校园环境空气质量评价指标体系研究

史珍妮

上海市建筑科学研究院有限公司

0 引言

随着社会水平的发展和人民健康素养的提升，健康环境建设已成为人民工作，学习和生活的重要需求。《“健康中国2030”规划纲要》 提出“推进健康中国建设”，“ 加强学校健康建设”，“ 建立健全学校健康促进与教育体系”，“ 完善学校食品安全，疾病预防和传染病防控相关政策等具体要求”[1] 。

中小学学生每年有大约 200 天的时间在学校度过，平均每天有 4～8 h 的集中学习时间是在教室度过的[2]。校园是学生学习生活的重要场所，校园内空气质量的好坏对学生的身体健康和成长发育有着直接的影响。相关流行病学研究表明，空气中的污染物（可吸入颗粒物、挥发性有机物、无机气体污染物、微生物病原体等）对人体的呼吸系统、心血管系统和免疫系统等均有显著影响，同时还会造成学生学习效率下降、头痛、疲劳等病态建筑综合征（SBS）[3-6]。为满足师生的教学、科研和生活需求，校园中的建筑功能比较广泛，有教学楼、图书馆、行政办公楼、实验楼、体育馆、宿舍楼、食堂等，不同功能建筑的使用时间和管理方式存在显著差异，致使其空气质量管控策略也存在一定差异。

本文将对我国校园空气质量现状和相关标准空气质量性能指标进行归纳和对比分析，并基于层次分析法研究校园空气质量评价指标体系，旨在明确我国校园空气质量建设的发展痛点和难点，为我国健康校园建设提供理论支撑。

1 校园空气质量现状

1.1 文献调研

空气质量的好坏主要以可吸入颗粒物、气体污染物和病原体微生物为主要表征。

校园室内外可吸入颗粒物浓度存在超标现象，校园环境的可吸入颗粒物浓度主要受周边道路、施工等影响，而校园内教室、宿舍、食堂等功能建筑的颗粒物时间和空间分布与人员活动（教学、烹饪、社交等）密切相关。李国强[7]对西安某高校实验楼（已投入运行多年）进行连续4 个月的空气品质监测发现，除可吸入颗粒物浓度超标外（PM10 平均浓度为0.38 mg/m3）,其他空气污染物浓度均满足《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）的规定限值。周朝霞等人[8]对武汉市某大学的科研楼、教室、图书馆、女生宿舍、食堂等6 处建筑物的室内PM10，CO 和CO2浓度进行了监测，发现室内PM10 浓度与距离马路的远近及楼层高度有关，距离马路越近，PM10 浓度越高，楼层越高，PM10 浓度越低。食堂烹饪时PM10 浓度严重超标，最大超标浓度是国内标准的4.18 倍。教室内粉笔写字和擦黑板的过程会产生大量颗粒物，导致教室在上课时的PM10 浓度约为不上课时的2 倍。测量期间大部分测点的PM10、CO 和 CO 2 平均浓度满足国家标准，室内 PM10 浓度主要集中在0.075 mg/m3左右，占总数的34%，CO2浓度在0.05%附近的最多，占总数的 32%，CO 浓度主要集中在4.0 mg/m3,占总数的 55%。同时提出了进一步合理提升学校的污染物浓度控制指标，校园选址远离交通要道（50 m），增大食堂烹饪通风量，采用无尘粉笔或多媒体教学方式减少室内颗粒物散发等建议。付梦菲等人[9]对郑州市某高中校园内典型地点进行了颗粒物浓度测试，结果表明该校校园的主要尘源为大气颗粒物、周边施工扬尘、人员活动、周边主干道扬尘，教室内尘源主要为人员活动、粉笔板书、室外大气颗粒物扩散等，此外该校所使用的空气净化器对教室内空气质量有一定改善作用，但未能让室内空气颗粒物浓度达标。朱淮东、张彪[10]对某校园的教室、办公、宿舍等功能区的颗粒物浓度进行监测，发现由于人员密集区的人员活动造成二次扬尘，致使学生宿舍区 PM2.5、PM10 质量浓度，及粒径低于5 μm 的颗粒物计数浓度均高于校园其它功能区，而公路交通扬尘主要是粒径5 μm 以上的颗粒物。

