正压通风系统对住宅室内空气质量的影响：细颗粒物PM2.5的实地研究

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Positive Pressure Ventilation Systems and Indoor Air Quality: PM 2.5 Outcomes in Residential Buildings

在冬季室内活动增加、自然通风受限的背景下，室内细颗粒物PM2.5污染成为健康威胁。为探究机械通风的干预效果，研究人员在冬季对新西兰24户家庭进行了正压通风系统安装前后的对照研究。结果表明，安装后室内平均PM2.5浓度显著降低（38%-62%），室内外浓度比普遍降至1.0以下，有效控制了室内污染源。本研究为改善冬季住宅空气质量和降低居民健康风险提供了重要的实证依据。

　　

想象一下，在寒冷的冬日，我们大部分时间都紧闭门窗待在室内，以保存温暖。然而，这种“舒适”的代价可能是糟糕的室内空气质量。细颗粒物PM_2.5，这些直径小于2.5微米、可以深入肺部甚至进入血液的微小颗粒，在室内环境中可能大量存在，尤其当烹饪、取暖等活动产生污染物，而自然通风又因寒冷天气而大幅减少时。研究表明，冬季高入住率和通风不足使得室内PM_2.5成为呼吸系统与心血管疾病的重要风险因素。但问题在于，现有的研究大多关注短时监测或长期平均值，缺乏在真实、持续有人居住条件下，评估有效通风解决方案的实地证据。特别是在像新西兰这样室外空气相对清洁的地区，室内污染源的控制机制和通风系统的实际效能，更是知之甚少。为此，研究人员开展了一项聚焦冬季住宅环境的研究，旨在评估一种特定的机械通风系统——正压通风系统对改善室内空气质量的真实效果。

为回答上述问题，研究者采用了一项严谨的实地干预研究设计。他们于2021、2023和2024年的冬季，在新西兰的奥克兰、汉密尔顿和达尼丁三个城市，选取了24户无吸烟、无宠物的家庭。研究采用了安装前后自身对照设计，在每家住宅的客厅和主卧，持续监测PM_2.5浓度、温度和相对湿度，监测期各为六周。之后，为每户家庭安装一套商业化的正压通风系统，该系统从屋顶空腔抽取空气，经过高效过滤后送入室内，形成微正压。安装完成后，再进行六周的监测。户外也设置了监测点以评估室外浓度的影响。研究使用了Airly PM、uRAD和EdiGreen等多种经过校准的低成本传感器进行连续测量，并采用线性混合效应回归等高级统计模型对数据进行分析，以量化PPV系统的效果，并控制室外浓度、房屋特征等混杂因素。

室内颗粒物

安装前后对比

在所有研究的家庭中，安装正压通风系统后，室内PM_2.5平均浓度均出现下降。整体来看，客厅的平均浓度从安装前的6.3 μg/m³降至安装后的2.9 μg/m³，平均降幅达52%。分地区统计的降幅在38%到62%之间，其中在2021年受新冠封锁影响、入住率可能更高的奥克兰和汉密尔顿地区，降幅更为显著。统计检验和混合效应模型均强有力地支持了这一降低趋势。值得一提的是，安装后所有家庭的24小时平均PM_2.5浓度均未超过世界卫生组织的指导限值。

室内空间变异性

室内不同房间的PM_2.5浓度存在差异。总体上，客厅的浓度高于主卧室，这可能是由于客厅的烹饪、人员活动更多。安装正压通风系统后，客厅和卧室的PM_2.5浓度均显著降低，且多数家庭卧室的降幅略大于客厅，表明系统在整个住宅空间内均有效。

昼夜变化

对PM_2.5浓度的日变化分析显示，早晚高峰（通常对应烹饪、取暖等活动时段）的浓度明显更高。安装正压通风系统后，不仅整体浓度曲线下移，而且在大多数情况下，高峰时段的浓度降幅比非高峰时段更为明显。这表明PPV系统在污染物产生最活跃的时段，能更有效地控制浓度峰值。

空气质量指数

研究人员进一步将测得的PM_2.5浓度与美国环保署的空气质量指数进行比对。安装前，相当一部分读数处于“中等”甚至“不健康”等级。安装后，属于“良好”等级的读数比例大幅增加（部分地区增幅达50%），而“不健康”及更严重的等级几乎完全消失。这直观地表明，正压通风系统能将室内空气质量提升到对健康风险更低的水平。

室外贡献

通过计算室内外浓度比发现，安装前，半数家庭的室内浓度高于室外，表明室内污染源占主导地位。安装后，大多数家庭的室内浓度降至低于室外水平，室内外浓度比显著下降。这说明PPV系统有效地减少了室内产生的PM_2.5，而不仅仅是稀释了室外渗入的污染物。

温度与相对湿度

安装PPV系统对室内热舒适参数的影响相对温和。室内相对湿度普遍有小幅下降（1%-4%），而温度变化则有升有降，幅度在-1.1°C到+1.0°C之间，这可能更多地受到居住者偏好和当地气候的影响，系统本身并未主导热环境。

温差效应

一个有趣的发现是，室内外温差与PM_2.5的降低效果存在关联。分析表明，室内外温差越大（即室内比室外温暖得多）的家庭，安装PPV系统后PM_2.5的降幅往往也越大。这暗示着建筑围护结构性能更好、热分离更明显的房屋，其正压通风系统的运行效果可能更佳。相反，在达尼丁一些较老、可能存在漏风的房屋中，温差较小，观察到的PM_2.5平均降幅也相对较低。

本研究通过冬季实地监测，提供了正压通风系统能有效降低住宅室内PM_2.5浓度的强有力证据。平均38%至62%的降幅，以及室内外浓度比的普遍下降，证实了该系统在控制室内污染源、改善空气质量方面的作用。研究特别指出，PPV系统在初始浓度较高、室内人员活动频繁的时段和家庭中效果更为显著。此外，室内外温差作为一个间接指标，可能与建筑气密性相关，并影响着PPV系统的最终效能。这些发现强调了在追求健康室内环境时，需要综合考虑通风、建筑围护结构性能和居住者行为的多重作用。这项研究不仅为在低室外污染背景下改善住宅冬季空气质量提供了实践依据，也为未来的建筑设计、通风系统优化和公共卫生干预指出了方向。当然，研究也存在一些局限，如样本量有限、未详细监测居住者行为、缺乏全年数据等，这为后续更深入、更全面的研究留下了空间。总体而言，这项发表于《BUILDING AND ENVIRONMENT》的工作，为理解和验证机械通风在真实居住环境中的健康效益迈出了坚实的一步。