张寅平：室内PM2.5及复合污染的控制问题研究和建议

清华大学建筑技术科学系教授、北京市室内空气质量重点实验室主任 张寅平

首先向大家介绍一下我们的研究背景：国际著名期刊《柳叶刀》曾经刊登过一篇关于中国室内空气污染造成疾病负担的文章。根据文章中的数据，大气污染或者说大气颗粒物（这里主要指的是PM10）每年造成120万人死亡，在疾病健康负担里占第四位。 

我们对2009年以前由于空气污染造成的死亡率做了一个统计，这是全国排在前十的疾病死亡率，从中可以看出来，十个中有七个是和空气污染相关的，随着时间的增长，数据增加得很快。

《柳叶刀》是怎么得出120万人的死亡和大气污染直接关联的呢？我们认为这样的数据欠科学，因为它跳过了室内环境，人在室内的时间大概超过90%，室内污染物PM2.5的浓度虽然比室外低（大概是室外的1/3到2/3），但是由于人在室内的时间非常长，所以人们真正吸入的PM2.5主要还是在室内吸入的。而且室内污染的成分比室外更复杂，PM2.5和室内的污染物比如半挥发性有机物、化合物可以形成复合污染。

我国通风基本上采用的还是发达国家的新风标准，而发达国家的新风标准是在室外空气比较干净的情况下制定的，发达国家的室内空气污染源也没那么强，而中国的情况恰恰不是如此。大气颗粒物的污染包括臭氧，其实是远远高于发达国家的，而且室内的VOC污染、SVOC污染源的强度也很高。在这种情况下，采用发达国家的新风标准，其实一定程度上是有问题的。比如欧洲的通风量如何界定，是根据人需要的新风量加上室内污染排放需要的新风量，两个取最大值，美国则是两个加权，中国室内外的空气污染都非常严重，因此中国的问题要进行特别研究。 

我国的空气质量问题可以概括成一个词，叫内忧外患，外部有PM2.5、臭氧等等，内部是前几年大家非常关心的VOC污染、甲醛污染。如何通风并且进行空气净化，这是一个大家现在特别关注的问题。为了应对这种“内忧外患”，现在比较通行的两种做法一种是采用机械通风加过滤器，一种是自然通风（开窗）加空气净化器，这是比较普遍采用的方法。我们常常遇到下面这三个问题：一不同空气净化方式的健康性、舒适度及能耗情况。二对于给定的净化方式，怎样优化运行？三对于给定的情况，例如教室或者家庭，用哪种净化方式更好？第三个是我们经常被问及的一个问题，因为现在当务之急的就是北京的中小学教室，教委经常问我们应该采用怎样的通风方式？

实际上空气污染涉及的健康问题非常复杂，成分不难测出来，健康危害也不难知道，但是这个人得了什么病，内暴露水平不太容易知道，但也不是特别难搞清楚，难的是搞清楚三者之间的关联关系。我们通过研究，认为有以下几方面要注意。

第一，对多成分的污染，有些成分不知道，因为浓度太低，仅用浓度是难以完全反应其健康风险的。第二，室内环境控制中原来温度、湿度、浓度往往是分开的，实际上我们认为要统一考虑，但是要有个优先级，健康排第一，舒适排第二，在这些满足的情况下再考虑其他的。第三，简单介绍一下我们研究上的两个新尝试。我们进行这些尝试有一个总的思路，就是要摆脱现在把节能、温湿度控制和污染物控制分开的做法，把这几点合起来看。光简单合起来还不行，还要统一考虑温度、湿度和污染物浓度的控制，要综合分析，按照健康舒适和节能的分级要求来综合控制。这其中牵扯到一些其他方面的学科，需要跨学科的合作。

对于怎么样评价体内发生了什么，如何造成疾病，要用生物标志物的方法，我们检测了室内污染物的各种成分，包括评价各种新风方式，一方面通过验血验尿，来了解人的污染物内暴露水平，有些人得病了，有些没得病，那么我们怎么来研究这个健康风险呢？采用的一个方法就是生物标志物，不同的生物标志物对应不同的疾病，采用这种方法以后就可以对比不同的控制方式或者不同的环境中，生物标志物浓度的水平差别，就代表了不同方式对健康风险的区别。

同时还要考虑舒适和能耗问题，反过来做室内空气控制模式的评价，这个方式其实不是我们提出来的，是做公共卫生的人提出来的，他们已经在奥运期间在中国做了一个很大的实验，是由六个大学的教授一起做的，监测北京奥运期间的空气质量，奥运之前和之后的空气污染都比较严重，但在控制期间，生物标志物反应的健康水平明显提高，文章发表在美国医学会刊上。

