《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Impact of vertical greenery system on indoor air quality: Case study in a Luxembourg administrative building
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垂直绿化系统（VGS）可降低室内甲醛浓度达40%，但对密闭空间或通风不良区域易滋生霉菌孢子。研究建议通过优化灌溉、基质清洁及空间布局平衡化学污染治理与生物安全风险，为公共建筑VGS应用提供科学依据。
C. Falzone|J. Martin|AC. Romain
列日大学，UR SPHERES部门，大气传感与监测研究，比利时阿尔隆B-6700
摘要
垂直绿化系统（VGS）因其美学价值以及改善空气质量的潜力而在室内环境中越来越受欢迎。然而，它们对室内空气和使用者健康的实际影响仍缺乏足够的文献记录，尤其是在公共建筑中。本案例研究评估了VGS对卢森堡一座最近翻新的行政建筑室内空气质量（IAQ）的影响。在该建筑中，三层楼共安装了五种包含净化植物和观赏植物的VGS。在46周的时间里，研究人员系统地监测了VGS附近及无VGS参考区域的甲醛、挥发性有机化合物（VOCs）和空气中的霉菌孢子浓度，并同时收集了环境参数和工作人员的定性反馈。结果显示，装有VGS的区域甲醛浓度普遍低于参考区域，某些区域的甲醛浓度降低了多达40%。尽管总体VOC负荷在有无VGS的情况下相似，但在封闭或通风良好的区域，VGS附近的芳香化合物和酮类化合物浓度显著下降。不过，VGS的存在也导致了霉菌孢子浓度的增加，尤其是在高湿度或维护不当的情况下。研究未检测到任何有毒或致病性的霉菌。研究表明，VGS有助于降低某些室内空气污染物（尤其是甲醛），但同时也强调了合理设计和维护以控制霉菌风险的重要性。研究提出了关于灌溉、基质卫生和系统位置等方面的建议，以获得最佳的室内空气质量（IAQ）和用户满意度。
引言
家庭、车辆和封闭的工作场所已成为人们日常活动的主要环境[1]。然而，如果缺乏适当的关注，我们呼吸的空气可能会受到污染，从而对健康造成危害[2,3]。室内空气质量是定义“病态建筑综合症”（SBS）的标准之一[4]，这是一种与建筑物相关的多种无法解释的症状集合。使用者所经历的症状取决于他们的敏感度，从简单的流鼻涕到慢性呼吸道感染和头痛等严重情况都有[5]。室内污染的来源多种多样，污染物本身也各不相同。建筑材料和家具可能会长期释放污染物[6]，而偶尔产生的污染物主要与使用者的行为有关（例如使用家用产品[7]、烹饪、吸烟、焚香等[8]）。因此，室内空气可能含有挥发性有机化合物（VOCs，来自油漆、胶水等）、颗粒物（来自磨损等[10]、微生物产生的挥发性有机化合物、霉菌孢子，在某些情况下还有氡[3,11,12]，这取决于土壤的地质条件。这些污染物都可能对人类健康产生有害影响[12,13]。Wargocki[14]估计，2011年美国因SBS相关的健康成本在150亿至400亿美元之间，这使得SBS成为了一个既健康又经济的问题。因此，近年来室内空气质量已成为一个重要议题。为此，建议通过开窗或安装暖通空调（HVAC）系统来确保良好的空气交换率。同时，市场上也出现了保证低污染物排放的建筑材料、装饰材料和家具产品标签[15]。
在这种背景下，任何旨在改善室内空气质量的策略都应被视为一个综合系统。
近年来，垂直绿化系统（VGS）在室内空间中变得越来越普遍，最初是出于美观考虑，最近则因其通过特定植物种类的污染物去除能力而成为提高热舒适度、认知表现和空气质量的潜在手段[16]。这些植物修复效果依赖于多种互补机制，包括叶片上的气孔吸收和代谢转化、根区和生长介质中的吸附及微生物降解，以及与系统相关的生物膜相互作用。多项研究表明，在受控条件下，这些过程有助于去除多种VOCs和醛类[17],[18],[19]。
然而，VGS虽然可以减少某些化学污染物，但也可能产生意外效果，如相对湿度的增加或微生物负荷的增加[20],[21],[22],[23]。因此，挑战不仅在于降低室内污染物浓度（如VOCs、醛类、颗粒物），还要在现实的建筑使用条件下实现化学空气质量与生物安全之间的平衡（如霉菌、生物气溶胶）。较高的室内霉菌孢子浓度与呼吸系统症状和哮喘加重有关，尽管目前尚无统一的阈值[24,25]。这种双重视角凸显了在评估室内空气质量时需要同时考虑化学污染物和生物因素。
许多实验和小型房间研究显示，使用盆栽植物或绿墙系统（尤其是
Chlorophytum comosum、Spathiphyllum wallisii、Hedera helix或
