基于空氣負離子濃度的建筑室內空氣清潔度評價

城市環境與城市生態

--基于空氣負離子濃度的建筑室內空氣清潔度評價

( 華中科技大學建筑與規劃學院 )

( 安徽建筑工業學院建筑與規劃學院 )

摘要：對深圳某辦公樓部分房間的空氣負離子濃度分布進行了觀測研究，利用空氣離子單極系數和安倍空氣離子評價指數對不同設備制冷的辦公室空氣質量進行了評價分析。結果表明：自然通風狀態下的空氣清潔度比機械通風狀態下高，利用可再生能源制冷技術的室內空氣質量比普通空調制冷技術的好，放置負離子發生器對室內空氣質量有顯著提高。因此提高室內負離子濃度可以創造舒適的空氣環境，并建議把空氣負離子濃度列為室內環境的監測和評價指標，為今后城鄉建設規劃、城市林業規劃和環境能源保護提供科學依據和設計思路。s

關鍵詞：空氣負離子；可再生能源制冷技術；普通空調制冷；自然通風；離子單極系數；空氣質量；空氣清潔度；評價指數

空氣負離子具有殺菌、降塵、清潔空氣、提高免疫力、調節機能平衡的功效，因而被譽為“空氣維生素和生長素”。我國對空氣負離子的研究經歷了20世紀80年代初和90年代初兩個負離子的研究發展高潮，取得了許多研究成果。在這些科研工作中，空氣負離子濃度的研究主要集中在林業工作者和醫學工作者之列，他們關注在人為干擾和自然環境中空氣負離子水平以及空氣負離子在醫療保健中的作用及其機理、空氣負離子資源的開發利用等內容 。

面對逐漸惡化的環境狀況，在世界范圍內掀起了一股空氣負離子研究的熱潮，人們開始關注空氣負離子與環境的關系。目前國內外關于空氣負離子的研究主要包括不同城市綠地結構、不同植被類型、不同樹種、不同生態結構、城市森林結構等不同生態環境對空氣負離子濃度的影響，以及森林旅游資源評價中空氣負離子研究等。研究發現：空氣負離子濃度越高，空氣越清潔，感覺就越舒服；空氣負離子含量少，且正、負離子濃度比例大，空氣就越差。因而在環境評價中，空氣負離子濃度被列為衡量空氣質量好壞的一個重要參數 。

據美國一項調查表明，人們平均每天在室內度過的時間為總時間的88％ ，在汽車內度過的時間為7％ ，只有5％ 的時間是在室外度過的 。目前，越來越多的人們在封閉的空調環境下工作，由于室內環境空氣負離子濃度低，使長期在現代化空調建筑環境內工作的人員經常會有頭痛、惡心、眩暈、昏睡的感覺，無法享受到大自然高負離子含量的清新空氣。因而從某種程度上說，室內空氣質量對健康的影響比室外更大。因此，課題組開展空氣負離子與室內空氣質量的研究，通過測定不同通風狀況和不同制冷方式的室內空氣負離子濃度等數據，對單極系數和安倍空氣質量評價指數進行了分析。

1.      研究概況及方法

1.1   研究對象概況

深圳某公司辦公樓(共5層)雙面走廊布局。地處深圳市東部郊區，屬于亞熱帶季風氣候，雨熱同期，降水充沛，夏季高溫多雨，冬季寒冷少雨。最熱月平均溫度一般不超過30°C，最冷月平均溫度一般不低于10°C。

該辦公樓A辦公室位于頂層走道盡端，采用可再生能源技術制冷，即使用采集的地下冷熱源(室內地板散熱器的循環水與地下冷熱源集水管中的水進行循環)來調節進入室內的新風溫度，并通過與新風冷熱交換系統進行熱交換；然后，收集建筑內部已經使用后的廢風，與新鮮空氣交換熱量后，排出室內。

