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【辟谣】扬起流言灰尘的“建筑物扬灰层”

科学 | admin发表于2018年03月30日 | 1917个浏览

【辟谣】扬起流言灰尘的“建筑物扬灰层”

流言:高层建筑的9~11楼是“扬灰层”,脏空气到这个高度就会停留。这里的污染物密度最高。买了这几层的房子,就只能一辈子吃灰了。

根据网络调查,这条谣言源于2003年一篇名为《售楼小姐真情自白》的网文。这份“自白”让“扬灰层”这个词语成了压在购房者心上的又一块重石。“扬灰层”究竟可不可信?到底哪些楼层才是“扬灰层”呢?首先我们来看看关于大气中灰尘的知识。

灰尘的颗粒有大有小

我们平时所说的“灰尘”属于大气污染中的颗粒物污染。按照这些颗粒物的类型、大小,我们把它们分为粉尘(dust)、烟(fume)、黑烟(smoke)、飞灰(fly ash)、雾(fog)、炭黑(carbon black),等等。有些颗粒物比较大,直径(这里及后文中的“直径”均指空气动力学直径)可达几十、上百微米,粘在衣服上、打在脸上都很明显。有些颗粒物很小,只有几微米,肉眼看不到。

小颗粒物往往对健康更有害。因为直径小于10微米的颗粒物会被人吸入体内,而且颗粒越小,被吸入后进入呼吸道的部位越深。直径10微米的颗粒物通常沉积在上呼吸道;直径5微米的可进入呼吸道深部;直径2.5微米以下的,可深入到细支气管和肺泡。

灰尘会悬浮在大气中

灰尘颗粒也是有重量的。如果没有其他外力影响、只受重力和空气阻力作用的话,它们终究会落到地上。但是由于空气中时时刻刻存在着气流(也就是风),灰尘在下落中总会不断受到气流影响。一些小颗粒的粉尘,极有可能在重力和风力的不断作用下,长期漂浮在空中。即使一部分灰尘顺利降落,也会有另一部分灰尘重新启程,不断重复着“扬尘-沉降”的循环。

气流可以引起地面扬尘、让灰尘停留在空中,另一方面,它又可以把灰尘送走,起到稀释作用。因此气流对灰尘浓度的影响是复杂的,与风速、风向、地形等有密切关系。

在高楼林立的城市里,风速、风向、气温等很多气象条件都受到建筑的影响,同时城市中的车流、人流也进一步扰动着气流。因此,城市中的气流特点与地势平坦地区的气流特点差别很大。不同的建筑街道布局会产生不同的气流模式。因此,灰尘在大气中的运动和浓度分布呈现出复杂、瞬息万变的特点,很难把握其规律。

影响灰尘浓度的因素很多、很复杂

除了气流以外,灰尘在大气中的浓度还受到其他一些因素的影响。

首先是颗粒物的性质(组成,粒径,比重,电荷,pH值等)。直径大的颗粒物易于沉降,直径小的更容易受到外界扰动而悬浮在空气中。

其次,气温的变化。热空气可以把灰尘向上提起。同时,气温升高也可以加速颗粒物的扩散,降低污染。气温的影响同样是复杂的。

接下来,空气湿度状况。大气中的小颗粒物容易吸附水汽,凝结形成雾,悬浮在空中。这种情况不利于颗粒物的扩散,其浓度会增大。但是当空气湿度继续增大时,颗粒重量增加了,沉降加快,就可能形成降雨,冲刷大气中的颗粒物,使其浓度迅速降低。

上述因素都会对空气中的颗粒物浓度产生影响。需要说明的是,气象因素对颗粒物分布的影响是在大范围内起作用,其作用的空间区域远高于楼房的高度,也远大于若干个小区的面积。具体到某一栋楼、某几层的高度,必须考虑具体建筑布局、地形等因素的影响。

小颗粒物最大浓度区的高度不能确定所谓“扬灰层”,一般的理解就是在这个层高周围,大气中的灰尘浓度最高,超过上下方的其他楼层。这个现象是否存在呢?

