Luften som kommer ut ur kontorsbyggnader i stadsområden kan vara mer förorenad än en gång trott, säger forskare från Purdue University.
En forskargrupp ledd av Brandon Boor, docent vid Lyles School of Civil Engineering, har publicerat en ny studie i tidskriften Cell Reports Sustainability upptäcker att moderna byggnader ständigt släpper ut flyktiga organiska föreningar (VOC) till utomhusluften och sannolikt kommer att vara en viktig bidragande orsak till VOC-bördan från den urbana atmosfären. Teamet genomförde direkta mätningar av utbyte av luftföroreningar utomhus och inomhus i en högpresterande kontorsbyggnad med hjälp av toppmoderna luftkvalitetsinstrument och en avancerad byggnadsautomationsplattform.
"Vi tänker traditionellt på att filtrera utomhusluften som kommer in i våra byggnader. Baserat på resultaten av vår studie måste vi nu överväga att rena luften som lämnar våra kontor, hem och skolor för att minska VOC-utsläppen till utomhusmiljön", säger Boor.
Syftet med denna forskning, sa Boor, är att noggrant mäta VOC i luften som kommer in och ut ur stadsbyggnader och att använda data för att förstå hur mänsklig beläggning och byggnadsverksamhet påverkar VOC-transport mellan inomhus- och utomhusluft. Boor sa att inverkan av luftutbyte mellan inomhus- och utomhusatmosfärer på luftföroreningar i städer fortfarande inte är väl förstått – inte heller hade det undersökts fullt ut tidigare i en modern kontorsbyggnad med ett sofistikerat ventilationssystem.
"En grundläggande förståelse för ödet och transporten av luftföroreningar i städer är viktig för att utveckla begränsningsstrategier och policyer som kan förbättra luftkvaliteten i städerna och minska negativa effekter på människors hälsa och klimatet", sa Boor. "Många studier har visat den betydande inverkan av trafik, industriella och biogena utsläpp på luftföroreningar i städer. Däremot har inverkan av luftföroreningar i städer med byggnader ofta förbisetts."
Moderna offentliga och kommersiella byggnader är vanligtvis utrustade med system för uppvärmning, ventilation och luftkonditionering (HVAC) för att ge förbättrad inomhusluftkvalitet och termisk komfort. När stadsluft cirkuleras mekaniskt genom byggnader, kan dess sammansättning ändras avsevärt på grund av interaktioner med VVS-komponenter, inomhusluft, passagerare och inomhusytor.
"Byggnader står för en betydande del av landytan i städer och ger en betydande mängd ockuperat inomhusutrymme", säger Tianren Wu, första författare till studien och biträdande professor vid University of Cincinnatis avdelning för civil- och arkitektonisk teknik och konstruktion Management.
"För att uppfylla kraven på byggnadsventilation och termisk komfort utbyts en betydande mängd luft aktivt mellan en byggnad och dess närliggande urbana atmosfär. Detta dynamiska luftutbyte kan ha viktiga konsekvenser för stadsluftkvaliteten på grund av både inomhus-till-utomhus och utomhus- transport till inomhus och omvandling av föroreningar, särskilt i tätbefolkade städer."
Byggnadsmaterial, interiörmöbler och boende och deras aktiviteter – såsom matlagning, städning och användning av konsument- och personliga hygienprodukter – kan frigöra en mängd olika gasformiga och partikelformiga föroreningar som direkt kan släppas ut i den urbana atmosfären via en byggnads VVS-system. Boors forskning fann att koncentrationerna av VOC inomhus är 2 till 15 gånger högre än utomhus och att byggnaders utsläpp av VOC per ytenhet är jämförbara med utsläpp från trafik, industri och biogena utsläpp.
Teamet fann att kontoret var en betydande utsläppskälla av reaktiva monoterpener och siloxaner till utomhusmiljön. Siloxaner används ofta i deodoranter, parfymer, lotioner och hårvårdsprodukter. En nyligen genomförd studie ledd av Purdues Nusrat Jung, biträdande professor i byggnadsteknik, fann att dagliga hårvårdsrutiner släpper ut stora mängder i utomhusluften via badrumsutsläpp, vilket ytterligare visar hur byggnader kan påverka utomhusluftföroreningar.
"Bygningens källa-sänkbeteende förändrades dynamiskt med beläggning och byggnadsventilationsförhållanden," sa Boor. "Våra resultat visar att byggnader direkt kan påverka luftkvaliteten i städer på grund av betydande luftutbyte utomhus och inomhus."
När det gäller vad som kan göras för att minska VOC-utsläppen från byggnader, sa Boor att det behövs ett större fokus på att ta bort VOC i HVAC-system med hjälp av kolfilter och annan luftreningsteknik. Att använda konsument- och personliga hygienprodukter med låga VOC-utsläpp kommer också att hjälpa, sa Boor.
Forskare från Indiana University och RJ Lee Group Inc. bidrog till denna studie.
Boors team undersökte källan och sänkeffekterna av ett mekaniskt ventilerat, realistiskt kontor med öppen planlösning och dess HVAC-system på luftföroreningar i städer genom en omfattande en månads fältmätningskampanj. Kontoret som används för deras månadslånga forskning är i Ray W. Herrick Laboratories, en högpresterande, LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) Gold-certifierad byggnad i centrala Indiana. Kontoret ventileras kontinuerligt mekaniskt av ett oberoende luftbehandlingsaggregat.
Fältmätningskampanjen genomfördes under vintersäsongen. Tre typer av vanliga luftföroreningar i städer undersöktes i studien, inklusive VOC, ozon och fina partiklar. De mekaniska ventilationsförhållandena i byggnaden övervakades noggrant för att kvantifiera nettomassutsläppen från kontoret och dess HVAC-system till den urbana atmosfären. VOC mättes i realtid på olika platser i HVAC-systemet med en högupplöst protonöverföringsreaktionstid-flight-masspektrometer.
Mer information: Tianren Wu et al, Moderna byggnader fungerar som en dynamisk källa och sänka för luftföroreningar i städer, Cell Reports Sustainability (2024). DOI:10.1016/j.crsus.2024.100103
Tillhandahålls av Purdue University