普通辦公室則采用空調制冷，無新風進入。底層門廳無空調設備，為自然通風狀態。

1.2   研究方法

2011年10月24 5日每天9：00～15：00進行觀測，主要觀測項目有空氣正、負離子濃度、風速、空氣溫度、相對濕度等?？諝庹⒇撾x子濃度(個/cm³)用日本原產的COM-3200PRO II專業型空氣負氧離子測試儀，距地面1．5 m處，與成人呼吸高度基本一致。設備直接通過PC進行實時數據采集，實時顯示空氣正、負離子濃度與溫度并記錄，每測試點收集3次數據。每次采氣10 min，其中5 min負離子和5 min正離子，間隔1s讀數1次，每次取前50個極值計算平均值；溫度和

風速每次采氣10 min，間隔1 S讀數1次，取平均值；空氣相對濕度每次采氣5 min，取平均值。

1.3   評價方法

目前國內外對空氣負離子的評價還沒有統一的標準，常規采用單極系數和安倍空氣質量評價系數這兩個應用最廣的評價指標進行分析。

1.3.1 單極系數(q)

在正常大氣中，空氣正、負離子濃度一般不相等，這種特征被稱為大氣的單極性 。單極性用單級系數來表示，即空氣中正離子與負離子的比值，q=n⁺/n^-。許多學者對不同地區的相關研究表明，通常陸地上q值為1.2左右；大多數學者認為q值等于或小于1時，才能給人以舒適感。單級系數越小，表示空氣中負離子濃度比正離子濃度高得越多，對人體越有利。日本學者研究表明，當n^-大于1000 個/cm³ ，且q值小于1時，空氣清潔舒適，對人體健康最為有益。

1.3.2 安倍空氣質量評價系數(CI)

日本學者安倍通過對城市居民生活區空氣離子的研究，建立了安倍空氣離子評價指數 。安培空氣質量評價系數反映了空氣中離子濃度接近自然界空氣離子化水平的程度，見公式(1) ：

CI=(個/cm³/1000)×(1/q)

公式中，CI為空氣質量評價指數；n^-為空氣負離子濃度(個/cm³)；q為單極系數；1000為滿足人體生物學效應最低需求的空氣負離子濃度(個/cm³)。

空氣質量評價指數把空氣負離子作為指標，同時又考慮了正、負離子的構成比，較為全面和客觀，因此在國外的城市空氣離子評價中已經得到了廣泛的應用 ，其評價標準見表1。

2.      結果與分析

2.1 觀測結果

各觀測點相關指標的觀測結果見表2。普通辦公室在自然通風狀況下空氣負離子濃度最高，平均值達到806 個/cm³；機械通風(普通空調制冷)狀況下則最低，平均值為147個/cm³。在室內溫濕度較舒適的情況下，A辦公室的空氣負離子濃度最大，平均值為769個/cm³，比普通空調制冷房間的空氣負離子濃度高出5倍多。

由此可見，自然通風狀態下的空氣負離子濃度比機械通風狀態下的要高，采用可再生能源技術制冷的室內空氣負離子濃度比普通空調制冷的要高，而放置空氣負離子發生器對室內空氣負離子濃度有明顯增加作用。因此，A辦公室和自然通風狀態下的辦公室內空氣負離子濃度對人體健康有益。

英國霍金斯列舉了晴天不同地點的空氣負離子濃度，由表3可知，不同地區的空氣負離子濃度有很大差異，以空調房間內負離子濃度為最低。

2.2 結果評價

2.2.1 以單級系數為標準進行評價

由表4得知，A辦公室的單極系數為1.62；普通空調制冷的辦公室最高，達到2.69；房間內放置負離子發生器后明顯降低達到0.58最小值；放置負離子發生器的普通辦公室和底層門廳均為1以下，人們在室內有一定的舒適感。由此可見，采用普通空調制冷房間單極系數明顯高于自然通風的房間；在相近舒適度的條件下，普通空調制冷房間的單極系數明顯高于可再生能源技術制冷的辦公室；放置負離子發生器的室內單極系數減小的則更為明顯。這是因為一是當空氣負離子濃度增大時，空氣正離子濃度也會增大，隨著新風的不斷進入，空氣負離子濃度增大的幅度要比正離子濃度增大的幅度大很多。二是普通空調制冷在送風前有冷卻或加熱、加濕、濾塵等處理，這種通風措施對于改善微小氣候有一定的效果，但在濾塵的同時也濾掉了空氣負離子 。