Nephrolepis exaltata）并结合主动空气循环时，甲醛和芳香VOCs的浓度显著降低[26],[27],[28],[29],[30]。然而，在更现实的室内条件下进行的其他研究显示，VOCs的减少效果有限或不一致，这表明房间体积、空气交换率和污染源强度常常主导着污染物的动态变化，可能会掩盖植物的影响。在这种使用环境中，VOC水平的变化往往与人员流动模式和通风操作的变化交织在一起，使得难以将观察到的浓度变化单纯归因于植物的存在[24],[31],[32]。
同时，大多数关于绿化系统的研究都集中在能源性能和室外微气候上，而很少有长期实地研究记录它们对有人使用的公共建筑室内空气质量的影响。例如，在走廊中，VGS的存在与空气温度、相对湿度和某些污染物的变化有关，可能会影响空间使用和使用者对室内环境的感知。此外，VGS通过灌溉和植物蒸腾作用共同作用可能会增加局部湿度，并提供有利于霉菌生长的有机基质；多项研究报道了绿墙上霉菌的生长，这对空气质量和空气中的孢子浓度有直接影响[20],[21],[22],[23]。因此，VGS可能在减少特定污染物浓度方面带来化学效益，但同时也会因促进霉菌生长而增加生物风险，尤其是在维护和通风不佳的情况下。
总体而言，VGS作为一种减轻某些室内污染物的有前景的解决方案，但同时也可能将风险转移到生物层面，这需要综合考虑其化学效益以及对霉菌和生物气溶胶的实际影响。在本研究中，我们明确区分了预期的效益（如甲醛和选定VOC家族的减少）和潜在风险（如湿度增加和空气中的霉菌孢子增加），并分析了这种权衡如何取决于建筑配置和VGS的设计。
尽管人们对室内VGS的兴趣日益增加，但目前仍缺乏长期的实际使用研究来综合评估它们在最近使用低排放材料翻新的公共建筑中对室内空气的化学和生物影响。关于设计参数（VGS表面积与房间体积的比例、通风策略和空间布局）如何调节这些影响的证据也有限。本研究探讨了以下研究问题：
在真实使用条件下，与无VGS的参考区域相比，室内VGS附近甲醛和选定VOC家族的浓度降低了多少？
在相同条件下，VGS的存在是否会导致空气中霉菌孢子浓度的增加？这些变化与湿度、通风和维护措施有何关系？
建筑特性（房间体积、通风策略、VGS表面积）如何影响这些化学效益和生物风险的程度和方向？
我们假设：(H1) 室内VGS与参考区域相比，甲醛浓度较低；(H2) 在通风不良或维护不当的配置中，VGS可能与空气中霉菌孢子浓度较高有关。
为了解决这些问题，本文通过一个案例研究来测量VGS在室内环境中的影响。该研究在卢森堡大公国的一座完全翻新的行政建筑中进行，所使用的墙壁、地板和家具材料均基于其低化学排放和环保特性进行选择。研究持续了46周，从工程完工并正式对员工和访客开放后不久就开始进行（此时VGS已经安装完毕）。根据预定的采样计划，测量了醛类、VOCs和霉菌孢子的浓度。本研究得到了卢森堡能源与空间规划部通过气候与能源基金的支持，由Neobuild工程公司（
https://neobuild.lu）、卢森堡能源与空间规划部（气候与能源部门）、列日大学“大气传感与监测”团队以及Cita-Verdi公司（
https://www.citaverdi.com/）共同完成。
建筑描述
该建筑包括一个地下室和四层楼（从-1到+4层，地面层为+1层），每层的装修材料不同。有两个楼梯间，第一个楼梯间连接+1层和+2层，位于主入口处；第二个楼梯间仅供工作人员使用，服务于每一层。
使用DNPH试剂盒检测醛类
在实验室分析的十五种醛类中，只有甲醛在VGS所在位置（M2和M3）与参考位置（B2和B3）之间存在差异（表5）。对于低于7 μg/m3的数值，不确定性为25%；对于高于14 μg/m3的数值，不确定性为10%。这些不确定性由经过认证的外部实验室根据其内部验证协议和ISO 16000-3标准提供。
Wilcoxon检验的结果显示，M2和M3之间的差异具有统计学意义
讨论
这些发现必须结合建筑的实际配置来解读。M1和B1都采样了同一个大楼梯间，因此基本上捕获了相同的空气体积，而M2和M3位于更封闭或更大的房间内，且通风策略不同。实际上，M和B之间的差异是由于VGS的存在、房间大小、空间连通性和通风情况的综合影响。
结论
本研究揭示了在人类活动频繁且采样条件特殊（员工流动、由于空间和建筑材料多样性难以确定参考位置等）的环境中测量室内空气质量时面临的若干方法学挑战。因此，应对结果持谨慎态度。此外，这些结果仅适用于使用泥炭基质的垂直绿化系统（VGS）。
在本文的准备过程中，作者使用了ChatGPT工具进行写作（语法校正和文本可读性提升）。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审核和编辑，并对发表文章的内容负全责。
资助
本研究得到了卢森堡能源与空间规划部通过气候与能源基金的支持[资助编号F0370500891650, 2021]
CRediT作者贡献声明
C. Falzone：撰写——初稿撰写、验证、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构建。J. Martin：撰写——审阅与编辑。AC. Romain：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理。
