冯国会 姜编 黄凯良 张亿先 张峥
沈阳建筑大学市政与环境工程学院
【摘 要】随着居住条件逐渐提高，人们对生活环境的要求越来越高，既追求舒适也追求健康。但室内装修程度增大的同时，室内的污染源增多。密闭性增强，导致许多污染物不能及时排到室外，影响人的身体健康。研究内容主要分为两部分：室内空气品质基础数据分析、污染物及其影响因素统计学性分析。搭建网络监测平台，利用入户测试和Ikair长期监测方法对比研究不同季节、不同通风工况、不同测点室内甲醛分布规律。利用SPSS软件，将污染物与其影响因素建立统计学模型，通过回归分析，探究各因素与甲醛影响的关系和影响程度。
【关键词】测试数据；甲醛；统计学分析
Abstract：With the improvement of living conditions, people are becoming more and more demanding for the living environment, and they pursue both comfort and health. However, with the increasing of indoor decoration, the indoor pollution sources are increasing.Tighten tightness, which causes many pollutants to not be discharged to the outside in time, affecting the health of the human body.The research contents are divided into two parts: the basic data analysis of indoor air quality, the statistical analysis of the pollutants and their influencing factors.The network monitoring platform was built, and the formaldehyde distribution in different seasons, different ventilation conditions and different measuring points was compared by using household test and Ikair long-term monitoring method.SPSS software was used to establish statistical models of pollutants and their influencing factors, and regression analysis was used to explore the relationship between various factors and formaldehyde and the degree of impact.The SPSS software was used to establish a statistical model of the contaminants and its influencing factors. Through regression analysis, the relationship between the factors and the influence of formaldehyde was explored and the degree of influence was investigated.
Key words:Test data; Formaldehyde; Statistical analysis
0 引言