研究表明，長期在空調環境中工作，眼-腦-手反應相對遲鈍，會使人們的神經系統受到一定程度的損害，易發生“空調綜合癥”，不益于人體的健康 。因而在選擇制冷設備上，可再生能源技術制冷相對于普通空調制冷，不僅可以優化能源結構，減少溫室氣體排放、緩解環境污染壓力和溫室效應，而且在改善微氣候和舒適度的同時還能使人們享受到大自然高負離子含量的清新空氣，有益于人體的健康。

2.2.2 以安倍空氣質量評價指數為標準進行評價

由表4可知，自然通風狀態下的房問空氣質量最好，均在0.5以上，為中等清潔；A辦公室空氣質量達到0.47，為允許；辦公室在普通空調制冷下的空氣質量最差，達到0.05，為重污染；而放置負離子發生器后房間空氣質量明顯提高，達到0.83，為清潔。由此可見，由于新風的進入而提高了室內空氣負離子濃度，調節了室內微氣候并改善室內舒適度，讓室內享受與室外相近的清新空氣，達到了建筑節能和和諧自然室內環境的共生要求

放置負離子發生器后房間空氣質量大大改善，空氣負離子含量比普通空調辦公室增大兩倍多，空氣質量最好。這是由于負離子發生器大多采用高壓放電方式產生負離子，這種產生負離子的方法雖然與自然環境中負離子發生的方式不同，但是能大大增加空氣中負離子濃度，從而提高空氣質量。據有關報道，在南非一家銀行的數據處理室工作的91名女職工，每天處理大約2億英鎊的支票，2年的統計結果表明，她們的工作出錯率一直在2.5％左右，工作人員經常抱怨空氣“沉悶”，但安裝了空氣負離子發生器6周后，出錯率下降到0.5％ ，職員的情緒也有很大提高 。由此可見空氣負離子發生器可以刺激人們的興奮點，從而提高工作積極性和工作效率。

3.      結論與建議

隨著全球氣候變化和城市辦公自動化的逐步更新，使得室內空氣負離子濃度呈現逐漸降低的趨勢。Mudarri(2020)曾較為全面地總結了氣候變化可能引發的室內空氣質量及公共健康問題；中國學者張長興等(2018)指出溫度升高、相對濕度增大會對室內甲醛含量升高產生協同效應。當兩者同時增大時，將會聯合加重室內的甲醛污染。空氣負離子對人體健康和環境生態有益，并在一定程度上反應了空氣的清潔度及環境遭受污染的程度，因此通過提高室內負離子濃度來創造舒適的空氣環境越來越引起人們的重視。

1)        空氣負離子濃度列為室內環境的監測和評價指標。空氣負離子在密閉式空調(或機械通風)場所，由于空氣經過濾后，負離子濃度大大衰減。所以對這樣的環境，應增加負離子濃度作為監測和評價指標，如果發現濃度過低時，應采取適當措施來增加舒適度 。

2)        加大并推廣可再生能源綜合利用技術在建筑中的應用。盡量利用自然條件、與自然和諧的設計策略，優化能源結構和緩解能源與環境危機，運用適宜的工程技術創造現代社會的人居環境品質。

3)        在封閉的場所設置有效的通風系統和人工離子化設備，采取加強通風換氣、增加活動水面、改善室內綠化以及合理布置辦公設備等措施，送人負離子多的空氣，創造適宜的溫度、濕度以及風速，以改善室內空氣清潔度和室內工作環境，提高工作人員的積極性

和促進身心健康。

作者簡介：

王薇(1975- )，女，安徽合肥人，博士研究生、教授，國家一級注冊建筑師，主要從事綠色建筑和人居環境研究，已發表論文30篇。