منابع داخلی در دفاتر و مدارس
دفاتر و مدارس منابع مشترکی دارند که ممکن است از خانه ها متفاوت باشند یا به دلیل استفاده و ویژگی های این دو محیط تقویت شوند. کودکان بخش قابل توجهی از روز خود را در مدارس می گذرانند، در حالی که بزرگسالان بخش قابل توجهی (به ویژه در کشورهای توسعه یافته) را در دفاتر به عنوان بخشی از زندگی کاری خود می گذرانند. اطلاع از منابعی که در هر دو محیط IAQ را تحت تاثیر قرار می دهند برای اطمینان از محیطهای ایمن و سالم بسیار مهم است. مطالعات بسیاری گزارش داده ند که بدترین عملکرد دانش آموزان و کارمندان مربوط به محیط های با نرخ تهویه کمتر است. سایر مطالعات کاهش سرعت رشد ذهنی کودکان را در اثر مواجهه با آلاینده های هوای داخل نشان داده اند اما این در شرایطی است که اثرات بیشتر مربوط به مواجهه با انتشارات ناشی از ترافیک که به داخل محیط خانه نفوذ کرده اند بوده است. علاوه بر این هر دو مورد یعنی مدارس و دفاتر در طول روز زمانیکه انتشارات محیط بیرون نیز ممکن است به محیط داخل نفوذ کنند در حداکثر مقدار خود قرار دارند. هر دو موسسه (خصوصا مدارس) دارای بیشترین نرخ ساکنین هستند. یکی از تفاوت های اصلی بین مدارس و ساختمان دفاتر این است که در دفاتر بیشتر تهویه مکانیکی و در مدارس بیشتر تهویه به صورت طبیعی انجام می گیرد. آلودگی هوا در مدارس به دلیل نرخ بالای اشغال توسط ساکنین بسیار بیشتر از منازل می باشد. هرچند تعداد ساکنین در دفاتر از منازل بیشتر است اما از تعداد ساکنین در مدارس بسیار کمتر است. در یک دفتر راه رفتن و حضور در کنار تجهیزات پایش منجر به ۵۵-۲۴ از تغییرات PNC ذرات با قطر بین ۲۵-۱ میکرومتر می شود. با این حال اکثر مطالعات انجام شده در دفاتر نشان داده اند که منبع اصلی موثر بر غلظت ذرات داخل نفوذ از هوای محیط بیرون است. البته علاوه بر حضور ساکنین استفاده از چاپگرها و فتوکپی ها نیز می توانند از منابع مهم آلودگی هوا در محیط داخل باشند. البته وجود سطوح (نسبت سطح به حجم) بیشتر در این محیط ها نسبت به منازل (به عنوان مثال تعداد زیاد میزها) می تواند به علت تعداد بیشتر واکنش های سطحی در آلودگی ها سهم داشته باشند. البته کارمندان و دانش آموزان با غلظت های ناچیزی از آلاینده های ثانویه ناشی از تمیز کردن به علت تمیز کردن این محیط ها بعد از اتمام ساعت فعالیت مواجهه دارند. البته تمیزکردن در بعد از ظهر می تواند مواجهه کارگران تمیزکار را افزایش دهد زیرا غلظت ازن در بعد از ظهر بسیار بیشتر از صبح زود است.
