室内空气化学污染控制基础和应用(精)

第1章绪论 人的一生中，超过90%的时间在室内（包括建筑和交通工具等内部空间）度过;一个成年人每天摄入约2.3kg食品、2kg水、15kg空气，人体空气摄入质量占摄入总质量(水、食物和空气)近80%;—般说来，人呼吸系统的免疫力比起消化系统要脆弱很多。因此，室内空气质量对人的健康、舒适、工作及学习效率有很重要的影响。 1.1发达国家室内空气质量问题及其产生原因 良好的室内空气质量能够使人感到神清气爽、精力充沛、心情愉悦。然而近70年来，世界上不少国家室内空气质量出现了问题，很多人抱怨室内空气质量低劣。美国罗格斯大学Weschler教授在Atmospheric Environment上发表了题为“20世纪50年代以来室内污染物变迁”的综述文章，介绍了室内空气化学污染问题出现的历程。 室内空气污染会弓丨发以下三种病症:病态建筑综合征、与建筑有关的疾病、多种化学污染物过敏症。此外，室内空气污染还会引发哮喘甚至癌症，有些污染物还会对人的生殖能力产生严重的负面影响。 美国环境保护署(U.S.Environmental ProtectionAgency，USEPA)历时5年的调研结果显示:许多民用和商用建筑内的空气污染程度是室外空气污染的数倍至数十倍，有的甚至超过100倍。世界卫生组织（World Health Organization，WHO)公布的“2002年世界卫生报告”显示，人们受到的空气污染主要来自室内。为此，室内空气质量领域专家Fanger教授指出，室内空气质量对人体健康的影响比室外空气更重要。 为什么近70年来发达国家首先出现了室内空气质量问题呢？主要原因如下。 1)新型合成材料和日用化学品在建筑中大量应用 一些人工合成材料由于价格低、性能优越(如复合木材、聚合地板、塑料)在室内环境中(包含建筑、汽车、飞机等的内环境)广泛应用，但其中一些会散发对人体有害的气体，包括极易挥发性有机化合物（veryvolatile organic compounds，WOCs)(如甲酵）、挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs)(如苯、甲苯和二甲苯）、半挥发性有机化合物（semi-volatile organic compounds，SVOCs)(如邻苯二甲酸酯类增塑剂、溴化阻燃剂)。 室内空气化学污染控制基础和应用 2)强调建筑节能后导致建筑密闭性增强和新风量减少 20世纪70年代的能源危机后，建筑节能在发达国家普遍受到重视，作为建筑节能的有效手段，很多建筑密闭性增强，新风供给量减少，以降低采暖空调负荷，大量新建的大型建筑及其配套通风、采暖空调系统普遍采用此策略。美国采暖、制冷和空调工程师学会（American Society ofHeating，Refrigerating and Air-Condi-tioningEngineers，ASHRAE)在1981年修订的新风量标准中明显降低了新风量，就是这一背景下的产物。 3)散发有害气体的电器产品的大量使用 随着电子技术的发展，一些电器产品在办公室和家庭日益普及。其中，复印机、打印机、计算机等会散发有害气体，如臭氧、颗粒物和VOCs等，造成室内空气质量下降。 4)传统集中空调系统的固有缺点以及系统设计和运行管理的不合理传统集中空调的冷凝除湿方式使空调箱和风机盘管系统成为霉菌的滋生地。 传统集中空调系统设计和运行管理不合理，如过滤网不及时清洗或更换、新风口设计不合理等也常造成室内空气质量低劣。 5)厨房和卫生间气流组织不合理 厨房和卫生间是特殊的生活空间，对这一空间的特殊性缺乏足够的认识，在气流组织上缺乏很好的应对措施，不仅造成这一特殊空间室内空气质量低劣，而且影响普通生活或工作空间的室内空气质量。 6)室外空气污染 工业发展有时伴随着污染排放增加，汽车数量增多造成道路上汽车尾气排放污染增加，这都将导致室外空气质量下降。污浊的室外空气进入室内，使得室内空气质量降低。 