二氧化碳浓度的监测
教室采暖期内空气中的温度、湿度、二氧化碳浓度等进行了现场测试和调查，选出具有代表性的样本，并对所采集样本进行了计算与分析，得出了影响其空气品质的主要原因是二氧化碳浓度的超标，换气次数的不足以及教室人数的超员，并提出解决办法。本文的重点在于实验和样本分析的过程及方法，用数据说明该如何改善教室的空气品质，并指出改善后达到的较理想状态，从而为提供良好的学习环境，*终达到良好的教学效果。
1 前言
中小学生教室室内空气品质（IAQ）一直备受关注，为此，国家颁布了《中小学校教室换气卫生标准》（GB/T 17226-1998），大学生教室室内空气品质同样重要，大学生在校生活的很多时间是在教室内度过，但目前尚没有针对大学生教室的卫生标准。因此，本文以下所做分析均以GB/T 17226-1998及《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002为依据。引起室内空气品质恶化的原因主要有两类：一类是空气中的污染物；另一类是空气的温、湿度，换气次数。为了解大学教室中在上课期间的空气品质，笔者对某大学的教室进行了空气中二氧化碳浓度
浓度的实地测试。被测教室位于某教学楼五层（顶层），此教室的物理模型
另外，该教室附近无明显污染源；近三年之内没有进行过室内装修及桌椅的更换；教室座位数为129座；五扇普通单层玻璃钢窗，对开式，尺寸为234cm×170cm，窗缝总长度64.5m；两个普通木门，对开式，尺寸为238cm×120cm。
2 二氧化碳的读到监测测试仪器及测试系统
研究资料表明室内的污染物有上百种，有的浓度很低，不会影响人类的工作和学习，就此教室而言，主要检测其中的二氧化碳浓度。所用设备为EC9820型二氧化碳在线分析仪，如图2所示。
SenseAIR产的K30二氧化碳传感器模块，采用非分散红外相关（GFC）光学测量技术，可**、稳定地测量二氧化碳浓度，使CO和H2O的干扰降到*小。为保证测试数据的准确性，在测试前，仪器稳定工作后，分别使用NO气体和浓度为2890ppm的CO2标准气对仪器进行了标定。
仪器主要技术参数见表1。
表1 技术参数表
| 量程显示 | 自动量程0—5000ppm，分辨率0.1ppm |
| 模拟输出 | 从0 - 100ppm，至0 - 3000ppm 0—满量程；给出0%，5%，及10%的补偿。为用户确定的2个满量程值之间自动量程 |
| 噪声（在零点时） | 0.1%浓度读数 |
| *低检测限 | 2ppm或0.2% |
| 零 漂 | 固定温度时取决于时间，24小时：≤10ppm 30天：≤10ppm |
| 温度变化 | 每度0.2% |
| 标 漂 | 温度变化每度0.2%，24小时：0.5%浓度读数 30 天：0.5%浓度读数 |
| 滞后时间 | < 20秒 |
| 上升/下降时间 | 95%*终读数 < 60秒（1slpm），使用卡尔曼活性过滤器 |
| 精 度 | 3000ppm量程时 10ppm或1%浓度读数 |
| 采样流速 | 1slpm – 零气流向零气口需加大到2slpm |
| 零 气 | 供给仪器的零气（无CO2）流速10—15psi，0.5slpm |
| 样气压力 | 压力变化5%， <1%读数变化 |
| 使用温度 | 5 - 40℃ |
| 相对湿度 | 10 - 80%，无冷凝 |
| 干扰频率 | H2O及CO几乎无干扰 |
根据《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002中的规定：采点的数量根据检测室内面积大小和现场的情况而定，以期能正确反应室内污染物的水平。原则上小于50m2的房间应设1~3个点；50~100 m2的房间设3~5个点；100m2以上的至少设5个点。被测教室面积大于100 m2，因此选择五个采集点，在房间对角线上均匀布置。采点避开通风口，离墙壁距离应大于0.5m。采点的高度原则上与人的呼吸带高度相一致。教室内部的管路布置如下，如图3所示。采样点距地面的相对高度为1.5m。
图3 教室内部的管路布置图
管路共装有5个针型阀，用以调节5个测点的流量，使各测点流量达到一致。测试系统如图4所示。
图4 管路示意图
运用连续测量方式，每天的测量时间是：7:30-12:00，每隔5分钟记录一次数据。为进行温、湿度的测试，在教室中安装了温湿度自记仪。
3 二氧化碳浓度监测的测试数据。
因为教室三年之内无装修工程，墙面、桌椅等均较旧，所以甲醛等一系列由装修导致
的化学污染物可忽略不计。教室安排的上课时间见表2。
表2 作息时间表
|
| **节 | **节 | 第三节 | 第四节 |
