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室内空气的科技革命

 大科技杂志社 2019-11-08

你的生命健康要依赖优良的空气,但如今,空气污染已经成为人类最大的健康威胁。根据世界卫生组织(WHO)的统计,空气污染每年都能造成全球550万人至700万人死亡,也就是说,空气污染已经变得比艾滋病、交通事故和糖尿病还要致命。实际上,全球范围内,80%以上的城市居民所吸入的空气质量都不能达到世界卫生组织所建议的标准。受害者主要来自发展中国家,但发达国家也受到了很高程度的影响。比如,在欧洲,空气污染导致人们的平均寿命大约减少了一年。

在空气污染的重视程度上,长期以来,媒体、公众和科学家们也只关注于室外大气污染,对于室内空气污染的重视并不够。尽管室内空气污染才是最大的祸害,每年导致大约400万人死亡,但人们用于研究室内空气质量的科研经费只有用于室外的1%。正如丹麦技术大学的科学家简·桑德尔所说:“室外空气是个政治热点话题,但它对公众健康的影响力不及室内空气,人的生病或者死亡大都由于室内空气污染引起。”不过,幸运的是,这种情况正在改变。


美国高中生的呼吸保护器

一个隐形杀手已经潜入了美国匹兹堡市著名的斯托-洛克斯高中。当工人们在这所学校的楼顶上安装手机发射塔的时候,没有人意识到为发射塔供电的柴油发电机正在喷出一些气体,它们被吸进了学校大楼的排风系统,进而被吸进了大楼中每个人的体内。气体中包含着一些你绝对不希望在教室中接触到的物质,比如柴油烟雾、含有苯和砷的颗粒物以及其他有害的化学物质。短期吸入它们,就会导致呼吸系统问题,令大脑迟钝;长期吸入它们,则会导致肺癌。

但是,斯托-洛克斯高中的学生们是幸运的,他们有卡内基梅隆大学的科学家所研发的一款先进的空气污染监测器“Speck”,能够检测出空气中的颗粒物。“Speck”具有无线网络连接功能,可以将数据上传至用户管理的数据库,同时还能够与网络上专用的分析软件相连接。

斯托-洛克斯高中的科学老师乔·克拉科维奇在他的科学课堂中安装了这台新装置,这也是学校的一个项目。他让“Speck”专门监测空气中那些能够增加呼吸系统疾病的微小颗粒物的含量,然后在课堂上分析“Speck”监测器收集到的统计数字。每隔几个小时,克拉科维奇和学生们就能观察到空气中颗粒物水平的增减,结果发现,课堂里的空气质量的变化与发电机运转的日常安排恰巧一致:每当发电机开动起来为手机发射塔供电的时候,空气中颗粒物带来的污染就增加。在对这些令人不安的数据进行分析之后,克拉科维奇提交了抗议书,随后,手机发射塔被移走了。

目前,还没有办法得知究竟有多少学校、家庭或者办公室的排风系统正在吸入来自楼顶、高速公路或其他地方所排放的空气污染物,但是,人们已经开始关注自己身边的建筑了。

从改进建筑做起

在过去,空气质量从来都不是建筑开发商们关心的问题。哈佛大学研究环境健康学的专家约瑟夫·艾伦发现,从20世纪50年代开始,美国的建筑被设计得越来越密不透风,目的是为了保证所谓的能源利用效率。房屋缺乏通风使空气流通减少,这导致了一个普遍的问题:二氧化碳和各种空气污染物在屋子里不断累积。人们因此患上了“病态建筑综合症”,这种症状多表现为疲倦、头疼、脸红、嗜睡甚至呼吸道感染和心血管疾病。

直到20世纪80年代之后,美国人才开始在设计房屋时将空气考虑进来,新的建筑行业标准不断被制定,人们也开始做的越来越好。比如,著名的建筑公司CookFox就做出了一个不错的榜样。这个公司设计了纽约市的美国银行大厦,这是全美国首次获得美国绿色建筑协会铂金级(最高级别)验证的建筑。CookFox在美国银行大厦中安装了高科技过滤器,可以除去室内空气中95%以上的颗粒物,使用者还可以独立控制他们所在的办公室或者小隔间中的通风状况并进行换气。目前,CookFox公司正在设计曼哈顿的一个住宅建筑,这个建筑安装了室内和室外的微粒监控器,可以告知住户何时打开窗户是安全的。

有了CookFox公司的榜样,越来越多的建筑开始使用能够“嗅”出空气污染物的监控器。比如,二氧化碳监控器的使用已经司空见惯了,在办公室里,它常常和通风系统配合使用。一旦二氧化碳的含量过高,通风系统就会自动换气。又比如,美国一家机电工程设计公司在建筑中尝试使用了一种更加稀奇的传感器,它可以检测挥发性有机化合物是否超标,然后决定是否换气或者是否开启化学设备来过滤挥发物。

 随着科学家在“改善室内空气质量”这一新兴环保领域中不断努力,很多人开始有了评估自己房间内空气质量的意识,而且,一个关于传感器和监测器的新市场也随之出现,相关产品也越来越多。比如,美国科学家最新研制出一种应用于家庭的监测设备,名为“Netatmo气象站”,它可以测量房间内的二氧化碳浓度、温度、噪音值与湿度。


关心穷人的空气

对于穷人和弱势群体而言,室内空气污染是更加严峻的问题。根据世界卫生组织的统计,高收入国家10万人以上的城市中,有56%的城市空气质量未达标。而在中低收入国家,这个比例上升到了98%。加州大学伯克利分校的科学家柯克·史密斯认为,东亚和南亚国家的空气污染问题尤为严重。于是,史密斯和他的研究团队设计了一套装置——他们称之为“UCB(UCB是加利福尼亚大学伯克利分校的英文简写)颗粒和温度传感器”——来测量印度的空气污染状况。

利用这个装置,史密斯发现:家庭烹饪用火所产生的烟雾和颗粒物占到了全印度空气污染源的1/4!这个比例甚至超过了印度国内无处不在且臭名昭著的车辆有害排放。使用柴火及其他固体燃料的室内烹饪用火每年导致数百万人感染肺部疾病或者死亡。史密斯将印度空气污染所带来的痛苦量化出来,他希望研究数据能够引发印度人采取系统性的措施来缓解它。

目前,印度多个地区已经开始用更加清洁的天然气取代柴火,只是天然气的价格相对较贵。为了说服当地人增强环保意识,史密斯和他的团队又对“UCB颗粒和温度传感器”做了升级,使它更加适用于污染比较严重的印度。比如,在一些印度村庄,当地颗粒物浓度已经超过了每升5万微克,这是美国最脏城市的1000倍,是美国环境保护署所认证的安全水平的30000倍。

随着科技的发展,科学家们相信,在未来,室内空气监测设备的应用越来越广泛。如果将污染监测设备安装到烟民家中,几周后,三分之二的烟民就会表态自己将控制室内吸烟量;如果放到小汽车里,就会监测到汽车内部的空气污染。

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