NO2、SO2等气体污染物与校园及周边锅炉（厂）房位置直接相关[11]。马春蕾、庄晓虹[12]对沈阳某高校的食堂、超市、图书馆等公共场所室内的 NH3、苯、甲苯、二甲苯、VOC 进行了检测和分析，发现食堂空气质量较差，NH3、甲苯等污染物均存在超标现象。超市内空气质量较好，无室内污染源。图书馆白天空气质量较好，但在晚自习时段人员密度较大，室内NH3、苯、甲苯超标，作者认为这种现象是由书籍上的油墨造成的。乒乓球馆NH3超标。校内电子阅览室空气质量较好。

空气中的微生物包括细菌，真菌和病毒等，与空气质量和人体健康密切相关。孔德龙等人[13]对西安某高校的空气微生物和颗粒物、温湿度、CO2浓度进行了采样分析，发现校园颗粒物浓度高低分布依次是食堂>教室>宿舍>室外，微生物浓度高低分布依次是宿舍>食堂 >教室 >室外，食堂、宿舍、教室均存在轻度污染。校园室外空气质量较优，颗粒物与微生物污染程度存在明显的季节性，校园春季颗粒物和微生物污染程度明显大于夏季。温度，CO2浓度及细颗粒物浓度均对室内微生物浓度有显著影响。刘国强、周娅[14]检测了校园不同环境下夏季与冬季的空气中细菌与霉菌的含量，结果表明学生寝室、食堂、校区餐厅及网吧的空气中污染微生物以细菌为主，其中，在冬季的细菌平均含菌量为9147.67 cfu/m3，女生寝室的含菌量最高，达到 21546 cfu/m3，在夏季细菌平均含菌量为 10661.75 cfu/m3，校园餐厅含菌量最高，达到43511 cfu/m3。校图书馆，电影院，学生寝室及餐厅中的霉菌含量较多，其中冬季霉菌平均含量为 568.44 cfu/m3，夏季霉菌平均含量为855.88 cfu/m3。

综上所述，文献所涉及的校园内可吸入颗粒物、气体污染物、微生物均存在一定程度的超标现象，且各功能空间的污染物分布不均衡。可吸入颗粒物在临近交通干道的房间、烹饪中的食堂浓度较高。气体污染物在食堂、新建建筑、靠近锅炉房的建筑浓度较高。微生物在宿舍、食堂等区域浓度较高。

1.2 问卷调研

针对校园健康建设现状，笔者对上海、青海、山东、江西、甘肃等地的中小学及幼儿园开展的相关调研，共收到有效问卷反馈 88 份，问卷分布如图 1 所示，其中发向上海市的问卷为第二批次，在原有问卷基础上添加了部分问题。

图1 问卷分布

问卷反馈结果如图 2 所示。共计 52 所学校对学生做过过敏性疾病统计，占被调研学校数量的 59%，见图2-a。上海市被调研的学校中，做过过敏性疾病统计的有16 所，其中9 所学校的学生患过敏性疾病的占比在1%～10%之间，见图2-b。根据图2-c，被统计学校中有15 所学校表示其在春夏季节会受杨絮、柳絮、梧桐絮等树木花粉的困扰。在上海被调研的 29 所学校中，有3 所学校表示其有霉菌滋生情况（图 2-d），并通过紫外灯杀菌、整修、定期人工清除、外包服务等手段来改善。在上海被调研的29 所学校中，有2 所学校告知其跑道在烈日暴晒后有异味（图 2-e）。新风系统和空气净化器是改善室内空气质量的重要手段，被调研的88 所学校中，有10 所学校设有新风系统或空气净化器，其中8 所位于上海（图2-f）。

