房屋節能改造對室內空氣質量的影響
本文譯自S. Pigg,D. Cautley, P. W. FranciscoImpacts of weatherization on indoor air quality: A field study of 514 homes;Volume28; Issue2March 2018; Pages307-317；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ina.12438
引言
住宅節能改造在美國很普遍，特別是針對政府和公用事業項目進行。這大多需要對住宅進行能源審計，以確定最適合該特定住宅的改造措施。一些常見的措施包括更換空調系統、絕緣和空氣密封[1]。因為密封導致空氣交換次數減少，人們對密封措施發生時潛在的對居民健康和安全的潛在影響提出了擔憂。2010年，美國能源部對WAP（Weatherization Assistance Program，房屋改造協助協會）的項目進行了廣泛的評估，這是近20年來首次進行的重大國家評估，包括超過30個獨立研究，涉及到一系列主題，涵蓋燃料類型、工藝、性能、多戶住宅、移動房屋和室內空氣質量節能。本文基於這項室內空氣質量研究的結果，對美國的500多個家庭室內空氣質量進行研究，室內空氣指標包括氡、甲醛、一氧化碳和水分。
其中，氡是一種無味的放射性氣體，是鈾的天然衰變產物。大多數家庭的氡氣來自天然岩石和土壤結構，當土壤氣體通過建築基礎的裂縫和孔洞滲入時，氡就會進入家庭。美國環境保護署（EPA）和世界衛生組織（WHO）都認為氡是吸煙後第二大造成肺癌的原因[2][3]。甲醛是一種常見的室內污染物。它由建築材料和傢具，特別是由複合木材製成的傢具，以及香煙和其他形式的燃燒產生。它既是一種刺激物，也是一種致癌物質。此外，暴露於相對較低水平的一氧化碳可引發嬰兒低出生體重、先天性缺陷、心血管疾病、充血性心力衰竭、中風、哮喘、肺結核、肺炎等癥狀。
主要結論
（1）房屋改造對家庭內氡氣含量的影響較弱，但不可忽略。這表明房屋改造不是唯一造成氡氣含量改變的因素，應將更多的因素考慮進來；
（2）房屋改造對家庭內甲醛的濃度有顯著影響，造成其濃度明顯上升；
（3）房屋改造對一氧化碳濃度無顯著影響，更換氣體爐灶和烤箱是導致一氧化碳濃度升高的最可能原因。
實驗方案
實驗地點及試驗方法
室內空氣質量研究對象為位於美國35個州的514個家庭。測量的室內空氣質量指標包括溫度，濕度，一氧化碳（CO），氡（Rn）和甲醛（HCHO）。在514個家庭中，325個家庭被隨機分配到「改造」組，這意味著他們接受了房屋改造服務——本文中及防寒房屋改造，其餘189個家庭被分配到「控制」組，他們被安排在採樣期之後才能接受房屋改造服務。
在每個抽樣的當地地理區域內安排7個或8個實驗家庭，通常包含5個改造組家庭和3個控制組家庭。同組內的房屋儘可能接近彼此，盡量減少由於距離造成天氣條件變化的可能性。所有家庭通常需要4天的時間進行儀錶安裝。取樣器（用於測量氡和甲醛）在家中放置約1周，然後對處理房屋實施房屋節能改造（通常在一個月內）。住房接受了房屋改造服務之後，現場技術人員返回同一組共8戶住宅並重複測試。
取樣器按照標準指導進行放置，例如遠離門窗，避免陽光直射，遠離高濕度區域，離地面至少20英寸，地面以上不超過6英尺。除了污染物濃度測量外，還在每個家庭進行了建築診斷。其中包括故事數量、房屋面積和體積、房屋基礎類型、牆壁類型、附屬車庫、地基上的機械通風設施等。所有這些診斷都是為了對污染物水平和變化進行解釋性因素分析。
該研究的主要目的是確定房屋節能改造是否對室內四個關鍵參數（氡，甲醛，濕度和一氧化碳）的水平產生影響。所採取的一般方法是分別計算房屋改造前後改造組和控制組之間參數的平均變化，然後從改造組組差異中減去控制組差異以獲得我們的估計效果。
實驗房屋參數
表1實驗房屋參數表
±值約為90％置信區間。
其中移動式房屋為住宅底部帶有滾輪，可以移動的住宅。獨立房屋（一體式、分體式）為不可移動的房屋。
數據分析
表2房屋改造前後氡氣含量變化
表2展示了共447個家庭在房屋改造前後氡氣含量的變化。其中，改造組家庭接受房屋改造，而控制組不接受房屋改造，只作為對照組。改造組家庭內氡氣含量隨溫度變化升高0.14±0.13pCi / L，控制組降低0.29±0.18 pCi / L。由於隨著測試時間的推移，室外溫度逐漸升高，因此控制組家庭內氡氣含量逐漸下降。（1）將實驗家庭按氡氣含量劃分時，1區和2區改造組家庭的氡氣含量在接受房屋改造後有所增加，然而3區的氡氣含量有所下降。（2）若將房屋按住房類型劃分，移動房屋在接受房屋改造後，平均氡氣含量有所下降，但獨立房屋的平均氡氣含量在接受房屋改造後有所上升。對照組中氡水平的降低似乎可以用房屋改造前後室外溫度的差異來解釋。由於一些地點在後期處理過程中遇到了較冷的天氣，而其他地方則經歷了溫暖的天氣，經歷較冷溫度的對照組地點通常表現出氡氣含量的增加，而天氣變暖的地點表現出氡氣含量的下降。
