广东省梅州市平远县环境保护监测站
摘要：随着机动车保有量急剧增加，各种污染物居高不下以及城市环境的逐渐恶化，国内外学者开始关注空气负离子与城市环境的关系。居住区的空气质量关乎到人们的身心健康，在人们日益关注自身健康的生活环境背景下，对居住区的空气负离子浓度的评价具有非常重要的现实意义。以下就居住区的建筑布局来对空气负离子浓度的分布情况进行研究。
关键词：居住区；空气负离子；空气质量评价
前言
空气负离子具有清洁空气及调节机能平衡的功效，其利用带电功能将空气中悬浮污染物、细菌、微生物等进行吸附，从而使空气更加清洁。由此可以看出，空气负离子浓度越高，其空气质量清洁度会越高。
一、研究对象和方法
（一）研究对象
本次研究以某城市居住区为例，其风速在 1.6~3.3 m/s 之间，东南风偏多。
（二）测点设置
本次测点一共设置12个样点进行实地观测。除了1.2.3等三个测点为行列式规整布局，其余测点应用自由式布局设置。见图1：
图1 实测居住区样点分布图
（三）观测时间
实测选择在2013年8月一2014年1月进行，每季选择气象稳定和天气晴朗的天数各4d，取其有效均值作为相应季度的空气离子含量。每天8:00—17:30对各观测样点间隔半个小时进行测定，各样点测定时间在一天内尽量分布均匀。
（四）空气质量的评价标准
国内外专家学者提出了多种负离子的评价方法，目前单极系数和安培空气质量评价指数这两个评价指标在国内外应用最广泛。
（1）单极系数(q)
大气分子中正负离子浓度是不均匀的，这种特征称为大气的单极性，常常用单极系数来表示，即空气中正离子与负离子的比值，即。单极系数越小，对人体越有利。当q值小于1时，且负离子超过1 000/cm3，对人体健康最为有益。
由于空气清洁度不仅与 q 值相关，同时还与负离子浓度的绝对值有关。因此，单极系数不能真实全面地反映空气清洁情况。
（2）安培空气质量评价指数（CI）
安培空气质量评价指数由日本学者安培提出，通过对城市居民生活区空气离子的研究，反映了居住区空气中离子浓度接近自然界空气离子化水平的程度，即。其中 1000 表示满足人体生物学效应最低需求的空气负离子浓度，单位为 n/cm3，其中 n 代表负离子个数，q 为单极系数。由于考虑了正负离子的构成比，因此空气质量评价指数较为全面和客观。评价标准见表 1所示。
二、结果分析
（一）居住区环境的空气负离子随时间变化的序列分析
时间序列指的是描述现象指标随时间变化的直观图形，利用它观察现象演变的状况。各实测样点由于所处的区位环境特征不同，其环境的空气负离子浓度也不尽相同。根据不同季节，对实测期间空气负离子浓度随时间变化的趋势进行统计分析。为了保证分析数据的精确，首先建立数据库对各实测样点的空气负离子、风速、温度和相对湿度数据进行统一，再进行筛选最终得到的有效数据取平均值，最终结果见图2至图 4 所示。
图2 夏季住区室外环境空气负离子浓度变化时间序列图
（1）夏季数据
由图2可以看出，夏季上午9:00─9:30和下午 14:30─15:30 区间的空气负离子浓度相对前后时间段较高，上午高峰释放负离子平均浓度为528/cm3，最高值为 1034/cm3；下午高峰释放负离子平均浓度约476/cm3，最高值为 946/cm3。上午10:30 和下午 16:30 左右负离子浓度相对前后时间段较低，平均浓度为 215/cm3和 261/cm3。
（2）冬季数据
由图3可以看出，冬季上午9:00─10:00 和下午14:30─15:30 区间的空气负离子浓度相对前后时间段较高，上午高峰释放负离子平均浓度为385/cm3，最高值为 620/cm3，下午高峰释放负离子平均浓度为 401/cm3，最高值为 622/cm3。上午8:00 和下午 14:00 左右负离子浓度相对前后时间段较低，平均浓度为 214/cm3和 253/cm3。
图3 冬季住区室外环境空气负离子浓度变化时间序列图
（3）过渡季节（秋季）数据
由图4可以看出，秋季上午9:00─10:00 和下午 14:00─15:30区间的空气负离子浓度相对前后时间段较高，上午高峰释放负离子平均浓度为329/cm3，最高值为 364/cm3；下午高峰释放负离子平均浓度为 405/cm3，最高值为 565/cm3。上午10:30 和下午 16:00 左右负离子浓度相对前后时间段较低，平均浓度为 266/cm3和 282/cm3。
图4 秋季住区室外环境空气负离子浓度变化时间序列图
（4）结果分析
