室内环境问题概述

1. 室外空气质量

室内和室外空气质量的特征不尽相同。在外场条件下，空气质量与污染物的排放、传输、转化和沉降等过程密切相关。在室内更多地关注污染物排放后的扩散与室内空气质量之间的关联，由于缺乏太阳光和风的驱动，化学转化不如室外环境时的过程活跃和复杂。但室外仅仅是相对封闭的环境，室内和室外的环境质量具有十分密切的关系。

室外空气通过渗透、自然通风和人工通风等方式进入室内。在渗透过程中，室外空气经空气通道以及墙壁、屋顶和地板等的缝隙等进入室内。在自然通风过程中，空气通过敞开的门窗等进入室内。在这两个过程中，空气的流动是由室内外的温差或风力驱动的。为了加强空气流通，室内往往装备许多机械通风设备，这些设备将室内(如浴室、厨房等)的空气送到室外，从而增大室外空气向室内的补充。当渗透、自然通风和人工通风能力差时，室内的污染容易累积到较高的浓度水平。

当然，无论快慢，室内外空气总是在不断交换，因此室内空气的质量会受到室外空气质量的影响。机动车尾气、固定源的SO₂排放及转化后的颗粒物、扬沙浮尘等都会对室内空气质量产生影响。对某些污染物而言，室外空气是惟一来源。我们已经知道臭氧的生成是紫外线照射下光化学过程的产物，因此除非室内有复印机或静电除尘器等可能产生放电的电器设备，否则在通常情况下室内不会产生臭氧。但事实上测得室内的臭氧浓度一般都在5～15 μg·m^-3的浓度水平。大部分情况下这些室内空气中的臭氧都是来自室外。

2. 空气交换速率

建筑物的空气交换率是指单位时间内室内空气与室外空气的换气次数，用次·h^-1表示，也可简化为h^-1。计算方法如下：

空气交换率(h^-1)＝单位时间进入室内的空气体积(m³·h^-1)/室内空气总体积(m³)            (1-1)

空气交换率与建筑物的结构设计、使用方式及天气条件等有关。开放式设计的建筑室内外空气交换充分。在气压低的阴雨天气，室内外空气对流较弱。在夏季使用空调或冬季取暖期间，空气交换速率大大下降，约为1 h^-1，而对于密封节能的建筑物则只能达到0.5～0.1 h^-1。在这些室内外交换受限的情况下，室外大气对室内空气质量的影响较小，但由室内源产生的各种化学物质易蓄积达到较高浓度。

3. 室内材料

室内建筑材料、装饰材料和家具制品等既是室内空气的主要污染源，又能通过表面吸附和再释放改变污染物在室内空气中的时空分布，对室内空气质量造成显著影响。

室内材料可释放出多种有毒有害气体，例如，水泥、粘土、砖瓦和煤渣等建筑材料中都不同程度地含有痕量放射性元素，这些放射性元素可衰变产生氡气(Rn)，成为α辐射的来源。又如许多现代合成的高分子聚合物用做建筑和室内装饰材料，可连续不断地释放出甲醛，对人体健康造成极大危害。

对于排放速率相近的不同气态污染物，由于在室内材料表面的吸附程度不同，空气中的浓度会有很大差别。吸附较弱的污染物在空气中的浓度主要取决于排放速率，在排放过程中浓度较高，排放停止后浓度也很快下降。吸附较强的污染物在排放过程中空气浓度并不高，但在排放停止后会通过重新释放使空气中浓度升高。吸附作用的大小与气态污染物本身的性质和材料的性质及数量有关。

4. 室内活动

人在建筑物内进行的活动是影响室内空气质量的另一项重要因素。一是为烹调或取暖的燃烧过程，会释放出多种无机气体、挥发性有机物以及颗粒物质。燃烧产物与燃料组成、燃氧比及其他燃烧条件有关。燃料的类型多种多样，我国城市家用燃料主要是煤炭，包括原煤和型煤，约占燃料总量的50%～80%。其次是煤气和液化气，约占20%～50%。在农村地区，燃料仍以煤和生物性燃料，如木柴、畜粪和庄稼秸秆等为主，这和发达国家的燃料结构有显著的不同，后者使用的几乎都是商品性燃料，尤以电和天然气为主。因此，由燃料燃烧带来的室内污染问题在我国显得更加突出。