حضور انسان و سایر عوامل تعیین کننده کیفیت هوای داخل مدرسه
غلظت ذرات (بویژه ذرات PM ۲.۵-۱۰) در طول روز با تعداد افراد در هر ساعت در کلاس ها ارتباط دارد. با افزایش تعداد افراد غلظت های بالاتری از ذرات به علت تعلیق مجدد، انتشار فیبرهای البسه و انتشار ذرات بیولوژیک اتفاق می افتد. البته میزان تعلیق بستگی به میزان فعالیت دارد، پس همانطور که پیشتر اشاره شد با افزایش فعالیتها غلظت ذرات معلق افزایش میابد. بنابراین این مورد در کلاسهای مدارس ابتدایی بسیار اهمیت دارد زیرا کودکان در این سن فعالتر از زمان مهدکودک یا دبیرستان می باشند. همچنین مطالعات انجام شده در مدارس نشان داده اند که غلظت ذرات بویژه بخش درشت تر آنها در محیط داخل نسبت به محیط بیرون بیشتر هستند. در مطالعات مربوط به سهم منابع انتشار در محیط های داخلی در مدارس بارسلونای اسپانیا نشان داد که ۱۷% از منابع انتشار PM۲.۵ منابع معدنی هستند. که این سهم از منابع معدنی وابسته به حضور یا عدم حضور زمین های بازی شنی در بارسلونا است. البته منابع معدنی ذرات در مدارس ممکن است مربوط به ذرات شن و بر روی کفش ها و لباسهای کودکان باشد که از محیط منزل به داخل کلاس آورده شده اند و بر اساس سهم تعداد نفرات ساکن در محیط داخل غلظت ها ممکن است بسیار متفاوت باشد. با اینحال در مورد مدارس بارسلونا، سهم اصلی در غلظت جرمی PM ۲.۵ مربوط به منابع مختلف کربن آلی (پوست های بدن، الیاف پنبه، و سایر ذرات آلی ناشی از واکنش ازن با روغن پوست و محصولات مراقبت شخصی) و کلسیم و استرانسیم حاصل از گچ های تخته سیاه می باشد و یکی دیگر از منابع مهم آئروسلهای ثانویه هستند که با ترکیبات آلی و سولفات های ثانویه مشخص می شوند. گزارش شده است که حدود ۱۸% از انتشار باکتریها از گونه هایی است که مشابه با میکروبیوم پوست انسان هستند. ساختمانهایی که دارای ساکنین بالایی است نیز با سطح بالایی از باکتریهای موجود در هوا از پوست، سوراخ بینی و موهای سرنشینان مشخص می شوند که در گرد و غبار کف نیز جمع می شوند و می توانند منجر به افزایش بیماریهای عفونی شوند. با اندازه گیری اسید مورامیک، اسیدهای چرب ۳ ـ هیدروکسی و پروتئین کراتین اپیتلیال K10، وجود فلسهای پوستی در ذرات موجود در هوای کلاسهای مدرسه را تأیید کرده اند. هر چند مطالعات مختلف میزان بالای استرانسیم و کلسیم ناشی از گچ های تخته سیاه را نشان داده اند اما استفاده از ماژیک ها نیز باعث افزایش غلظت ترکیبات آلی فرار می شوند. تمیز کردن و تهویه مکرر به کاهش غلظت کمک می کنند، اما باید مراقب بود تا کودکان در معرض آلودگی های ناشی از تمیزکاری (به عنوان مثال با استفاده از محصولات با ترکیبات آلی کمتر و برنامه ریزی تمیز کردن بعد از ساعت مدرسه) و جلوگیری از نفوذ آلاینده از فضای باز به داخل (به عنوان مثال با اجتناب از تهویه طبیعی در ساعت های اوج کار) قرار نگیرند.
منابع PM۲.۵ در کلاسهای درس و مواجهه در محیط داخلی مدارس
از آنجائیکه کودکان بیش از ۶ ساعت از زمان خود را در روز در محیط مدارس می گذرانند و میزان بالاتری از عوارض آسم ناشی از مواجهه در محیط های مدارس مشاهده شده است لذا نیاز به توجه بیشتر به منابع انتشار ذرات در این محیط ها می باشد. عوامل کلیدی محیطی و رفتاری از قبیل تعداد ساکنین، میزان تهویه، ویژگی های ساختمان و فصل ممکن بر غلظت ذرات PM۲.۵ و همچنین میزان ترافیک می تواند بر ترکیب PM۲.۵ در محیط داخلی مدرسه تأثیر گذار باشند. ویژگی های ساختمانهای مدرسه مانند سن، نوع مصالح ساختمانی و تهویه؛ و عواملی مانند تراکم ساکنین به ازای هر حجم کلاس، در انتقال و اختلاط آلاینده ها، که خطری برای سلامتی افراد محسوب می شود، تأثیر می گذارد و اغلب بر عملکرد آنها در مدرسه تأثیر می گذارد. در مطالعه ای محققان دریافتند که استفاده از تهویه طبیعی در مقابل تهویه مکانیکی بر کاهش میزان یادگیری کودکان در مدارس تاثیر گذار است. همچنین مصالح ساختمانی به عنوان مخزن مواد محرک تبدیل آلاینده های گازی به ذرات نقش داشته و بر کیفیت هوای داخل کلاسها اثر می گذارند. جدول شماره ۳ نتایج مطالعات انجام شده طی سالهای ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۷ در قسمت های مختلف جهان را نشان می دهد که محققان به بررسی غلظت ذرات در محیط داخل مدراس و هوای آزاد پیرامون مدارس با در نظر گرفتن نوع سیستم تهویه مدارس پرداخته اند.
