量較少，未達到對人體有危害的濃度，低于室內(nèi)空氣質(zhì)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)。

　　將表 3 與表 1~表 2 對比可以看出通風后室內(nèi) CO2 濃度有顯著降低，由此可以看出通風可以降低 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)通風室內(nèi)溫度將會更低，在通風時室內(nèi)人員會感到明顯的不舒適，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，不利于響應節(jié)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(nèi)污染物，同時又會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，因此筆者不建議嚴寒地區(qū)醫(yī)院在疫情時通過開窗通風的方式保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。

　　3 結(jié)語

　　本文對長春某大型綜合醫(yī)院進行了主要污染物實時監(jiān)測，在新冠疫情期間，醫(yī)院為防止院內(nèi)感染，采取自然通風的方式來保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。通過測量得到疫情時嚴寒地區(qū)冬季醫(yī)院室內(nèi)空氣污染物濃度檢測數(shù)據(jù)，醫(yī)院內(nèi) 3 個區(qū)域的測試數(shù)據(jù)反映了在進行通風前室內(nèi)空氣中的污染物濃度超過國家規(guī)定標準值。采用開窗的通風方式，空氣品質(zhì)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(nèi) CO2 及有害物質(zhì)，但也會為室內(nèi)帶來室外污染物，同時室內(nèi)溫度降低，導致室內(nèi)人員熱舒適度降低，增大采暖負擔，浪費能源。醫(yī)院等大型公共建筑應該考慮平疫結(jié)合的設計思路，根據(jù)各區(qū)域的功能改造設計通風空調(diào)系統(tǒng)。對于人流量較大，醫(yī)患有直接接觸的區(qū)域按疫時設計新風和排風系統(tǒng)，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(tǒng)。醫(yī)用空調(diào)系統(tǒng)應為將室內(nèi)污染物濃度和室內(nèi)溫濕度作為控制指標的智能化通風系統(tǒng)，加裝空氣凈化裝置增強醫(yī)用空調(diào)的空氣凈化能力，空調(diào)通風系統(tǒng)還應加裝污染物濃度檢測系統(tǒng)，實時監(jiān)測污染物濃度，當室內(nèi)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(nèi)空氣品質(zhì)，不僅可以滿足不同建筑對空氣品質(zhì)的需要，還可以滿足節(jié)能減排的要求。因此本文提出針對醫(yī)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(yī)院建筑的室內(nèi)空氣品質(zhì)。