由图2至图4可以看出，空气负离子浓度随季节变化较为明显，夏季最高，秋季次之，冬季最低。夏季负离子浓度随时间变化大，实测期间最高值与最低值平均浓度差异为313/cm3，其中一天之中最高值与最低值达 874/cm3。秋季负离子浓度随时间变化较大，最高值与最低值平均浓度差异为258/cm3，其中一天之中最高值与最低值达746/cm3。冬季负离子浓度随时间变化不大，最高值与最低值平均浓度差异为186/cm3，其中一天之中最高值与最低值达522/cm3。总体看来，上午9:00─10:00和下午14:30─15:30区间空气负离子浓度最高，上午 10:30和下午 16:00─16:30 区间空气负离子浓度相对较低。
在同一季节，空气负离子浓度随时间变化差异很大，因此进一步对空气负离子主要环境影响因子进行分析。
①夏季数据分析
由图 5 可以看出，上午 9:00─9:30 和下午15:00─15:30 区间风速相对较高，而这一时间段的负离子浓度也偏高，上午11:00 和下午 16:00 前后时间段风速相对较低，相应的负离子浓度也偏低，两者呈现出较明显的相关性。上午 9:00─10:00 和下午15:30─16:30 区间温度相对较高，在此区间段的空气负离子浓度较高，而上午8:00─8:30和下午 17:00─17:30 区间温度相对较低，与负离子没有明显关系，因此两者有一定的相关性，但总体趋势关系不明确。上午 8:00─8:30 和下午 17:00─17:30 区间相对湿度相对较大，与负离子没有明显关系，上午 9:00─9:30 和下午 14:30─15:00 区间相对湿度相对较低，在此区间段的空气负离子浓度较高，因此两者有一定的相关性，但总体趋势关系不明确。
图5 夏季住区室外环境风速、温度和相对湿度变化时间序列图
②冬季数据分析
由图6可以看出，上午9:30和下午14:30─15:30区间风速相对较高，而这一时间段的负离子浓度也是高峰值，上午8:00和下午14:00时间段风速相对较低，这一时间段的负离子浓度也偏低，因此两者的相关性较为明确。上午10:30─11:30和下午14:00─15:00区间温度相对较高，与负离子关系不明显，而上午8:30─9:00和下午17:00─17:30区间温度相对较低，与负离子关系不明显，因此两者关系不明确。上午9:30─9:30和下午15:30─16:30区间相对湿度相对较大，在此区间段负离子浓度较高，上午10:00─10:30和下午14:00─15:00区间相对湿度较低，与负离子关系不明显，因此两者有一定的相关性，但总体趋势关系不明确。
图6 冬季住区室外环境风速、温度和相对湿度变化时间序列图
③过渡季节（秋季）数据
由图 7 可以看出，上午 9:30 和下午 14:30─15:30 区间风速相对较高，而这一时间段的负离子浓度也偏高，上午 11:00─11:30 和下午 17:00─17:30 前后时间段风速相对较低，与负离子浓度变化关系不明显，因此两者有一定的相关性。上午10:30─11:00 和下午 14:30─15:00 区间温度相对较高，在此区间段的下午空气负离子浓度较高，而上午 8:00─8:30 和下午 17:00─17:30 区间温度相对较低，与负离子没有明确关系，因此两者关系不明确。上午 8:00─8:30 和下午 17:00─17:30区间相对湿度较大，与负离子没有明显关系，上午 10:00─10:30 和下午 15:30 区间相对湿度较低，在此区间段的空气负离子浓度较高，因此两者有一定的相关性，但总体趋势关系不明确。
图7 秋季住区室外环境风速、温度和相对湿度变化时间序列图
综上所述，空气负离子浓度主要受风速、温度和相对湿度等环境因子的影响，高峰时期负离子浓度平均值大，相应的时间点风速也大，负离子浓度小的时间段风速也较小。而温度和相对湿度与负离子的关系有时呈现出相关关系，有时关系不明显。当然也受到其他随机因素的影响，例如在夏季气温随时间变化越来越高，相对湿度越来越小的影响，人类户外活动减少等随机因素的影响，但是这些影响不是非常关键的。
(二)居住区环境的空气负离子随空间变动的序列分析
空间序列图指的是描述现象指标随空间变化的直观图形，利用它观察现象演变的状况。城市居住区室外环境的空气负离子浓度受到环境因子的影响较大，为了进一步分析这些影响因素对负离子浓度的影响，应保证分析数据的精确，首先建立数据库对各实测样点的空气负离子、风速、温度和相对湿度数据进行统一，再进行筛选最终得到的有效数据取平均值，最终结果见图8至图10 所示。
（1）夏季数据分析
由图8可以看出，负离子浓度在夏季变化较为明显，平均浓度最高值与最低值相差较大，其中样点9的负离子平均浓度最高，夏季上午平均浓度为 697/cm3，下午平均浓度为 596/cm3；样点10 则次之，夏季上午平均浓度为 539/cm3，下午平均浓度为 462/cm3。
图9 冬季住区室外环境各样点空气负离子浓度分布图
（2）冬季数据分析
