基于综合指数评价法——严寒地区医院污染物控制有效性研究

　　摘要：在新冠疫情的影响下，严寒地区医院被迫采用自然通风的方式保证室内空气品质。本文通过对严寒地区大型综合医院进行现场测试，检测医院室内空气中主要污染物含量，采用综合指数评价法对医院空气质量进行评价。 同时采用对比分析法将实地测试结果与通风后室内污染物浓度对比，发现严寒地区医院通过自然通风的方式换气不仅大大降低了室内人员的热舒适度，而且还容易将室外空气中的污染物带入室内。 由此提出严寒地区医院建筑空调系统设计应采用平疫结合的设计思路。本文可作为公共建筑室内污染物控制有效性和室内空气品质优化的依据。

　　关键词：严寒地区;医院;污染物控制;综合指数评价法

　　庞彬; 周冠丞; 赵文烨; 何蒙汗; 张淑秘， 北方建筑 发表时间：2021-10-29

　　0 引言

　　如今的建筑为了节约能源，在设计上更加趋向于密闭性设计，随之而来的问题就是通风换气效率大大降低[1]，室内污染物无法得到及时的处理。尤其是大型医院这种医疗场所，人流量大、易感人群集中。成年人每分钟平均需要吸入 6 L~10 L 的空气，每天有 15 m3 的空气经过适度活跃的成人肺部排出[2]，院内的空气品质直接关乎到患者及医护人员的健康。 因此开展严寒地区医院建筑室内空气品质的研究，验证将污染物浓度作为医院通风系统控制指标的必要性及可行性。

　　对严寒地区医院未通风及通风后两种状态的室内空气品质进行实地检测，采用综合指标评价法对院内各区域进行空气品质评价，多角度对比分析医院各区域室内空气品质，剖析影响医院室内空气质量的主要因素。

　　1 污染物浓度实测

　　在严寒地区，根据气候、建筑及医院的正常工作特点，选择了长春市某大型综合医院门诊楼作为室内空气品质的检测地点。针对门诊楼不同的室内功能区，选择门诊楼门厅、放射科及甲状腺外科候诊大厅 3 个区域作为数据采集区，对以上 3 个具有代表性的区域进行连续不间断室内空气品质数据采集，数据采集时间为医院门诊楼正常工作上班时间段内。

　　在检测污染物指标的选取中，本着所选取的指标既具有代表性又在检测技术上具有可行性，还要兼顾其对人体的危害性的原则上，根据医院的实际情况重点选取了 CO2，CO，空气温度，相对湿度， PM1，PM2.5，PM10 和 TSP 作为检测污染物指标。 CO2 浓度是室内空气品质的指示性指标，CO2 含量的高低代表了空气的新鲜程度[3]。CO 易与人体血红蛋白结合导致人体缺氧，少量吸入后会出现头痛、头晕、呕吐等不良症状[4]。室内可吸入颗粒物是由 PM1，PM2.5，PM10 组成，TSP 是指悬浮在空气中的各种颗粒物的总称，室内可吸入颗粒物的颗粒物表层附着有大量污染物，被人体吸入后沉积在呼吸道、肺泡等部位从而引发疾病。

　　考虑到医院门诊楼的人流量大及经常性移动设备需采集不同区域的指标数据，所以选用体积小，便于移动的手持仪器：美国 TSI7515 空气品质测试仪测试 CO2，CO 及温湿度，MetOne831 手持式空气质量检测仪测试 PM 值。

　　1.1 采样区域内布点的选择及检测过程

　　依据《室内空气质量标准》[5]采样点布置原则，根据门诊楼门厅、放射科和甲状腺外科候诊大厅 3 个参与指标检测的区域面积与实际情况，门诊楼门厅与放射科布置了 3 个采样点，3 个采样点呈对角线分布，内侧和外侧点距墙壁约 1 m 处。甲状腺外科候诊大厅选择 5 个采样点，在中间及四角布置测点，四角的测点位置距墙壁 1 m 处。测点位置应避开风口，测点的高度应与人体平均的呼吸高度一致，检测点应避开人员密集处，人员过多或过少都会对检测结果造成影响。测试流程见图 1。

　　在测试开始前确保医院门诊楼测试区域未进行大范围通风换气，首先将所有测试仪器参数归零，检测当日室外空气各污染物浓度将其作为通风后的对照组，以验证通风是否彻底，同时记录当天天气情况。在对室内空气检测前再次确认仪器参数归零后，对所有待测参数进行数据采集，每隔 30 s 进行 1 次数据记录，同时记录人流量变化，采集的数据将作为医院建筑未进行通风时的室内各污染物数据。在数据采集完成后对检测区域进行通风，在通风 15 min 后进行 1 次污染物测试，将测试结果与室外污染物浓度对比，测试结果与室外污染物浓度接近时，可进行通风后空气质量检测，每隔 30 s 进行 1 次数据采集，同时记录人流量变化，记录好各监测区域的污染物数据，记录完成后关闭门窗。

　　测试周期共计 10 d，对门诊楼、放射科、甲状腺外科候诊大厅 3 个区域每天进行数据采集。每天进行通风前和通风后两大组数据采集，每大组采集 600 组数据，10 d 共计 36 000 组数据。

