基于空气负离子浓度的建筑室内空气清洁度评价

 

城市环境与城市生态

--基于空气负离子浓度的建筑室内空气清洁度评价

( 华中科技大学建筑与规划学院 )

( 安徽建筑工业学院建筑与规划学院 )

摘要：对深圳某办公楼部分房间的空气负离子浓度分布进行了观测研究，利用空气离子单极系数和安倍空气离子评价指数对不同设备制冷的办公室空气质量进行了评价分析。结果表明：自然通风状态下的空气清洁度比机械通风状态下高，利用可再生能源制冷技术的室内空气质量比普通空调制冷技术的好，放置负离子发生器对室内空气质量有显著提高。因此提高室内负离子浓度可以创造舒适的空气环境，并建议把空气负离子浓度列为室内环境的监测和评价指标，为今后城乡建设规划、城市林业规划和环境能源保护提供科学依据和设计思路。s

关键词：空气负离子；可再生能源制冷技术；普通空调制冷；自然通风；离子单极系数；空气质量；空气清洁度；评价指数

空气负离子具有杀菌、降尘、清洁空气、提高免疫力、调节机能平衡的功效，因而被誉为“空气维生素和生长素”。我国对空气负离子的研究经历了20世纪80年代初和90年代初两个负离子的研究发展高潮，取得了许多研究成果。在这些科研工作中，空气负离子浓度的研究主要集中在林业工作者和医学工作者之列，他们关注在人为干扰和自然环境中空气负离子水平以及空气负离子在医疗保健中的作用及其机理、空气负离子资源的开发利用等内容 。

面对逐渐恶化的环境状况，在世界范围内掀起了一股空气负离子研究的热潮，人们开始关注空气负离子与环境的关系。目前国内外关于空气负离子的研究主要包括不同城市绿地结构、不同植被类型、不同树种、不同生态结构、城市森林结构等不同生态环境对空气负离子浓度的影响，以及森林旅游资源评价中空气负离子研究等。研究发现：空气负离子浓度越高，空气越清洁，感觉就越舒服；空气负离子含量少，且正、负离子浓度比例大，空气就越差。因而在环境评价中，空气负离子浓度被列为衡量空气质量好坏的一个重要参数 。

据美国一项调查表明，人们平均每天在室内度过的时间为总时间的88％ ，在汽车内度过的时间为7％ ，只有5％ 的时间是在室外度过的 。目前，越来越多的人们在封闭的空调环境下工作，由于室内环境空气负离子浓度低，使长期在现代化空调建筑环境内工作的人员经常会有头痛、恶心、眩晕、昏睡的感觉，无法享受到大自然高负离子含量的清新空气。因而从某种程度上说，室内空气质量对健康的影响比室外更大。因此，课题组开展空气负离子与室内空气质量的研究，通过测定不同通风状况和不同制冷方式的室内空气负离子浓度等数据，对单极系数和安倍空气质量评价指数进行了分析。

1.      研究概况及方法

1.1   研究对象概况

深圳某公司办公楼(共5层)双面走廊布局。地处深圳市东部郊区，属于亚热带季风气候，雨热同期，降水充沛，夏季高温多雨，冬季寒冷少雨。最热月平均温度一般不超过30°C，最冷月平均温度一般不低于10°C。

该办公楼A办公室位于顶层走道尽端，采用可再生能源技术制冷，即使用采集的地下冷热源(室内地板散热器的循环水与地下冷热源集水管中的水进行循环)来调节进入室内的新风温度，并通过与新风冷热交换系统进行热交换；然后，收集建筑内部已经使用后的废风，与新鲜空气交换热量后，排出室内。

普通办公室则采用空调制冷，无新风进入。底层门厅无空调设备，为自然通风状态。

1.2   研究方法

2011年10月24 5日每天9：00～15：00进行观测，主要观测项目有空气正、负离子浓度、风速、空气温度、相对湿度等。空气正、负离子浓度(个/cm³)用日本原产的COM-3200PRO II专业型空气负氧离子测试仪，距地面1．5 m处，与成人呼吸高度基本一致。设备直接通过PC进行实时数据采集，实时显示空气正、负离子浓度与温度并记录，每测试点收集3次数据。每次采气10 min，其中5 min负离子和5 min正离子，间隔1s读数1次，每次取前50个极值计算平均值；温度和

风速每次采气10 min，间隔1 S读数1次，取平均值；空气相对湿度每次采气5 min，取平均值。

1.3   评价方法

目前国内外对空气负离子的评价还没有统一的标准，常规采用单极系数和安倍空气质量评价系数这两个应用最广的评价指标进行分析。

1.3.1 单极系数(q)

在正常大气中，空气正、负离子浓度一般不相等，这种特征被称为大气的单极性 。单极性用单级系数来表示，即空气中正离子与负离子的比值，q=n⁺/n^-。许多学者对不同地区的相关研究表明，通常陆地上q值为1.2左右；大多数学者认为q值等于或小于1时，才能给人以舒适感。单级系数越小，表示空气中负离子浓度比正离子浓度高得越多，对人体越有利。日本学者研究表明，当n^-大于1000 个/cm³ ，且q值小于1时，空气清洁舒适，对人体健康最为有益。

1.3.2 安倍空气质量评价系数(CI)

日本学者安倍通过对城市居民生活区空气离子的研究，建立了安倍空气离子评价指数 。安培空气质量评价系数反映了空气中离子浓度接近自然界空气离子化水平的程度，见公式(1) ：

CI=(个/cm³/1000)×(1/q)

公式中，CI为空气质量评价指数；n^-为空气负离子浓度(个/cm³)；q为单极系数；1000为满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度(个/cm³)。