1.2我国城市建筑室内空气质量问题 1.2.1问题的特点及其产生原因 我国在过去的30多年经历了举世罕见的快速城镇化进程和经济发展，发达国家大半个世纪先后出现的大气污染问题和室内空气化学污染问题在我国重叠出现，导致我国的空气质量“内忧外患”，问题比发达国家更为复杂和严峻。其产生原因为:①煤是我国主要的能源，它在产生电能和热能的同时也产生大量的颗粒物和化学污染物;②我国每年的新建建筑面积逾10亿m2，大量使用人工复合材料制成的建筑装饰装修材料和家具;③我国许多城市规模不断增长、人口不断增加(大量农村人口进人城市)，人口密度(每平方千米人口数)和汽车密度(每平方千米汽车数)也不断增加。图1.1[15]简要说明了1990～2010年一些代表性数据的逐年变化:城市人口超过翻番，城市住宅面积从40亿m2增加到210亿m2，汽车保有量从500万辆增加到7800万辆。更多高层建筑取代了低层建筑，人造板产量的增加反映了建筑材料的变化(从1999年的1500万m3到2010年的1.54亿m3)，城市空调保有量的增加反映了环境控制方式的变化(1990年空调少于100万台，2010年超过1亿台）。 我国城市室内空气污染物来源见表1.1。一般来说，我国城市的室外空气污染比农村和郊区更严重。我国城市PM10、PM2.5、臭氧、氮氧化物和硫氧化物污染水平居世界前列。2013年北京平均PM2.5浓度超过;2020年北京平均PM2.5浓度为，但这一水平仍比波士顿、芝加哥或华盛顿高出很多。污染物通过建筑通风和渗透进人室内。即使对于那些源自室外的污染物，其暴露也多出现在室内。 1.2.2健康危害 我国城市死亡率*高的10种疾病2003年和2009年的死亡率对比如图1.2所示，其中7个深色实心柱表示该疾病和空气污染相关。图1.3给出了我国1973～2005年间城市和农村地区肺癌死亡率的增长趋势。可以看出，城市中的问题更为严重，且城市与农村疾病的死亡率差距还在拉大。吸烟是诱发肺癌的重要原因，Gu等估计了2004～2005年城市吸烟归因癌症死亡率为24.5人/10万人，而农村的相应数据为17.5人/10万人。去除这些吸烟因素导致的死亡率，可得到城市非吸烟归因癌症死亡率为16.5A/10万人，农村为8.2人/10万人。Cao等调研了我国31个城市中的71000个受试者，发现室外空气污染与肺癌和心肺死亡率相关。实际上，室外空气污染物大多也是进入室内后被人们吸入体内的，从而危害人们健康。 图1.3给出了城市婴儿出生缺陷发病率、城市居民心脏病死亡率的变化情况和我国肺癌、乳腺癌死亡率的增长情况。从图1.3(a)可以看出，与1996年相比，2009年城市婴儿出生缺陷发病率几乎翻倍。此外，城市居民心脏病死亡率从2004年的90人/10万人增加到了2009年的130A/10万人，这可能和空气中的颗粒物浓度增高有关。从图1.3(b)可以看出，我国肺癌及乳腺癌死亡率均显著升高，且城市死亡率均高于农村。其中，肺癌死亡率包含吸烟因素，去除吸烟因素2004～2005年肺癌死亡率为16.5人(城市)/10万人和8.2人(农村)/10万人。 据调査，1990～2000年，我国城市14岁以下儿童的哮喘患病率增加逾50%，达到2.0%。2008年同年龄组的横向调査显示，北京、重庆和广州的哮喘患病率分别为3.2%，7.5%和2.1%，这些值显著高于10年前使用相同方法的测量结果，其中一些增加归因于大气污染。室内环境中经常使用的增塑剂、阻燃剂和杀虫剂的暴露也被认为和哮喘患病率有关。 Chen等开展的关于我国16个城市过早死亡率的调研发现，其死亡风险和室外PMi。浓度水平相关。女性、老人和文化程度低的人似乎更容易受到伤害。位于珠江三角洲的四个城市的短期死亡率变化与大气中的03和no2浓度水平相关。Kan等总结了十几组流行病学研究后发现，短期患病率及死亡率与城市的PMW、PM2.5、03小02和S02&度水平相关。 我国城市室内甲醛、苯和PM2.5及其他室内空气污染物的浓度往往大于美国等发达国家城市(见图1.4、图1.5和表1.2)，因此预计会对健康产生更严重的负面影响。