جدول شماره ۳٫ غلظتهای محیط داخل و بیرون ذرات PM۲.۵ و منابع احتمالی آنها در مدارس مختلف.
مکان | تعداد مدارس | محدوده غلظت PM۲.۵ میکروگرم بر مترمکعب | سیستم تهویه | نتایج | |
هوای داخل | هوای آزاد | ||||
شمال شرقی، امریکا | ۳۲ | ۹/۱۶- ۸/۰ | ۶/۱۶- ۳/۳ | ۱۷ طبیعی، ۳ HVAC مرکزی، ۱۲ مخلوط | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۸/۰؛ منابع: مواد غنی از کلسیم، گرد و غبار جاده، نمک دریا، وسایل نقلیه، سوختن زیست توده، منطقه ای. |
اوهایو، امریکا | ۴ | ۳/۲۸- ۹/۶ | ۶/۲۷- ۸/۳ | ۳ مدرسه بازکردن پنجره ها | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۸/۲-۵/۰ |
میشیگان، امریکا | ۲ | ۴/۱۶- ۵/۶ | ۶/۲۰- ۶/۱۱ | بازکردن پنجره ها بدون سیستم تهویه هوا | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۴/۱-۵/۰ |
تگزاس، امریکا | ۱ | ۱/۴- ۳/۲ | ۴/۱۳ | مکانیکی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۲/۰؛ منابع: گرد و غبار خاک و جاده، انتشارات وسایط نقیله، پالایش نفت، احتراق نفت، احتراق زغال سنگ، سوزاندن گیاهان، نمک دریا، مواد غنی از کلسیم، سوزاندن ، کارخانه فولاد. |
بارسلونا، اسپانیا | ۳۹ | ۷-۱۰۵ | ۱-۱۹۲ | طبیعی | منابع: آلی/ نساجی/ گچ، نفت سنگین، متالورژی، سولفات و مواد آلی، نیترات، ترافیک، گرد و غبار جاده، مواد معدنی، نمک دریا |
سیبری | ۱ | ۹/۶۳- ۹/۲۶ | – | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۰/۱ |
مونیخ، آلمان | ۱ | ۹/۱۰۵- ۳/۱۹ | ۴/۶۷- ۱/۵ | طبیعی | PM داخلی عمدتا از مواد پوسته، تخریب مصالح ساختمانی و گچ تشکیل شده است. |
پرتغال (روستا) | ۱ | ۱۰۰ | – | طبیعی | منابع: صنعت نانوایی، فرآیند سوزاندن چوب/ تعلیق مجدد گردوغبار/ استفاده از گچ، پوسته و مواد دریایی |
لیسبون، پرتغال | ۳ | ۱۰ | ۳-۱۰ | طبیعی | منابع پیشنهادی عناصر تشکیل دهنده: مواد پوسته ای، تخریب مصالح ساختمانی و گچ |
وروکلاو ، لهستان | ۱ | ۸/۵۹- ۵/۱۳ | ۶/۱۵- ۱/۹ | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی ۰/۲ برای زمستان و ۱/۴ برای تابستان |
آنتورپ، بلژیک | ۲۷ | ۲۶-۱۲۹ | ۱۲-۱۴۸ | بازکردن پنجره ها | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی ۳/۱ |
میلان، ایتالیا | ۳ | ۴/۷۹ | ۹/۷۷ | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی ۰/۱ |
هلند | ۲۴ | ۸/۵۲- ۷/۷ | ۸/۶۰- ۲/۵ | – | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی ۹/۰ |
استکهلم، سوئد | ۶ | ۹/۱۳- ۸/۲ | ۲/۲۴- ۲/۵ | مکانیکی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی ۹/۰ |
پکن، چین | ۲ | ۱۱-۷۹ | ۱۷-۸۷ | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی ۶/۰ (بسته)، ۹/۰ (باز) درها و پنجره های |
شیان، چین | ۱ | ۸/۱۴۱ | ۸/۱۶۷ | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۸/۰؛ منابع: سوزاندن ذغالسنگ، خروجی اگزوز وسایط نقلیه، سایر منابع اولیه و ثانویه |