由图9可以得知，负离子浓度在冬季变化比夏季平缓，但比秋季明显，整体变化趋势较为平缓。冬季上午样点3的负离子浓度最高，平均为浓度为 392/cm3，样点 4 则次之，冬季上午平均浓度为 332/cm3，样点 5 的负离子浓度最低，平均浓度为210/cm3。冬季下午样点9的负离子浓度最高，平均浓度为 511/cm3，样点 6 和样点 12 的空气负离子浓度最低，平均浓度为283/cm3。
（3）过渡季节（秋季）数据分析
由图 10 可以看出，负离子浓度在秋季变化没有夏季明显，整体变化趋势较为平缓。秋季上午样点6的负离子浓度最高，平均浓度为 475/cm3，样点 4 则次之，秋季上午平均浓度为 377/cm3，样点 2 的负离子浓度最低，平均浓度为 167/cm3。秋季下午样点 12 的负离子浓度最高，平均浓度为686/cm3，样点 1 则次之，平均浓度为 517/cm3，样点 7 的负离子浓度最低，平均浓度为 267/cm3。
图 10 秋季住区室外环境各样点空气负离子浓度分布图
（4）结果分析
综上所述，住区夏季空气负离子浓度的空间分布从大到小的排序依次为：样点 9＞样点 10＞样点 1＞样点 2＞样点 6＞样点 7＞样点 12＞样点3＞样点 11＞样点 4＞样点 8＞样点 5，住区秋季空气负离子浓度的空间分布从大到小的依次排序为：样点 4＞样点 1＞样点 5＞样点 12＞样点 3＞样点9＞样点10＞样点8＞样点6＞样点11＞样点7＞样点 2，住区冬季空气负离子浓度的空间分布从大到小的排序依次为：样点 4＞样点 9＞样点 7＞样点8＞样点10＞样点1＞样点2＞样点11＞样点 6＞样点 5＞样点 12＞样点 3，见图 11 所示。
图 11 夏秋冬季住区室外环境风速、温度和相对湿度变化时间序列图
样点 1 位于联排别墅与多层建筑之间，虽处于背风区域，但布局较为自由灵活且周围具有较明显的开敞空间，能够保证气流的通畅，有利于空气负离子浓度的产生，另外周围高大乔木较多，对环境的空气负离子浓度也产生了影响。
样点 2 和样点 3 位于多层住宅之间，行列式规整布局，而且西侧有建筑围合，不能保证气流的通畅并伴随着气流的衰减，同时南向的多层行列式建筑也相应地阻挡了南向气流的流动。同时植被配置简单，以灌草为主，其产生的空气负离子浓度不如乔灌草复层结构，因此总体上环境空气负离子浓度低。
样点 4 位于独栋别墅南侧，错落式布局较为灵活，具有明显的开敞空间，且与冬季主导风向平行，周围绿化以低矮的灌草为主，因此能保证气流的畅通以及风速的稳定，从而不断激发并保持空气负离子的浓度。
样点5和样点7虽为自由式灵活布局且具有明显的开敞空间，但南向行列规整式布局形成的高密度也相应地阻挡了气流的运动，而且样点7属于中心广场健身区域，周围活动人群较多，附近有幼儿园建筑和以高大乔木为主复层结构的植物绿化遮挡，一定程度上阻碍了空气的流动，降低了风速，因此空气负离子浓度偏低。样点6和样点7同属于中心广场区域，但空气负离子浓度却有明显改善，主要是由于样点6紧邻幼儿园，幼儿园周边绿化植物层次结构非常丰富，虽然阻挡了空气的流动，但是植物的尖端放电效应以及滞尘的巨大作用，再加上周边水体不定时地开放，这些因素都极大地影响了环境周围的空气负离子浓度。
样点 9 和 10 属于自由式灵活布局，且具有较明显的开敞空间，周边遮挡物较少，尤其样点 10所在道路区域与夏季主导风向平行，周边环境的植物绿化较为简单，没有高大乔木，对于风速的阻碍小，因此能保证气流的畅通从而有效地激发并保持空气负离子的浓度。
样点 12 位于高层建筑背风面，近地面处有较强烈的涡旋气流，且布局较为自由灵活，周围具有较明显的开敞空间，因此有利于气流的畅通并不断激发保持空气负离子的产生。
三、居住区室外环境空气清洁度评价
对各实测样点的空气正负离子浓度有效值进行统计，结果见图 12 所示。
图12 各实测样点空气正负离子浓度分布图
运用单极系数和安培空气质量评价指数对图12数据进行计算分析，得出图13。由图13可以看出整个住区环境的空气清洁度以允许和清洁为主，等级多分布在 D 级和 B 级。其中样点12的空气清洁度最清洁比例最高，占到31.6%，样点11和样点10次之，占到26.3%；样点2、样点3、样点5和样点7的空气清洁度最清洁比例最低，占到5.3%。
图13 各实测样点环境的空气清洁度分布图
四、结束语
由上所述，在不同的季节里，居住区的室外环境的空气负离子浓度变化比较明显。而且在夏季中的空气负离子浓度与风速关联性较大，秋冬季节却不明显，在开敞空间的区域也能够激发空气负离子不断产生，对于空气的净化具有重要作用。
论文作者:黄小琴
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/10/12
标签：负离子论文; 浓度论文; 空气论文; 上午论文; 区间论文; 下午论文; 风速论文; 《基层建设》2015年16期论文;