| 时间 | 8：00-8：40 | 8：45-9：35 | 9：55-10：40 | 10：45-11：30 |
3.1 二氧化碳浓度的监测
测试过程中，室外的二氧化碳浓度平均值为726ppm。
下面列举四种状态的数据：教室满座率分别为：0.18，0.5， 0.91时的数据(图4)，以及一组较理想的数据(图5)。超出3000ppm的数据无法保证其正确性。由于测试时间位于采暖季，因此，测试时教室门窗均处于关闭状态。课间休息时，教室门全部开启，但窗户仍处于关闭状态。
数据1：满座率为0.18；室外风速：微风。
数据2：满座率为0.5；室外风速：微风。
数据3：满座率为0.91；室外风速：5-6级。
在此基础上，又进行了数据4的实测：
数据4：满座率为0.88，室外风速：3-4级，课间保持前后门开启，课上只开后门。
图5 数据1，2，3二氧化碳浓度的监测图
图6 数据4二氧化碳浓度图
3.2 教室中温湿度测试数据见表3和图7：
表3 温湿度数据表
| 温度*大值 | 23.9℃ | 湿度*大值 | 37% |
| 温度*小值 | 19.8℃ | 湿度*小值 | 17% |
| 温度平均值 | 21.0℃ | 湿度平均值 | 24% |
图7 温湿度样本图
《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002中规定：冬季采暖期室内温度标准值为16℃~24℃；湿度标准值为30%~60%，由此可知，上述实验数据均在《室内空气品质标准》的控制范围之内，毋需改善。
4 二氧化碳浓度的监测数据分析
根据《室内空气品质标准》GB/T 18883-2002，室内二氧化碳的允许浓度为0.10%，即1000PPM；根据《中小学教室换气卫生标准》GB/T 17226-1998教室内空气中二氧化碳*高容许浓度为0.15％，即1500ppm。根据以上测试数据及相关标准可以看出：
4.1 室外环境的影响。
数据1、2、3分别在9:00、7:50、7:55之后二氧化碳浓度超标，但满座率*高的数据3却不是*早超标的，其原因在于测量数据3时，室外恰为风沙天气，室外大风引起窗缝渗透作用加强，从而导致该数据超标时间延迟。由此可见：室内二氧化碳的浓度不仅跟室内人员密度、门窗的开启程度有关，而且与室外的天气状况也有很大关系，室外风速为其中*主要的影响因素。
4.2 课间。
小课间时间为：8:40~8:45；10:40~10:45，大课间时间为：9:35~9:55。
数据2、3中，小课间的浓度平均下降速度分别为：27.8ppm/min、340.3ppm/min，大课间的浓度平均下降速度分别为：22.4ppm/min、175.9ppm/min。由此可知，无论小课间还是大课间，数据3中二氧化碳浓度的平均下降速度均比数据2快得多，究其原因，是由于数据3室外有大风。因此，室外风速是影响室内二氧化碳浓度下降速度的主要因素。
4.3 课后（11:30以后）。
因为室外二氧化碳浓度监测较高，所以教室内二氧化碳浓度下降很慢，对于数据1，因下课后关闭门窗，故到12:00浓度未下降到标准以下；对于数据2、3，下课后开启前后门，数据2下降到标准以下的时间是11:40；而对于数据3，虽然当天室外风速较高，12:00时仍没有回落到标准以下，这是由于人员过多，导致二氧化碳浓度过高的缘故。
4.4 换气次数的计算。
利用气体衰减法的换气次数公式（《中小学教室换气卫生标准》GB/T 17226-1998）如下：
(1)
式中：E——每小时换气次数；
K1——试验开始室内空气二氧化碳浓度；
K2——试验终了室内空气二氧化碳浓度；
K0——室外空气二氧化碳浓度。
此公式的适用条件是：一般在无风(室外风速0.5m/s以下)天气进行。在课业结束时师生全部退出后，利用教室中蓄积的二氧化碳气或人工放出二氧化碳，按一定时间(15min、30min、45min)测定开放气窗(或关闭气窗)前后室内空气中二氧化碳的浓度，计算出教室换气次数。
因此，选择数据1和数据2进行换气次数的计算，选择数据1（关闭前后门）、数据2（开启前后门）中11:30~12:00时段，可得二者的换气次数分别为：0.62；3.45。根据《中小学教室换气卫生标准》GB/T 17226-1998之规定：中学教室换气次数不得低于4次。所以开启前后门时，其换气次数与《中小学教室换气卫生标准》的规定很接近，因此可有如下结论：未安装或无条件安装通风系统的教室，若保持前后门开启，则可基本满足换气要求。
4.5 满座率。
从前三组数据整体来看，满座率越高的状态二氧化碳浓度也越高，升高较快，下降较慢。因此人员满座率也是影响二氧化碳浓度的重要因素。