آگرا، هند | ۱۰ | ۱/۹۰- ۳/۷۱ | – | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۰/۱ برای زمستان، ۲/۱ برای تابستان، ۱/۱ برای بادهای موسمی؛ منابع: وسایط نقلیه، خاک، فرآیندهای فلزات، گرد و غبار باد، صنعتی |
چنای، هند | ۱ | ۳۲-۶۱ | – | طبیعی | PM۲.۵ داخل/ آزاد مساوی با ۴/۰ ± ۴/۱ |
نسبت هوای داخل به هوای آزاد در مدارس بررسی شده
در صورتیکه منبع قابل توجهی برای گوگرد داخلی وجود نداشته باشد از نسبت گوگرد داخلی به فضای باز به طور گسترده ای برای تخمین نفوذ PM۲.۵ از فضای باز به محیط داخلی استفاده می شود. نسبت بالای یک نشان دهنده حضور یک منبع داخلی سولفور یا نفوذ سولفور هوای آزاد به داخل ساختمان می باشد. شکل شماره ۳ نسبت I/O گوگرد و PM۲.۵ را در فصول مختلف نشان می دهد. بیشترین نسبت برای سولفور در فصل زمستان و برای PM۲.۵ در فصل بهار است. نسبت بالای ذرات در بهار می تواند به علت باز کردن پنجره ها و نفوذ ذرات از هوای باز است. و بلعکس نسبتهای پایین تر در فصول زمستان و پاییز مشاهده شده است که می تواند به علت بسته شدن درها و پنجره ها با سردتر شدن هوا باشد
دی اکسید نیتروژن یک آلاینده گازی است که از احتراق سوختهای فسیلی در فرآیندهایی نظیر حمل و نقل، فرآیندهای احتراقی و فعالیتهای صنعتی تولید می شوند و بعنوان یکی از آلاینده های موثر بر سلامتی انسان ها مورد بحث می باشد. همچنین این آلاینده به عنوان یکی از آلاینده های محیط های داخل به علت وجود منابعی همچون گرمایش ساختمان، پخت و پز با استفاده از سوخت فسیلی و سیگار کشیدن مطرح می باشد. از آنجاییکه این آلاینده ناشی از ترافیک و فعالیت های صنعتی می باشد بنابراین بیشتر در محیط های شهری نسبت به روستایی اندازه گیری و پایش می شوند و معمولاً در محیط های آزاد نسبت به داخل مطرح هستند مگر اینکه منبع مهمی برای انتشار در محیط های داخلی داشته باشد. البته گاهی اوقات غلظت های داخلی این آلاینده ممکن است از غلظت های محیط بیرون آن فراتر رود و باعث مواجهه های بیشتر افراد ساکن در آن محل ها شود. مطالعات اپیدمیولوژیک اخیر نشان داده اند که مواجهه با این آلاینده در سالهای اول زندگی فرد باعث بیماری های آلرژیک نظیر آسم و اثرات طولانی مدتی نظیر اثر بر عملکرد دستگاه تنفسی در طول عمر خواهد داشت. البته کودکان حساسترین گروه در این زمینه هستند زیرا آنها نسبت به بزرگسالان میزان هوای بیشتری را هنگام تنفس نسبت به اندازه بدن خود تنفس می کنند و فعالیتهای متابولیکی بیشتری دارند. مطالعات متعددی به بررسی میزان نفوذ دی اکسید نیتروژن از هوای آزاد به محیط داخل پرداخته اند و میزان نسبت دی اکسید نیتروژن هوای داخل به هوای آزاد را محاسبه کرده اند (شکل شماره ۴). میانگین و میانه محاسبه شده نسبت هوای داخل به بیرون NO۲ در مدارس به ترتیب ۹/۰ و ۷/۰ گزارش شده است که البته این نسبت برای مدارس در محدوده ۳/۰ تا ۳/۴ برآورد شده است. بر طبق نتایج مطالعات در مدارس ساختمان مدارس به میزان کمی در جلوگیری از ورود دی اکسید نیتروژن به محیط داخل اثر دارد و در بعضی از مواقع غلظتهای داخلی ممکن است به حداکثر میزان ثبت شده در محیط های بیرون نیز برسند.
