室内外空气污染物关系研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 6.59MB 107 页 15积分

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中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ............................................................................................................... 1

1.1 大气污染概述.....................................................................................................1

1.2 室内空气污染物的种类.....................................................................................1

1.2.1 悬浮颗粒物..................................................................................................1

1.2.2 燃烧产物......................................................................................................2

1.2.3 挥发性有机化合物......................................................................................2

1.3 室内空气污染物的主要来源.............................................................................2

1.3.1 来自于室外大气..........................................................................................2

1.3.2 来自建筑物..................................................................................................2

1.3.3 来自室内装饰..............................................................................................3

1.3.4 人工因素......................................................................................................3

1.4 室内外空气污染物关系研究现状.....................................................................3

1.4.1 国外研究现状..............................................................................................3

1.4.2 国内研究现状..............................................................................................5

1.5 室内空气污染模型的发展.................................................................................6

1.6 本文研究内容及其意义.....................................................................................7

第二章采样点设置和采样、分析方法 ..................................................................... 9

2.1 采样点设置.........................................................................................................9

2.1.1 交通主干道及校园内采样点......................................................................9

2.1.2 杨浦大桥旁采样点......................................................................................9

2.1.3 清洁点........................................................................................................10

2.1.4 地下空间采样点........................................................................................10

2.2 TSP 和PM10 监测方法 .....................................................................................10

2.3 NO2监测方法 ...................................................................................................10

2.4 甲醛监测方法...................................................................................................11

2.5 CO 和CO2监测方法 ........................................................................................11

2.5.1 监测原理....................................................................................................11

2.5.2 采样方法....................................................................................................11

2.5.3 分析方法....................................................................................................12

2.6 苯、甲苯、二甲苯监测方法...........................................................................13

2.6.1 监测原理....................................................................................................13

2.6.2 采样方法....................................................................................................13

2.6.3 分析方法....................................................................................................13

第三章室内外空气污染物比较分析研究 ............................................................... 17

3.1 监测时间气象参数...........................................................................................17

3.2 评价标准...........................................................................................................17

3.3 室内外空气污染物浓度监测结果与分析.......................................................18

3.4 室内外空气污染物浓度对比分析...................................................................19

3.4.1 军工路监测点室内外污染物对比分析....................................................19

3.4.2 校园与军工路监测点室内外污染物对比分析........................................20

3.4.3 杨浦建设集团与军工路监测点室内外污染物对比分析........................20

3.4.4 实验室与校园内监测点室内外污染物对比分析....................................20

3.5 室内外空气污染物浓度的日变化规律...........................................................21

3.5.1 军工路交叉路口监测点室内外 PM10 的质量浓度的日变化规律..........21

3.5.2 军工路交叉路口监测点室内外 CO 的质量浓度的日变化规律 ............ 22

3.5.3 军工路交叉路口监测点室内外 CO2浓度日变化规律........................... 23

3.5.4 军工路交叉路口监测点室内外 NO2的质量浓度的日变化规律 ...........23

3.5.5 军工路交叉路口监测点室内外三苯的质量浓度日变化规律................24

3.6 室内外主要空气污染物浓度相关性分析.......................................................26

3.6.1 PM10 浓度的相关性分析...........................................................................26

3.6.2 NO2浓度的相关性分析 ............................................................................30

3.6.3 甲醛浓度的相关性分析............................................................................31

3.6.4 CO 浓度的相关性分析 ............................................................................. 32

3.6.5 CO2浓度的相关性分析............................................................................ 33

3.6.6 苯、甲苯、二甲苯浓度的相关性分析....................................................34

3.7 地下空间污染物关系分析...............................................................................35

3.7.1 地下空间 PM10 关系分析..........................................................................35

3.7.2 地下空间 CO2关系分析........................................................................... 38

3.7.3 地下空间三苯关系分析............................................................................44

3.8 室内外空气污染物比较分析研究...................................................................46

III

3.8.1 室内外 TSP 关系分析 ...............................................................................46

3.8.2 室内外 PM10 关系分析..............................................................................46

3.8.3 室内外 CO 关系分析 ................................................................................ 47

3.8.4 室内外 CO2关系分析............................................................................... 48

3.8.5 室内外 NO2关系分析 ...............................................................................49