該結果表明，房屋改造會對氡氣含量變化造成較小的影響。這表明，房屋改造不是唯一可以造成氡氣含量變劃的因素，應考慮更多因素造成的綜合影響。例如改進的地表覆蓋層和通風系統，以便補償氡氣增加的可能性。
表3房屋改造前後甲醛濃度變化
結果表明了在封閉的條件下，房屋的第一層在接受房屋改造前後的試驗結果。
表3總結了119所住宅的房屋改造前後甲醛濃度的變化。雖然室內溫度和濕度會影響甲醛水平,然而房屋改造前後室內溫度相差小於0.3華氏度(0.2攝氏度)，相對濕度變化也很小，所以溫度和濕度的影響可以忽略不計。對於總體樣本，在改造組和控制組中甲醛濃度都有所增加，儘管前者多一些。然而，觀察到的凈差異在統計學上並不十分顯著。此外，從另一角度分析數據，移動房屋中的甲醛含量比獨立房屋中甲醛的含量增加的多，但是需要一個更大的樣本來確認這個結論是否可靠。
表4房屋改造前家庭內一氧化碳濃度分布統計表
表中所示家庭滿足以下任何一個條件:研究期間的平均值超過3ppm;高於20ppm的測量在5次及以上;任何一次測量濃度高於35ppm。
接受房屋改造前數據如表4所示，在整個研究期間，將近五分之三的家庭從未達到5 ppm或更高的水平，而近五分之四的家庭從未達到10 ppm的水平。大約十分之一的家庭發生偶發CO事件，達到20 ppm或更高（我們記錄的最高水平為90 ppm）
在建築改造前後，有9個家庭的平均一氧化碳水平超過了3 ppm。在這9個家庭中，有3個來自控制組。這3個家庭中有兩家沒有暖氣。在6個改造組家庭中，有2個家庭CO濃度中有較大的減少(18.8至0.0 ppm和7.7到0.3 ppm)。這可能是由於這些家庭更換了氣體爐灶和烤箱等傢具，這一類傢具可以產生濃度極高的一氧化碳，當通風不暢時，室內一氧化碳含量會升高。因此，CO持續升高可能與房屋改造服務無關。
濕度本質上不是污染物，但其升高可能有助於黴菌生長和疾病[4]。然而，總體而言， 44±5％的家庭的相對濕度低於30％，但只有6±4％的相對濕度超過50％。由於受溫度和室外濕度水平的影響，相對濕度不是評估家庭濕度變化的有用指標。因此，可將相對濕度測量結果轉換為露點溫度進行分析，但房間內露點溫度受室外溫度影響很大，無法單一控制這一變數。該項數據對於房屋改造前後濕度變化影響的探究貢獻不大。
討論
房屋改造對家庭內氡氣含量、甲醛含量有所影響，其中，對氡氣含量的影響很微弱，但是不可忽略。這表明房屋改造不是唯一造成氡氣含量改變的因素，應將更多的因素考慮進來；房屋改造後甲醛的濃度有所上升。此外，房屋改造對一氧化碳濃度無顯著影響，更換氣體爐灶和烤箱是導致一氧化碳濃度升高的最可能原因。由於房間內濕度受室外條件、溫度影響程度較大，所以無法單一考慮這一變數，本文未得出房屋改造服務對家庭內濕度的影響，這有待進一步探究。
參考文獻
1. Tonn B, Carroll D,Pigg S, et al.Weatherization Works – Summary of Findings from the Retrospective Evaluation of the U.S. Department of Energy』s Weatherization Assistance Program. ORNL/TM-2014/338. Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory; 2014.
2. U.S. Environmental Protection Agency.A Citizen』s Guide toRadon: The Guide to Protecting Yourself and Your Family from Radon.EPA-402/K-12/002. Washington, DC: U.S.Environmental Protection Agency; 2016.
3. World Health Organization.WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective. Geneva, Switzerland: World Health Organization; 2009.
4. Institute ofMedicine.Damp Indoor Spaces and Health. Washington, DC: National Academy Press; 2004.
文字：石昕平
排版：石昕平
指導老師：王飛飛
華中科技大學建築環境與能源應用工程系出品
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