不同地区的煤质地差别很大，燃烧产物也不尽相同。一般来说，煤除了富含基本的组成元素碳和氢外，还常含有少量的硫、氮、氟、砷、铁、钙、镍等元素。这样在燃烧过程中除生成主要产物二氧化碳外，还会同时释放二氧化硫、氮氧化物、氟化物等气体和不同量的煤烟，燃烧不完全时，还会产生一定量的一氧化碳。生物性燃料常因含有复杂的有机化合物，燃烧效率低时可产生甲醛、乙醛和有机酸等刺激性很强的气体，同时还产生大量的以碳粒、杂酚油、焦油等为主的悬浮颗粒物质。焦油中所含的多种多环芳烃都属于致癌物质。

燃烧产物排放到室内的程度还取决于燃具的设计。高效能的燃气炉将氧气吸入，将废气直接排到室外，可有效减少室内空气污染，而敞开式的燃具则把大量的气体和颗粒物直接排到室内，若室内通风状况不好，则空气质量急剧恶化。

另一个燃烧过程是吸烟，吸烟的产物是多种挥发性有机物和颗粒物的混合物，典型的组分有尼古丁、3-乙烯基吡啶、1,3-丁二烯、苯、苯酚、甲酚、萘、甲基萘和丙烯醛等，在密闭场所吸烟造成的影响尤其严重。此外，所有的清洁活动，包括机械清扫导致的扬尘和使用挥发性清洁剂等，都会改变室内空气的组成。

5. 污染物的性质

对于化学性质较稳定的化合物，其在室内外浓度的稳态方程可用下式表示：

R_i=k_ec_i - k_ec_o                         (1-2)

式中R_i为该化合物在室内的净产生速率(浓度·次^-1)；c_i和c_o是化合物的室内和室外浓度；k_e是大气交换的一级速率常数，定义为空气交换速率，单位： 次^-1。在稳态下，室内浓度为

c_i＝c_o＋R_i/k_e                      (1-3)

在室外贡献可忽略的情况下，c_i＝R_i/k_e；而若室内不产生该化合物，则c_i＝c_o。

但对有些化合物，在从室外进入室内时可能会通过反应转化为其他物质。以大气中重要的气溶胶物种硝酸铵(NH₄NO₃)为例，近年来的实时测定发现，室内硝酸铵浓度明显低于室外，比考虑了穿透和沉降造成的损失后还要低很多。这种额外的损失可归因于硝酸铵在室内转化成了氨和硝酸气体，然后通过沉降和吸附到室内表面除去。反应如下：

        (1-4)

        (1-5)

采用考虑了硝酸铵蒸发动力学的质量平衡模式，可以解释室内测得的硝酸铵和硝酸浓度，结果表明室内硝酸铵的暴露并不严重。 因此在某些情况下，采用室外测得的总粒子质量评价暴露水平可能会与实际情况存在较大差别。

建筑物可看做是嵌在室外大气环境中具有不同表面体积比、温度和停留时间的小化学反应箱，与外界相互作用并受到外界影响。 若化合物在室内的反应时间极长，则并不特别重要。 相变化可能影响浓度，在建筑物内的表面蒸气吸附或反应对半挥发性组分在蒸气和粒子相之间的分配十分重要。 例如反应(1-4)和(1-5)的平衡常数与环境温度和相对湿度密切相关。 而且温度和湿度还会影响NH₄NO₃粒子的物理状态，在相对湿度大约60％时，该粒子在常温下就会溶解。

1. 放射性污染

主要包括由建筑用地质材料释放出的氡气及其衰变子体，以及大理石、洁具和地板等释放的γ射线等。

2. 化学污染

包括从建筑材料、装饰材料、家具制品、家用洗涤与化妆等化学品和燃烧过程释放出的各种有机和无机污染物。典型的无机污染物有氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物、臭氧和氨等；典型的有机污染物包括甲醛、苯和甲苯等挥发性有机污染物。此外还有组成十分复杂的颗粒物污染物，如石棉、多环芳烃等。

3. 物理污染

包括家用电器和现代办公用品产生的电磁辐射，以及噪声、灯光、温度和湿度过高或过低等引起的相关问题。

当室内环境温度高于体表温度时，人的体温调节系统处于高负荷状态，人体通过排汗、蒸发散热来调节体温，大量出汗会使体内水分、盐分快速流失，新陈代谢失调，引起循环、消化、泌尿和神经系统功能变化而诱发中暑和皮肤病等热病，可导致心脑血管、糖尿病的发病率和死亡率上升。另一方面，当气温过低时，人体皮肤血管收缩，体内热量减少，内脏负担加重，血流量增加，可导致心率加速、呼吸急促，并引发哮喘和循环系统疾病等。

4. 生物污染

包括人体新陈代谢排出的各种气体、病菌携带者在咳嗽、打喷嚏时喷出的病毒、细菌等。此外，在通风差、湿度大的角落里会产生真菌等微生物，某些室内花卉产生的花粉有时也成为威胁健康的隐患。