图2 问卷调研结果

2 空气质量性能指标

科学的性能指标和评价方法是获得良好的室内空气品质的前提条件。我国现阶段实行的《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）、《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB 50325-2020）、《环境空气质量标准》 GB3095-2012、《室内装饰装修材料有害物质限量》（GB 18580～18588-2001）和《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566-2001）共同构成了我国室内空气品质评价控制体系。我国学校建设主要基于的标准，如 《中小学校设计规范》（GB50099-2011）、《中小学校教室换气卫生要求》（GB/T 17226-2017）、《学校宿舍卫生要求及管理规范》（GB 31177-2014）等，在空气质量性能指标方面，大多参考 《室内空气质量标准》（GB/T 18883）和《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB 50325）。现行的健康建筑评价体系，如《健康建筑评价标准》T/ASC02-2016、《健康社区评价标准》 T/CECS 650-2020 T/CSUS01-2020、《WELL 建筑标准》、《RESET 空气标准》 等，对室内空气品质也做了相关规定和评价指标。此外，世界卫生组织（WHO）根据空气污染对健康的影响，针对颗粒物、O3、NO2、SO2四种典型污染物提出了空气质量准则[13]，在行业内有重要的参考价值。

室内空气污染物可以分为无机气体污染物、有机气态污染物、可吸入颗粒物、生物性污染物等。无机气体污染物包括 CO2、O3、NH3、CO、NO2、SO2、放射性气体 Rn 等；有机气体污染物包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并[a]芘、TVOC 等。可吸入颗粒物以 PM2.5 和PM10 为主；生物性污染物以菌落总数、溶血性链球菌菌落数为表征。不同标准所规定的污染物类别和浓度指标有一定差异，见表1～3，表中未标注浓度平均时间的，均为按标准操作所得的当前测量值，《环境空气质量标准》 GB3095-2012 将环境空气功能区分为二类：一类为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区域。二类区为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区[16]，本文主要目的是研究校园空气质量评价指标，故表中未列入一类地区的环境空气污染物浓度限值。

CO2是主要来源于室内人员和动植物的新陈代谢、燃烧等活动，是室内空气质量的重要表征参数，当前我国的设计标准和评价标准中的 CO2浓度限值为1000 ppm（日均值），作为行业引领性标准，我国 《健康建筑评价标准》 T/ASC02-2016 将室内CO2引导值定为900 ppm（日均值），美国 《WELL 健康建筑评价标准》 将室内CO2引导值定为 600ppm（实时测量值）。室内 O3主要来源于打印机、O3发生设备等，对人体的眼睛和呼吸道有侵蚀和损害风险。《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）对室内O3浓度的规定限值是现行《环境空气质量标准》 GB3095-2012 的80%。在基线浓度 0.07 mg/m3以上时，8 h 平均浓度每增加 0.01 mg/ m3，O3的日归因死亡率将增加 0.3%～0.5%[13]，WHO 推荐的O3浓度准则值为0.1 mg/m3，我国 《健康建筑评价标准》 T/ASC02-2016 未设置室内 O3浓度引导值，美国《WELL 健康建筑评价标准》的室内O3浓度引导值约为 0.05 mg/m3（25 ppb）。NH3的最小工程验收浓度（GB 50325-2020）为 0.15 mg/m3。CO 的浓度约束值为10 mg/m3（1 h 均值，GB/T18883-2002），引导值约为7.5 mg/m3（《WELL 建筑评价标准V2》）。NO2的浓度约束值为 0.24 mg/m3（1 h 均值，GB/T18883-2002），引导值约为0.043 mg/m3（《WELL 建筑评价标准V2》）。SO2的浓度约束值为 0.5 mg/m3（1 h 均值，GB/T18883-2002），无引导值；室内 SO2的浓度约束值为 0.5 mg/m3（1 h 均值，GB/T18883-2002），WHO 对 SO2的浓度限值在过渡阶段1 为0.125 mg/m3（24 h 均值），过渡阶段2 为0.05 mg/m3（24 h 均值），准则值为0.02 mg/m3（24 h均值）和0.5 mg/m3（10 min 均值）。Rn 的最小浓度约束值为150 Bq/m3（GB 50325-2020），无较高指标引导值，详见表1。