　　1.2 综合指数评价法

　　综合指数评价法[6]是通过整理实地测试中各个污染物含量的数据，用实际污染物浓度与该污染物标准浓度的相对数值对比，直观的描述出各个污染物对空气污染影响的强弱，并计算综合指数 I 作为医院室内空气品质评价的主要依据。主要评价指数采用算术平均指数 Q 和综合指数 I，并以算术叠加指数 P 作为辅助评价指数[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 为实际污染物浓度，μg/m3 ;Si 为标准污染物浓度，μg/m3 。

　　2 测试数据分析

　　数据采集结束后，对各项参数数据进行详细的整理分类。采用多个测点的房间，应将多个测点的平均值记为该房间的参数值。首先把长春某大型综合医院门诊楼各污染物指标及温度、湿度整理(见表 1)，表 1 能够表明室内各区域污染物情况及其分布，表 1~表 2 总结了医院门诊楼在晴天和雨天 2 种天气未通风状态下的各参数指标。以《环境空气质量标准》[8]与《室内空气质量标准》中各参数浓度为评价标准，从表 1~表 2 中可以看出在晴天和雨天 2 种天气下医院的平均 CO2 浓度是标准值的 1.3 倍、1.1 倍，均在 1 000 ppm 以上，已超过室内空气质量标准，室内温度 21℃~23℃在适宜范围内，晴天湿度在 30%~35%较为舒适。室内可吸入颗粒物浓度均已超过环境空气质量标准值。从测试区域上看门厅的 CO2 浓度最低，低于当天平均值，颗粒物浓度最高，甲状腺外科候诊大厅的 CO2 浓度最高，颗粒物浓度最低。通过对比表 1 和表 2 可以看出雨天的颗粒物浓度大于晴天颗粒物浓度，造成此结果的原因是阴雨天空气湿度大，潮湿的空气会更容易造成污染物的累积，使颗粒物浓度增加。

　　由图 2 可以看出门厅的温度、湿度变化不大， CO 在室内空气中的含量较少，未达到对人体有危害的浓度，低于室内空气质量标准浓度，CO2，TSP，和 PM10 随时间波动明显，CO2 的波动幅度最大， CO2 的浓度在 9 时，11 时 30 分浓度较低，此时为人流量最小，10 时浓度最大，此时的室内人流量也最大，可见对 CO2 浓度影响最大的是人流量。由图 3~ 图 4 可以看出放射科和甲状腺外科候诊大厅的 CO2 浓度波动较大，造成 CO2 浓度变化主要原因是人流量的变化，放射科在 11 时~12 时出现了 CO2 浓度大幅度降低，而门厅 TSP 和 PM10 波动较大的原因是门厅靠近进出口，随着人员进出部分室外空气进入室内。

　　将表 3 与表 1~表 2 对比可以看出通风后室内 CO2 浓度有显著降低，由此可以看出通风可以降低 CO2 和室内有害物质，但是未经任何处理的自然通风使得室内温度急剧降低。室内平均温度只有 18℃，若继续通风室内温度将会更低，在通风时室内人员会感到明显的不舒适，很大程度上降低了室内人员的舒适感，也造成了能源的浪费，不利于响应节能减排的号召。同时 PM1，PM2.5，PM10，TSP 浓度都显著升高，说明仅仅通过开窗通风的形式虽然可以减少室内污染物，同时又会增加室外空气中的污染物使得空气品质得不到有效的改善，因此笔者不建议严寒地区医院在疫情时通过开窗通风的方式保证室内空气品质。

　　3 结语

　　本文对长春某大型综合医院进行了主要污染物实时监测，在新冠疫情期间，医院为防止院内感染，采取自然通风的方式来保证室内空气品质。通过测量得到疫情时严寒地区冬季医院室内空气污染物浓度检测数据，医院内 3 个区域的测试数据反映了在进行通风前室内空气中的污染物浓度超过国家规定标准值。采用开窗的通风方式，空气品质无法得到保证，当室外空气污染严重时，开窗通风虽会减少室内 CO2 及有害物质，但也会为室内带来室外污染物，同时室内温度降低，导致室内人员热舒适度降低，增大采暖负担，浪费能源。医院等大型公共建筑应该考虑平疫结合的设计思路，根据各区域的功能改造设计通风空调系统。对于人流量较大，医患有直接接触的区域按疫时设计新风和排风系统，新风机和排风机采用变频控制，平时低速运行，疫时高速运行并且关闭回风系统。医用空调系统应为将室内污染物浓度和室内温湿度作为控制指标的智能化通风系统，加装空气净化装置增强医用空调的空气净化能力，空调通风系统还应加装污染物浓度检测系统，实时监测污染物浓度，当室内污染物浓度达到设定上限值时，启动空气净化装置对空气进行处理。通过不同的通风模式来改善室内空气品质，不仅可以满足不同建筑对空气品质的需要，还可以满足节能减排的要求。因此本文提出针对医院的以污染物浓度加温湿度的双控制指标的通风策略，可以进一步改善我国医院建筑的室内空气品质。