میانگین و میانه محاسبه شده نسبت هوای داخل به بیرون برای آلاینده NO۲ در محیط های اداری به ترتیب ۹/۰ و ۸/۰ گزارش شده است که البته این نسبت در محدوده ۲/۰ تا ۷/۲ گزارش شده است. محققان دریافتند که نسبت هوای داخل به بیرون برای NO۲ از نظر آماری به طور قابل توجهی در طول شب افزایش می یابد، به این دلیل که در این زمان غلظت فضای باز به میزان بسیار بیشتری نسبت به داخل خانه کاهش یافته است. پس آنها دریافتند که افزایش تبادل هوا در مدت شب باعث خروج دی اکسید نیتروژن تجمع یافته در محیط عای داخل می شود .دی اکسید نیتروژن یک آلاینده گازی است که از احتراق سوختهای فسیلی در فرآیندهایی نظیر حمل و نقل، فرآیندهای احتراقی و فعالیتهای صنعتی تولید می شوند و بعنوان یکی از آلاینده های موثر بر سلامتی انسان ها مورد بحث می باشد. همچنین این آلاینده به عنوان یکی از آلاینده های محیط های داخل به علت وجود منابعی همچون گرمایش ساختمان، پخت و پز با استفاده از سوخت فسیلی و سیگار کشیدن مطرح می باشد. از آنجاییکه این آلاینده ناشی از ترافیک و فعالیت های صنعتی می باشد بنابراین بیشتر در محیط های شهری نسبت به روستایی اندازه گیری و پایش می شوند و معمولاً در محیط های آزاد نسبت به داخل مطرح هستند مگر اینکه منبع مهمی برای انتشار در محیط های داخلی داشته باشد. البته گاهی اوقات غلظت های داخلی این آلاینده ممکن است از غلظت های محیط بیرون آن فراتر رود و باعث مواجهه های بیشتر افراد ساکن در آن محل ها شود. مطالعات اپیدمیولوژیک اخیر نشان داده اند که مواجهه با این آلاینده در سالهای اول زندگی فرد باعث بیماری های آلرژیک نظیر آسم و اثرات طولانی مدتی نظیر اثر بر عملکرد دستگاه تنفسی در طول عمر خواهد داشت. البته کودکان حساسترین گروه در این زمینه هستند زیرا آنها نسبت به بزرگسالان میزان هوای بیشتری را هنگام تنفس نسبت به اندازه بدن خود تنفس می کنند و فعالیتهای متابولیکی بیشتری دارند.
مطالعات متعددی به بررسی میزان نفوذ دی اکسید نیتروژن از هوای آزاد به محیط داخل پرداخته اند و میزان نسبت دی اکسید نیتروژن هوای داخل به هوای آزاد را محاسبه کرده اند (شکل شماره ۴). میانگین و میانه محاسبه شده نسبت هوای داخل به بیرون NO2 در مدارس به ترتیب ۹/۰ و ۷/۰ گزارش شده است که البته این نسبت برای مدارس در محدوده ۳/۰ تا ۳/۴ برآورد شده است. بر طبق نتایج مطالعات در مدارس ساختمان مدارس به میزان کمی در جلوگیری از ورود دی اکسید نیتروژن به محیط داخل اثر دارد و در بعضی از مواقع غلظتهای داخلی ممکن است به حداکثر میزان ثبت شده در محیط های بیرون نیز برسند.