第一个实验我们和这六所大学的教授合作，得到了国家自然科学基金国际合作项目的资助，主要研究现在采用的新风的过滤方式对健康有怎样的影响。地点方面我们选择了长沙，因为长沙PM2.5的污染水平和北京差不多，更重要的一个原因是我们选择了远大城，远大的办公室和职工宿舍全部采用了集中空调系统，所以问题可以反映得更加集中，我们在北京要找这样一个建筑、这样一个单位很难找。长沙远大城办公室内采用的是中效过滤加静电除尘加高效过滤三级，经过三级处理之后，PM2.5的浓度显然比较低，但是它有一个问题，就是臭氧的浓度比较高，因为静电除尘会产生一部分臭氧。我们做了一个干预性实验，分成AB两组，A组只用中效过滤器，B组把其中的静电除尘拿掉，然后比较两组的数据。这两组的情况是臭氧含量都降低下来了，但是A组只用中效过滤器，少了高效过滤和静电除尘，所以PM2.5的浓度比B组高了一点。经过几个星期的干预之后，再回复原状，我们在每一个节点对被测者验血验尿，进行各种生理指标生物标志物的检查。

我们主要做室内环境污染物浓度的监测，室外环境污染的数据要从环保部的网站上看。我们发现用静电除尘产生臭氧会增大肺部的炎症概率，用另外一些生物标志物也反映了同样的问题，但是有时候适当的臭氧也会降低肺部的氧化力，这是有好处的。整体来说很复杂，有很多指标要综合分析。

第二个实验我们选了上海的第一人民医院，和本科生一起做，在人民医院里放了两个净化器，其中一个有真正的过滤，一个没有，这种做法是为了扣除心理的自我暗示的作用，看生物标志物的真正影响。就像以前心理学家做过的一个关于“药”的心理暗示的实验，医生说给病人吃药，病人就觉得好了，但这个“药”并不是真正的药，不含药效。现在各种数据还在分析中。

在已知环境中，知道大气污染物的浓度、温湿度和建筑的信息，也知道我们需要实现的目标就是各种污染物要达到国家标准。那么温湿度要达到舒适的标准，怎样做才能在能耗最小的情况下达成这一目标，这是一个反问题。何谓反问题？一般由因求果是正问题，由果索因是反问题，果就是环境里的温湿度、浓度，因是我们要控制什么参数。我们现在反过来求，根据上面的要求和目标，来求怎样通风、空气净化器怎样开关运行，这其实是一个反问题求极值，但这个极值不是一个值，是一个函数，一个泛函数，我们用数值变分来求解的问题。发现机械通风加过滤的能耗和自然通风加空气净化器相比，有时大于1有时小于1，跟所处环境的状况和各种外在条件相关，要具体问题具体分析。我们认为，不要在尚未获得可靠结论前盲目地大规模推广新风过滤系统。我们要实现的是可持续室内环境，也就是健康舒适和节能，要实现这个目标，暖通空调需要和相关学科嫁接并且互相学习互相合作。此外对待新挑战，我们还要不断探索新方法。

张寅平：

清华大学建筑技术科学系教授

北京市室内空气质量重点实验室主任

清华大学环境检测中心主任

中国室内环境与健康专业委员会的副委员长兼秘书长 张寅平

荣誉与奖励：

主持了国家自然科学基金重点课题2项、面上项目5项，科技部“十一五”、“十二五”科技支撑计划重大课题，国家863课题，国家973项目子课题、北京市重大研究课题子课题和多项国内外横向合作课题。

主要学术兼职或活动：中国环境学会室内环境与健康分会常务副理事长兼秘书长，中国环境科学学会常务理事，中国建筑物理学会理事,中国环境学会咨询工作委员会委员；国际室内空气科学院会士（Fellow,），国际室内空气学会空气净化科技委员会主席；Indoor and Built Environment（SCI源刊）副主编以及Indoor Air（SCI源刊），Building and Environment（SCI源刊）等5个国际学术期刊编委,科学通报(中、英文版) （SCI源刊）、太阳能学报、暖通空调、Environmental Health Perspective(中文版)、《建筑节能》等多个国内学术期刊编委；多次作为主席或副主席主办或协办国际室内空气领域学术会议，并多次担任国际室内空气领域重要学术大会(如Indoor Air和Healthy Building系列国际会议)的学术委员会或组织委员会委员。

曾获国家杰出青年基金(2007)、教育部自然科学一等奖(2010)、四川省科技进步一等奖（2011）、教育部自然科学二等奖(2005)、教育部优秀青年教师基金(2001)、教育部霍英东优秀青年教师奖(1993)；全国制冷空调行业“夏安世杰出教授奖”（2011），清华大学学术新人奖(2003)和中国科技大学跨世纪人才奖(1995)。