表1 空气污染物浓度指标对比（无机气体污染物）

如表2 所示，有机气体污染物浓度限值以 《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）和 《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB 50325-2020）为主。苯并[a]芘是强致癌物，主要来源于燃料燃烧、吸烟、烹饪等过程，《环境空气质量标准》 GB3095-2012 规定二类空气功能区的苯并[a]芘年均浓度不超过 1.0 ng/m3，2 4 h 均值浓度不超过 2.5 ng/m3，《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）规定室内苯并[a]芘日均浓度限值为 1.0 ng/m3，相关评价标准未对该污染物提出引导值指标。甲醛也是已知致癌物，家具、建材、油漆、涂料、粘合剂等是室内甲醛和其他有机污染物的主要散发源，通用标准、学校规范及相关评价标准均对室内甲醛浓度提出了限值和引导值，最小限值为 0.07 mg/m3（来自GB50325-2020 I 类建筑，不含家具），高标准引导值约为0.014 mg/m3（13.4ppb，来自 《WELL 建筑标准 V2》）。苯的最小浓度限值为0.06 mg/m 3（来自 GB50325-2020 I 类建筑，不含家具），高标准引导值约为 0.003 mg/m3（来自 《WELL 建筑标准V2》）。甲苯和二甲苯的最小浓度限值分别为 0.15 mg/m3和0.20 mg/m3，《WELL 建筑标准V2》 所规定的甲苯和二甲苯浓度限值高于我国现行标准值。TVOC 是所有室内有机气体物质的统称，其最小浓度限值为0.45 mg/m3（来自GB50325-2020 I 类建筑，不含家具），高标准引导值约为 0.40 mg/m3（来自《RESET 空气标准V2》）。

表2 空气污染物浓度指标对比（有机气体污染物）

如表 3 所示，健康评价标准高度关注室内可吸入颗粒物浓度。PM2.5 的控制浓度限值普遍为35 μ g/m3（年均值，T/ASC02-2016、RESET V2），同室外 PM2.5浓度约束值（GB3095-2012），引导值最高为 10 μ g/m3（WELL V2，实时测量值）。PM10 的控制浓度限值为日均150 μ g/m3和年均70 μ g/m3，引导值最高为 20 μ g/ m3（WELL V2，实时测量值）。

表3 空气污染物浓度指标对比（可吸入颗粒物）

如表 4 所示，《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）规定室内菌落总数应小于 2500 cfu/m3，《学生宿舍卫生要求及管理规范》（GB 31177-2014）规定室内溶血性链球菌落数应小于36 μ g/m3。

表4 空气污染物浓度指标对比（生物性污染物）

4 校园空气质量评价指标体系

根据我国校园环境现状和空气质量性能指标对比分析，从空气品质、污染源控制、监测与反馈三个方面建立了健康校园的空气质量评价指标体系，具体详见表5。

表5 校园空气质量评价指标体系

5 结语

1）本文归纳总结了我国校园空气质量现状，文献调研结果表明校园内可吸入颗粒物、气体污染物、微生物均存在一定程度的超标现象，且各功能空间的污染物分布不均衡。可吸入颗粒物在临近交通干道的房间、烹饪中的食堂浓度较高。气体污染物在食堂、新建建筑、靠近锅炉房的建筑浓度较高。微生物在宿舍、食堂等区域浓度较高。

2）针对校园健康建设现状，对上海、青海、山东、江西、甘肃等地的中小学及幼儿园展开了校园健康建设现状相关调研，就空气质量现状而言，5 0%以上的学校会对学生做过敏性、湿疹、呼吸道疾病的统计，且上海市做过过敏性疾病统计的16 所学校中，有9 所学校的学生患过敏性疾病的占比在 1%～10%之间。全国被统计88 所学校中共有15 所学校表示其在春夏季节会受杨絮、柳絮、梧桐絮等树木花粉的困扰。在上海被调研的 29 所学校中，有 3 所学校表示其有霉菌滋生情况，有 2 所学校告知其跑道在烈日暴晒后有异味。全国被调研的88 所学校中，有10 所学校设有新风系统或空气净化器，其中 8 所位于上海。

3）从无机气体污染物、有机气态污染物、可吸入颗粒物、生物性污染物四个方面对比分析了现行相关标准对典型空气质量的性能指标，统计了各典型污染物的现行约束值和相关评价标准的引导值，为健康校园空气质量指标建立提供依据。

4）从空气质量指标、污染源控制、智能监测系统三个方面建立了校园空气质量评价指标体系，以期为我国健康校园建设提供理论依据。

致谢

感谢上海市建筑科学研究院有限公司课题“以货币为衡量基准的第三代绿色建筑投资-运行期综合效益研究”（课题编号：1 006HT0519010T0203）对本研究内容的支持。