随着经济和科技的发展，室内空气污染成为一门重要的研究课题[1]。中国测试技术研究院的谭和平学者通过分析2008年以来的室内污染物，发现室内空气中有机污染物检测重点集中在甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC，其中甲醛和苯是重中之重[2]。谭冰通过调查发现，室内装修主要污染物为甲醛和苯，高浓度的甲醛是鼻窦癌、鼻腔癌和白血病的主要诱因，每年因室内污染引起的死亡人数达数十万以上[3]。
甲醛最主要的来源为建筑装饰材料、烟草以及消毒剂等用品。其中用于建筑装饰人造板材的甲醛释放最为普遍和严重[4-6]，也是造成室内甲醛超标的最根本原因[7]。国内外关于新风引入的研究较广泛，且针对大型公共类建筑的较多，但针对居民住房机械通风换气的研究较少，因此，本文针对居民住房引入新风后，室内甲醛浓度变化做了深入研究。
1 甲醛测试数据分析
1.1 测试概况
对东北地区8户装有机械新风系统住户进行为期一年的室内甲醛浓度测试。测试主要方式为入户测试和网络平台监测；根据装修时间、装修方式、楼层和建筑面积选择测试对象，下表是所选住户信息。
表1.1 住户信息表
测试方法主要分为两部分：
（1）入户测试不同测点（卧室、客厅、厨房）、不同季节（冬季、过渡季、夏季）、不同通风工况（密闭工况、自然工况、机械通风工况）甲醛浓度。
（2）通过Ikair空气品质监测设备连续监测被测试住户室内污染物浓度，与WiFi连接将数据传输到监测平台。
本文测试甲醛浓度方式分两种：（1）通过大气采样仪对室内空气采样，分光光度计法测甲醛浓度。（2）在室内安装Ikair，通过Ikair获取甲醛浓度。前者精度高，但操作繁琐，无法获取大量数据；后者精度不高，但可获取连续数据。测试分三种工况：密闭工况、自然工况和机械通风工况。密闭工况是在关闭外窗、内外门12小时后，入户测试甲醛浓度；自然工况是不限制是否开关窗、机械通风系统测试甲醛浓度；机械通风工况是在机械新风系统开启1小时后测试甲醛浓度。
选取东北地区八户有机械通风装置的住宅测试甲醛浓度，分析以上两方法测试结果，研究甲醛在机械通风工况下不同季节的扩散规律。
1.2 不同季节甲醛浓度测试分析
测试不同季节（冬季、过渡季、夏季）甲醛浓度，选择三个测点（卧室、客厅、厨房）。分析典型住户机械1#室内瞬时连续甲醛浓度，研究不同季节甲醛扩散规律。
（1）冬季甲醛浓度测试分析
使用分光光度计分析的方法，对东北地区冬季8户机械通风住宅在密闭、自然、机械通风工况下进行甲醛浓度测试。经统计计算，8户住户在三种工况下平均甲醛浓度分别是：0.098mg/m3，0.068mg/m3，0.049mg/m3。可看出在冬季开启机械新风系统后甲醛浓度低于其他两种工况，其中密闭工况甲醛浓度是自然工况的1.44倍，是机械通风工况的2倍。自然和机械通风工况甲醛浓度均不超标。
然而三种工况无法反应住户日常生活状态下室内空气品质状况，因此本文通过Ikair监测住户室内瞬态数据，获取连续瞬态甲醛浓度变化值，通过两方法对比，验证Ikair测试数据的准确性。对比分析入户测试的甲醛浓度与在线监测的甲醛浓度。测试结果如下：
表1.2 机械1#住户冬季三种工况下室内甲醛浓度
测试期间，室内平均温度为19.9℃，平均湿度为24%。由表知，冬季机械通风工况下机械1#住宅室内甲醛浓度是自然工况下的1/2，东北住户冬季很少开窗，因此自然工况下甲醛浓度较高。结果表明平台实时监测的甲醛浓度介于自然与机械通风工况间，这是因为三种工况都无法代表住宅内室内空气品质的常态，通过Ikair监测的甲醛数据求得供暖季平均甲醛浓度为0.044mg/m3，是自然工况的0.57倍，说明冬季开启机械通风可改善室内空气品质。
（2）过渡季甲醛浓度测试分析
东北地区春季风速较大，开窗通风时新风量增大，甲醛浓度降低明显。过渡季（春季）选取2017年5月对8户机械住宅测试不同工况下甲醛浓度，结果显示三种工况下甲醛浓度分别为0.121mg/m3，0.053mg/m3，0.049mg/m3，其中密闭工况的甲醛浓度是自然工况的2.28倍，是机械通风工况的2.47倍，因此过渡季自然工况与机械通风工况下的甲醛浓度更接近。春季8户机械通风住宅密闭工况的甲醛浓度高于冬季密闭工况，春季机械通风工况甲醛浓度略高于自然通风工况。