3.8.6 室内外苯、甲苯、二甲苯关系分析........................................................49

第四章外部污染物在室内运动及分布的数值模拟 ............................................... 51

4.1 数值模拟的理论基础.......................................................................................51

4.1.1 数值模拟的物理模型................................................................................51

4.1.2 室内流场的微分控制方程........................................................................52

4.1.3 湍流及



k

模型 ...................................................................................... 53

4.1.4 数值计算方法............................................................................................54

4.2 外部污染物扩散到开窗室内的数值模拟及分析...........................................54

4.2.1 边界条件的确定........................................................................................54

4.2.2 浓度场模拟分析........................................................................................54

4.3 外部污染物扩散到关窗室内的数值模拟及分析...........................................61

4.3.1 边界条件的确定........................................................................................61

4.3.2 浓度场模拟分析........................................................................................67

4.4 室外污染物扩散到开窗和关窗室内数值模拟的对比分析...........................68

第五章结论与建议................................................................................................... 69

5.1 结论...................................................................................................................69

5.2 改善室内空气质量的建议...............................................................................70

5.2.1 室外措施....................................................................................................70

5.2.2 室内措施....................................................................................................70

参考文献 .........................................................................................................................72

附录 1：交通主干道旁室内外空气污染物监测数据 ................................................. 75

附录 2：地下空间空气污染物监测数据 ..................................................................... 99

在读期间参加的科研项目和公开发表的论文 .......................................................... 105

致谢 ...........................................................................................................................106