空气质量评价指数把空气负离子作为指标，同时又考虑了正、负离子的构成比，较为全面和客观，因此在国外的城市空气离子评价中已经得到了广泛的应用 ，其评价标准见表1。

2.      结果与分析

2.1 观测结果

各观测点相关指标的观测结果见表2。普通办公室在自然通风状况下空气负离子浓度最高，平均值达到806 个/cm³；机械通风(普通空调制冷)状况下则最低，平均值为147个/cm³。在室内温湿度较舒适的情况下，A办公室的空气负离子浓度最大，平均值为769个/cm³，比普通空调制冷房间的空气负离子浓度高出5倍多。

由此可见，自然通风状态下的空气负离子浓度比机械通风状态下的要高，采用可再生能源技术制冷的室内空气负离子浓度比普通空调制冷的要高，而放置空气负离子发生器对室内空气负离子浓度有明显增加作用。因此，A办公室和自然通风状态下的办公室内空气负离子浓度对人体健康有益。

英国霍金斯列举了晴天不同地点的空气负离子浓度，由表3可知，不同地区的空气负离子浓度有很大差异，以空调房间内负离子浓度为最低。

2.2 结果评价

2.2.1 以单级系数为标准进行评价

由表4得知，A办公室的单极系数为1.62；普通空调制冷的办公室最高，达到2.69；房间内放置负离子发生器后明显降低达到0.58最小值；放置负离子发生器的普通办公室和底层门厅均为1以下，人们在室内有一定的舒适感。由此可见，采用普通空调制冷房间单极系数明显高于自然通风的房间；在相近舒适度的条件下，普通空调制冷房间的单极系数明显高于可再生能源技术制冷的办公室；放置负离子发生器的室内单极系数减小的则更为明显。这是因为一是当空气负离子浓度增大时，空气正离子浓度也会增大，随着新风的不断进入，空气负离子浓度增大的幅度要比正离子浓度增大的幅度大很多。二是普通空调制冷在送风前有冷却或加热、加湿、滤尘等处理，这种通风措施对于改善微小气候有一定的效果，但在滤尘的同时也滤掉了空气负离子 。

研究表明，长期在空调环境中工作，眼-脑-手反应相对迟钝，会使人们的神经系统受到一定程度的损害，易发生“空调综合症”，不益于人体的健康 。因而在选择制冷设备上，可再生能源技术制冷相对于普通空调制冷，不仅可以优化能源结构，减少温室气体排放、缓解环境污染压力和温室效应，而且在改善微气候和舒适度的同时还能使人们享受到大自然高负离子含量的清新空气，有益于人体的健康。

2.2.2 以安倍空气质量评价指数为标准进行评价

由表4可知，自然通风状态下的房问空气质量最好，均在0.5以上，为中等清洁；A办公室空气质量达到0.47，为允许；办公室在普通空调制冷下的空气质量最差，达到0.05，为重污染；而放置负离子发生器后房间空气质量明显提高，达到0.83，为清洁。由此可见，由于新风的进入而提高了室内空气负离子浓度，调节了室内微气候并改善室内舒适度，让室内享受与室外相近的清新空气，达到了建筑节能和和谐自然室内环境的共生要求

放置负离子发生器后房间空气质量大大改善，空气负离子含量比普通空调办公室增大两倍多，空气质量最好。这是由于负离子发生器大多采用高压放电方式产生负离子，这种产生负离子的方法虽然与自然环境中负离子发生的方式不同，但是能大大增加空气中负离子浓度，从而提高空气质量。据有关报道，在南非一家银行的数据处理室工作的91名女职工，每天处理大约2亿英镑的支票，2年的统计结果表明，她们的工作出错率一直在2.5％左右，工作人员经常抱怨空气“沉闷”，但安装了空气负离子发生器6周后，出错率下降到0.5％ ，职员的情绪也有很大提高 。由此可见空气负离子发生器可以刺激人们的兴奋点，从而提高工作积极性和工作效率。

3.      结论与建议

随着全球气候变化和城市办公自动化的逐步更新，使得室内空气负离子浓度呈现逐渐降低的趋势。Mudarri(2020)曾较为全面地总结了气候变化可能引发的室内空气质量及公共健康问题；中国学者张长兴等(2018)指出温度升高、相对湿度增大会对室内甲醛含量升高产生协同效应。当两者同时增大时，将会联合加重室内的甲醛污染。空气负离子对人体健康和环境生态有益，并在一定程度上反应了空气的清洁度及环境遭受污染的程度，因此通过提高室内负离子浓度来创造舒适的空气环境越来越引起人们的重视。

1)        空气负离子浓度列为室内环境的监测和评价指标。空气负离子在密闭式空调(或机械通风)场所，由于空气经过滤后，负离子浓度大大衰减。所以对这样的环境，应增加负离子浓度作为监测和评价指标，如果发现浓度过低时，应采取适当措施来增加舒适度 。

2)        加大并推广可再生能源综合利用技术在建筑中的应用。尽量利用自然条件、与自然和谐的设计策略，优化能源结构和缓解能源与环境危机，运用适宜的工程技术创造现代社会的人居环境品质。

3)        在封闭的场所设置有效的通风系统和人工离子化设备，采取加强通风换气、增加活动水面、改善室内绿化以及合理布置办公设备等措施，送人负离子多的空气，创造适宜的温度、湿度以及风速，以改善室内空气清洁度和室内工作环境，提高工作人员的积极性

和促进身心健康。

作者简介：

王薇(1975- )，女，安徽合肥人，博士研究生、教授，国家一级注册建筑师，主要从事绿色建筑和人居环境研究，已发表论文30篇。