春季选取2017年5月18日、5月23日、5月25日在机械1#住宅测试不同工况下甲醛浓度，结果如下：
表1.3 机械1#住户过渡季三种工况下室内甲醛浓度
从实时监测数据来看，室内平均温度为17.7℃，略低于供暖季室内温度，平均湿度为47.8%，是冬季的2倍。春季甲醛平均浓度为0.035mg/m3，低于冬季甲醛浓度，实时监测的甲醛浓度介于自然和机械通风工况之间。由表1.3知，过渡季机械1#住宅机械通风工况下甲醛浓度是自然工况下的0.76倍，二者数值接近，通过对Ikair监测的甲醛数据求供暖季的平均甲醛浓度为0.035mg/m3，是自然工况的0.76倍，说明过渡季开启机械通风可降低甲醛浓度，但过渡季开启机械通风去除甲醛能力与自然通风相差不大。
（3）夏季甲醛浓度测试分析
夏季测试8户住宅卧室内甲醛在三种工况下的浓度，经统计，8户住户在三种工况下甲醛平均浓度为：0.147mg/m3，0.065mg/m3，0.097mg/m3，夏季密闭和机械通风工况甲醛浓度均超标，密闭工况超标率达100%。入户调查时发现夏季人们经常开窗通风来换气和降温，而夏季除机械1#住户偶尔会开启机械通风，其余住户均不开启。同时，夏季室内温度测试时高达30℃，加剧了甲醛的挥发扩散，若污染物不能通过通风及时排出，会堆积在室内使甲醛浓度升高。
夏季选取机械1#住宅在2017年7月10日、7月19日、7月20日测试不同工况下甲醛浓度，结果如下。
表1.4 机械1#住户夏季三种工况下室内甲醛浓度
从实时监测数据来看，机械1#室内平均温度为26.7℃，平均湿度为60%，夏季甲醛平均浓度为0.052mg/m3，高于冬季，夏季自然通风工况下室内空气品质优于开启机械新风的室内空气品质。
1.3 不同测点甲醛浓度分析
选取三个测点：卧室、厨房、客厅。被测住户厨房未装风口，故无法测其机械通风工况下的甲醛浓度。
表1.5 不同季节甲醛浓度
为对比不同测点甲醛浓度，按通风方式不同将入户测试数据以簇状柱形图的形式展示，如图1.1-1.3。
图1.1密闭工况下不同测点甲醛浓度
由图1.1：（1）密闭工况下，各测点甲醛浓度超标严重。密闭工况下室内甲醛污染源持续释放甲醛而不能及时去除，导致室内甲醛浓度超标明显。（2）该工况下，三个季节卧室甲醛浓度均超标，且甲醛浓度：卧室>客厅>厨房。这是因为测试的8户住宅中，卧室面积比客厅面积小，卧室单位面积内污染物表面积大于客厅，因此卧室甲醛浓度较高。在厨房甲醛浓度测试过程中（不考虑做饭因素），厨房密闭性较小
由图1.2：（1）自然工况下，各测点甲醛浓度均不超标；（2）不同季节甲醛浓度变化规律：卧室>客厅>厨房，夏季厨房在自然通风工况下甲醛浓度骤升，夏季自然工况使客厅的高浓度最低。
图1.2 自然工况下不同测点甲醛浓度
如图1.3，机械通风工况下：（1）开启机械新风系统时，夏季卧室甲醛浓度超标，其余工况均不超标。（2）三个测点不同季节甲醛浓度均满足：卧室>客厅。三个测点甲醛浓度为：卧室>客厅>厨房。冬季开启机械通风甲醛浓度大幅下降，春季开启机械通风甲醛浓度变化不明显，夏季开启机械通风甲醛浓度超标。
图1.3 机械工况下不同测点甲醛浓度
2 室内污染物甲醛及其影响因素回归分析
针对影响甲醛浓度的因素进行统计学分析。所用数据为Ikair在线监测数据及气象站环境空气质量数据，利用数据统计对污染物和影响污染物浓度因素进行统计学分析。
2.1线性回归分析
根据不同季节，将室内甲醛浓度作为因变量，室内湿度、温度、室内外温差、CO2浓度作为自变量进行线性回归分析，结果如下：
表2.1 冬季甲醛及其影响因素线性回归分析