第一章绪论

1.1 大气污染概述

随着人民生活水平的提高，人们对生活环境的质量也提出了更高的要求。据

统计[1,2]，从 20 世纪 90 年代初，室内环境与健康开始成为各国关心的环境问题之

一，尤其是发达国家对此问题更为关注。室内环境问题涉及千家万户，现代大多

数人约 70～90%的时间在室内度过，老弱病残者和孕妇、婴幼儿在室内的活动时

间就更长。因此，室内空气质量（Indoor Air Quality，简称 IAQ）的优劣与人们的

健康密切相关。

我国大气环境污染程度的加剧己对室内空气环境质量的研究提出了新的要

求，近 5年来，我国大气环境领域逐渐开始重视对 PM10 和PM2.5（分别指空气动

力学当量直径小于 l0pm 和2.5pm 的气溶胶粒子）两个指标的监测及其化学特性的

研究[3~5]，原因是环境空气中的气、固态污染物不仅可能直接引起人体急性、慢性

中毒，致癌和致突变等，还可以在大气中（主要是在近地对流层中）长时间悬浮

并发生一系列复杂化学反应，这些反应物呈颗粒状或大分子琏状聚合体形式随大

气湍动，从而通过恶化环境间接对人体造成危害。

长期以来，人们大都是将加大房间通风量作为当然的改善室内空气质量的方

法。但近年来，随着城市建设步伐的加快，人口密度和机动车拥有量的不断增加，

人们在生产和生活中不断向室外排放废气，致使室外空气质量逐渐恶化，室外空

气中的某些指标己超过室内空气质量的控制指标[6~8]。显然，这种情况下，直接引

入的新风不仅不能起到稀释作用，而且还有可能会恶化室内空气品质。

在普通民居和设有集中式空调系统的商用建筑中，有害气体和大气微尘造成

的室内环境污染问题在大中型城市正日益突出。由于城市建筑密度和人口密度越

来越高，对街区环境和室内空气质量而言，街道内的交通废气对于普通民居和集

中空调系统的污染更是不容忽视的问题。有害空气污染物会通过门、窗和建筑物

上其它不严密缝隙渗透进入室内，或直接从新风引入口进入室内，通过人的呼吸

进入体内。按照现在机动车逐年增加的趋势，室外空气中 NOx、CO 和超细颗粒污

染物背景浓度也会明显增大。

1.2 室内空气污染物的种类

1.2.1 悬浮颗粒物

较大的悬浮颗粒物如灰尘、棉絮等，可以被上呼吸道过滤掉，而肉眼无法看

见的细小悬浮颗粒物，如灰尘、纤维、细菌和病毒等，会随着呼吸进入人体危害

室内外空气污染物关系研究

健康。

1.2.2 燃烧产物

各种燃料、烟草的燃烧以及烹调油烟主要产生一氧化碳、二氧化碳、

NO、

SO2、

臭氧、香烟烟雾、多环芳烃等，大部分附着在颗粒物上而被人体吸入肺部。医学

证实这些气态污染物是造成肺炎、支气管炎和肺癌的主要原因。

1.2.3 挥发性有机化合物

室内挥发性有机化合物是指在常温、常压下，能从室内各种物体中挥发出来

的有机化合物的总称。最常见的有甲醛、苯及苯系物、二异氰酸甲苯脂等。苯是

一种有毒的致癌物质，它容易挥发和燃烧，常用作燃料和溶剂。生产胶合板、细

工木板、中密度纤维板和刨花板等人造板材使用的胶粘剂脲醛树脂以甲醛为主要

成分，板材中残留的甲醛会逐渐释放出来，是室内空气中的主要来源。其他各类

装饰材料如贴墙布、贴墙纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等也有可能散发

甲醛。

1.3 室内空气污染物的主要来源

1.3.1 来自于室外大气

室外大气污染物主要来源于燃料的燃烧、生产消费、交通运输等过程中产生

的污染物。如微生物、粉尘、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、可吸入颗粒物、

部分植物的花粉等。这些污染物通过通风换气和渗透进入室内，成为室内污染的

一部分。主要室内污染气体的室外污染源如表 1.1 所示。

表1.1 主要室内污染气体的室外污染源[9]

污染物

工厂排放所占的百分数（%）

交通运输所占的百分数（%）

苯

一氧化碳

铅

氮氧化物

颗粒物（PM10）

二氧化硫

挥发性有机物

臭氧

来源于大气中的化学反应

1.3.2 来自建筑物

建筑装饰材料对空气的污染在国外早有研究报道，其主要污染物包括化学污

第一章绪论

染物、微生物污染和放射性污染。建筑施工中使用的外加剂和氨水为主要原料的

混凝土防冻剂，这些含有大量氨类物质的外加剂在墙体中随着温度等环境因素的

变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来，造成室内空气中氨的浓度大量增加。

另外，从建筑材料中析出的氡也会造成室内放射性物质含量过高。联合国原子辐

射效应科学委员会的报告中指出，建筑材料是室内氡的主要来源。当室内空气流

通不良时，氡气往往超过所规定的标准，人们长时间处于该环境中，易诱发肺癌。

目前，在装修新居中，花岗石、大理石等天然石材受到人们的青睐，但是不可忽

视其中部分产品所含天然放射性核素超过了国家规定的限制标准，会引起居室放

射性污染。

1.3.3 来自室内装饰

用作室内装饰的胶合板、细木工板、中密度纤维板，因为使用的胶粘剂以甲

醛为主要成分，主要原料是甲醛、尿素、苯酚和其他辅料，使用的涂料溶剂也是

极易挥发的有机化合物，材板中残留的和未参与反应的甲醛会逐渐向周围环境释

放，是形成室内空气中甲醛的主体。含有甲醛成分并有可能向外界散发的其他各

类装饰材料，比如贴墙布、贴墙纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等等，会

造成室内苯超标。

1.3.4 人工因素

人体代谢过程中会产生 400 多种有害物质，包括呼吸排出的气体，通过尿、

汗及表皮排出的物质，主要有二氧化碳、水蒸气。燃烧和高温分解产物是主要室

内空气污染物，对人体健康影响的危害很大。无论是烹调还是采暖，都会产生大

量的污染性化学物质。任何燃料的燃烧以及烹调尤其是高温煎炸，不仅会产生致

癌物，而且还会产生氮氧化物、一氧化碳和颗粒物；室内吸烟是威胁现代人健康

的头号大敌，吸烟给室内增加了几千种有毒化合物，其中含有尼古丁等有害物质

达几百种。未经稀释的烟草烟雾中，含有如氰化氢之类的剧毒物质、酚类化合物

等致癌物；家用化学品，比如合成洗涤剂、杀虫剂等含有多种有机污染物，使用

不当会对人体产生多方面影响；生活用水中含有氯，可形成卤代烃，是 VOCS的来

源之一。

1.4 室内外空气污染物关系研究现状

1.4.1 国外研究现状

20 世纪 60 年代末，荷兰 Biersteker[10]等人测量了鹿特丹的 60 个房间内的

SO2和香烟颗粒物浓度，第一次指出民用建筑的 IAQ 与OAQ 之间存在着明显差异，

并且提出 IAQ 是影响人类健康的一个重要因素。这一研究促使更多的人把目光转

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