有学者对此做过模拟,建立了相关的数学模型,经过公式推算发现:随着高度的增加,空气中的灰尘浓度有先增加后减小的趋势。也就是说,某一直径大小的颗粒物可能会在某个高度上浓度最大。初听之下,这和“扬灰层”的说法很接近。

不过还不能就此定论。首先,这个模型在建立时忽略了灰尘的重力,因而并不适用于重力作用明显、直径较大的颗粒物。其次,即使对于小颗粒物,想要根据这个模型来推算其浓度最大值具体出现在什么高度,也几乎是不可能的任务。

正如前文所述,城市中由于建筑物的影响,空气的无规则“湍流”加剧,气流变化很复杂。在建筑物附近,灰尘分布与建筑物密度、高度、几何形状、门窗朝向、街道宽度和走向、绿化面积、空气中污染物浓度等许多人为因素关系很大。这就必然导致每个地区、每个小区,甚至每栋楼的情况都不同。再加上不同直径的灰尘颗粒浓度最大值出现的高度不同。因此,并没有一个放之四海皆准的“扬灰层”推算公式。

实践检验:相比其他层,差别并不大

理论推导的结果是就算“扬灰层”存在,其影响因素也过于复杂,难以确定其高度。那么实际测量的结果又如何呢?

有媒体曾报道上海一小区的业主们在自家住宅楼内进行了一次为期3天的小实验,在3楼、10楼和23楼的主卧飘窗位置观察积灰情况。结果显示,3个楼层积灰程度并没有明显差别。当然,这个实验非常粗浅,不过这种实验精神是值得鼓励的。

科学家也做过类似的实验。石家庄某高层建筑附近的颗粒物监测结果显示,空气中直径在0.5微米以下的小颗粒物在距地面24米处(相当于8层上下)呈最大值;直径在2.5微米以下的颗粒物在距地面7米处(相当于3层上下)呈最大值;而直径在10微米以下的颗粒物则随高度增加而减少。总体来说,近地面处灰尘的浓度较高。随高度增加,灰尘总量(总悬浮颗粒物)减少了,而其中微小颗粒物所占比例则越来越大。

这一观测结果验证了理论推论:不同直径的颗粒物,其最大浓度区域位置不同,彼此相隔很远。不可能有哪一层汇聚了所有颗粒物的最大浓度区。

而对于某一种颗粒物的最大浓度区,情况又有多严重呢?我们来看一下上面这个监测结果的具体数字:直径2.5微米以下的颗粒物的浓度在最大值处(3层上下)为0.3毫克/立方米,在其他层高处为0.25毫克/立方米,只多出了25%;直径0.5微米以下的颗粒物浓度随高度不同变化幅度更小,为0.11~0.12毫克/立方米,相差不到10%。这样的浓度变化值并不算很明显,也难怪上海那几位业主没有看出来积灰程度的差别了。

其实想象一下:如果“扬灰层”真的有那么多灰,一看每个楼都像套了个游泳圈一样,也就没有必要讨论了,绝对不会有人住那几层的。

结论:谣言粉碎。建筑物的9~11楼是扬灰层,这种说法不科学。大气中的大颗粒物通常越靠近地面浓度越高;只有小颗粒物在外力的作用下,有可能在某一高度存在最大浓度区。但是由于影响因素过多,并不一定所有楼房周围都存在这样的最大浓度区。即使存在,对于不同建筑物和不同大小的颗粒物,最大浓度区的高度也各不相同。更重要的是,不同高度间颗粒物浓度只是略有差别而已。

参考资料:

[1] 耿磊,刘慧芳.灰尘在空气中的分布规律研究.河南机电高等专科学校学报,2007(6)

[2] 郭斌,任爱玲,李良玉,赵文霞.石家庄秋季可吸入颗粒物的垂直分布特征.中国科学院研究生院学报,2007(5)

[3] 黄海静,陈纲.健康城市住区的热环境探析.重庆建筑大学学报,2004(6)

[4] 邱洪斌,祝丽玲,张凤梅.城市街道大气颗粒物污染特征及影响因素的研究.黑龙江医药科学,2002(3)

[5] 袁杨森,刘大锰,车瑞俊,董雪玲.北京市秋季大气颗粒物的污染特征研究.生态环境,2007(16)

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