利用向后法筛选自变量：室内湿度、室内温度、室外湿度、室内外温差、CO2，室外湿度经向后法计算被排除，剩余自变量建立回归模型。除室外湿度的P值大于0.05，其余自变量P值均小于0.05，因此室内温湿度、室外温差、CO2与室内甲醛浓度呈显著相关关系。冬季各自变量标准回归系数描述为：在其他自变量不变情况下，室内温度、湿度，室内外温差，CO2每增加一个单位，甲醛浓度分别增加0.642个单位，0.351个单位，0.182个单位，0.088个单位；因此冬季温度对甲醛浓度影响比湿度大，其次是室内外温差，CO2浓度。
表2.2 过渡季甲醛及其影响因素线性回归分析
利用向后法对自变量：室内湿度、室内温度、室外湿度、室内外温差、CO2进行筛选，其中室外湿度、室内温度经向后法计算被排除，剩余三种自变量建立回归模型。除自变量室外湿度、室内温度的P值大于0.05，其余自变量的P值均小于0.05，因此室内湿度、室内外温差、CO2与室内甲醛浓度呈显著相关关系。过渡季节各自变量标准回归系数描述为：在其他自变量不变情况下，室内湿度，室内外温差，CO2每增加一个单位，甲醛浓度分别增加0.135个单位，0.090个单位，0.200个单位，0.088个单位；因此过渡季室内CO2对甲醛浓度影响大，其次是室内湿度，室内外温差。
表2.3 夏季甲醛及其影响因素线性回归分析
利用向后法对自变量：室内湿度、室内温度、室外湿度、室内外温差、CO2进行筛选，其中室外湿度、室内温度经向后法计算被排除，剩余三种自变量建立回归模型。除自变量室外湿度、室内温度的P值大于0.05，其余自变量的P值均小于0.05，因此室内湿度、室内外温差、CO2与室内甲醛浓度呈显著相关关系。过渡季节各自变量的标准回归系数描述为：在其他自变量不变的情况下，室内湿度，室内外温差，CO2每增加一个单位，甲醛浓度分别增加0.185个单位，0.132个单位，0.303个单位；因此夏季室内CO2对甲醛浓度影响大，其次是室内湿度，室内外温差。
2.2 二元回归分析
利用二元logistic回归分析讨论不同开启机械新风系统甲醛浓度影响。当甲醛浓度小于80μg/m3时，记为“0”，大于等于80μg/m3时，记为“1”。关闭机械新风系统时，记为“0”，开启时记为“1”。
表2.4 机械新风系统的启停对甲醛浓度的影响
在其他条件不变的情况下，冬季开启机械通风引起室内甲醛浓度超标的概率是不开启机械通风的0.4倍，即开启机械通风系统可降低室内甲醛浓度。春季开启机械通风引起室内甲醛浓度超标概率是不开启机械通风的0.8倍，冬季开启机械新风系统时室内甲醛浓度超标概率低于过渡季开启机械新风系统时超标的概率，因此可近似认为冬季开启机械新风系统对甲醛浓度的影响比过渡季开启机械新风系统对甲醛浓度影响大，但冬季和过渡季开启机械新风系统对室内甲醛浓度是一个保护因素。夏季在不开启空调的情况下，开启机械新风系统引起甲醛浓度超标的概率是关闭机械新风系统时的1.43倍，即在夏天开启机械新风系统是危险因素，会使室内甲醛浓度升高。
3 结论
通过对8户机械住户室内甲醛浓度测试数据和统计学分析发现：
（1）密闭工况下各季节甲醛浓度：夏季>春季>冬季；自然工况下各季节甲醛浓度：冬季>春季>夏季；机械工况下各季节甲醛浓度：夏季>春季=冬季。
（2）供暖季和过渡季甲醛浓度：密闭工况>自然工况≥机械通风工况，但在夏季开启机械通风系统后，甲醛浓度反而超标。因此冬季开启机械新风系统会使甲醛浓度明显降低，春季开启机械新风系统后甲醛浓度与自然工况相差不大，夏季开启机械新风系统会使甲醛浓度超标。
（3）分析室内温度、室内湿度、室内外温差、CO2、室外湿度及是否开启机械新风系统六个因素在不同季节对室内甲醛浓度影响程度：冬季室内温度对甲醛浓度影响最大，过渡季、夏季室内CO2对甲醛浓度影响最大。
（4）在不同季节开启机械新风系统对甲醛浓度影响程度：冬季>过渡季，夏季开启机械新风系统会使室内甲醛浓度升高。
参考文献
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备注：本文收录于《建筑环境与能源》2018年10月刊总第15期（第21届暖通空调制冷学术年会文集）。版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。