میانگین و میانه محاسبه شده نسبت هوای داخل به بیرون برای آلاینده NO2 در محیط های اداری به ترتیب ۹/۰ و ۸/۰ گزارش شده است که البته این نسبت در محدوده ۲/۰ تا ۷/۲ گزارش شده است. محققان دریافتند که نسبت هوای داخل به بیرون برای NO2 از نظر آماری به طور قابل توجهی در طول شب افزایش می یابد، به این دلیل که در این زمان غلظت فضای باز به میزان بسیار بیشتری نسبت به داخل خانه کاهش یافته است. پس آنها دریافتند که افزایش تبادل هوا در مدت شب باعث خروج دی اکسید نیتروژن تجمع یافته در محیط های داخل می شود .
مطالعات اخیر نشان داده اند که نفوذ آلاینده از هوای بیرون می باشد منبع اصلی و مهم دی اکسید نیتروژن در محیط داخل مانند مدارس و ساختمان های اداری است که منبع انتشار آنها معمولاً وسایل گازسوز، بخاری و سیگار بوده است. همچنین مطالعات دیگر نتیجه گرفته اند که در صورت عدم انتشار منابع داخلی سطوح دی اکسید نیتروژن هوای آزاد و کلاسهای درس با هم همبستگی بالایی دارند. بطورکلی علاوه بر منابع انتشار داخلی این آلاینده نوع سیستم گرمایش (بخاری) و نزدیکی به منابع ترافیکی و صنعتی می توانند به طور قابل توجهی غلظت های داخلی این آلاینده را خصوصا در فصل زمستان تحت تاثیر قرار دهند. همچنین نوع سیستم تهویه و نرخ تعویض هوا با سطوح دی اکسید نیتروژن هوای داخل در ارتباطند و البته واکنش های شیمیایی بر روی سطوح باعث کاهش شدید در غلظت این آلاینده می شود.
گرچه شناسایی استراتژی های مقرون به صرفه برای کاهش آلودگی هوای ناشی از ترافیک در اکثر شهرها دشوار است، موارد مهم زیر برای کاهش غلظت NO۲ در محیط های سرپوشیده به زیر سطوح رهنمودی WHO باید در نظر گرفته شود: ۱) برنامه ریزی شهری برای استقرار مدارس جدید به دور از جاده ها با ترافیک سنگین؛ ۲) کاهش استفاده از بخاری های منتشر کنندهNO۲ ، ۳) برنامه ریزی در محیط داخلی (قرار دادن کلاسهای درس روبروی پارک ها، حیاط یا اطراف خیابان های آرام به جای جاده های شلوغ). ۴) توجه بیشتر به کارآیی سیستمهای تهویه و تبادل مناسب و کافی هوا در اتاقها، تهویه مکانیکی با سیستم تصفیه هوا در ساختمانهای مدارس جدید. ۵) برنامه ریزی محل قرارگیری پنجره های تهویه یا ورودی برای مدارس جدید با توجه به منابع NO۲ در فضای باز، بسته نگه داشتن پنجره ها در هنگام غلظت بالای NO۲ محیط (در روزهای آلوده) و ۶) کاهش نفوذپذیری NO۲ با افزایش مقاومت هوایی بدنه ساختمان.
میانه محاسبه شده نسبت هوای داخل به بیرون O۳ در مدارس و ساختمان های اداری به ترتیب در محدوده ۰ تا ۷۷/۰ و ۰۲/۰ تا ۹/۰ گزارش شده است که البته این نسبت برای تمامی مدارس و ساختمان های اداری بررسی شده به ترتیب ۲۱/۰ و ۲۹/۰ بوده است (شکل شماره ۵). در حقیقت این نسبت نشان دهنده این است که در مدارس و ساختمان های اداری غلظت ازن عمدتاً متاثر از هوای آزاد بوده است.