室内空气污染的潜在危害-五步揭露

空气污染是导致哮喘等疾病的主要原因¹心脏病中风肺癌²可能还有痴呆^3.．在室外空气污染方面，在科学指导下改进的标准和法规在过去30年里显著降低了世界许多地区的颗粒物、氮氧化物和二氧化硫的排放⁴．室内空气污染并没有受到同样的关注，尽管它可能在全球造成几乎同样多的死亡——根据世界卫生组织(WHO)的数据，2020年将有320万人死亡，而与受污染的室外空气有关的死亡人数约为350万人go.nature.com/3jngf7x)．

在工业化国家，大多数人80% - 90%的时间都呆在室内——无论是在私人住宅，还是在学校、工作场所、交通枢纽、医院和超市等公共场所。这些空间通常不受法律强制执行的环境空气质量标准的约束。相比之下，世界卫生组织(WHO)、联合国环境规划署(United Nations Environment Programme)等机构就各国应如何评估和管理室外空气质量提出的全球建议已被广泛采用。这些都是通过国家法规和法律规定的最低空气质量标准来保护公众的⁵．

室内空气污染致命，科学需要加强

关于室内空气污染的科学也不如室外空气污染的科学发达，这使得政府很难制定有针对性的政策和控制措施。建筑业主和运营商可能不认为空气质量是他们的责任，或者可能不知道如何改善空气质量，也不知道不这样做的风险。此外，内部和外部污染物的类型和行为不同。通风在室内有着至关重要的作用。一氧化碳等污染物在室外被稀释后，会在室内积聚。除了污染之外，包括冠状病毒和流感病毒在内的呼吸道病原体也可以在室内更容易聚集和在人与人之间传播，COVID-19大流行和最新的流感疫情已经证明了这一点。

多年来，生活在空气质量差的环境中对健康的危害可能会级联。例如，长期接触致癌物质或微粒可能会增加心脏病和中风的风险。

在这里，我们强调了室内空气污染科学需要发展的五个领域，以为标准和政策提供信息，确定工程机会，并为公众，特别是那些最容易受到健康风险影响的人提供建议。

了解什么是有害的

室内空气比室外空气含有更多种类的污染物。有些是双方共同的。例如，柴火和煤火以及炉灶会排放出大量的颗粒物(颗粒尺寸为2.5微米或更小的颗粒物被称为PM)_2.5)．天然气锅炉释放氮氧化物(NO_x)．其他污染物在室内更为常见。一氧化碳来自不完全燃烧，甲醛来自建筑材料和胶水，氡来自建筑物下基岩的天然放射性。所有这些物质都能在体内累积并达到比体外更高的浓度⁶．

建筑材料、织物和家具也会释放出刺激肺部和眼睛的化学物质。挥发性有机化合物从油漆、地毯、木材处理和其他家用产品中释放出来。像溴化阻燃剂这样的持久性化学物质被镶嵌在现代家具中。这些化学物质会发生反应产生二次污染物，如甲醛和PM_2.5，它们具有炎症和致癌的特性。

霉菌在潮湿、通风不良的建筑物中滋生。从霉菌中吸入空气中的真菌孢子可能对某些人的健康产生不利影响，例如哮喘严重程度增加⁷．例如，2022年11月，英国一名验尸官裁定，一名两岁男孩的死亡是由于长期暴露在他所住的出租公寓里的黑色霉菌造成的。

居住者本身会影响室内空气质量。在办公室和教室等多人聚集的封闭房间里，二氧化碳的含量会高到足以导致认知障碍。人的呼吸可以释放携带病毒和细菌的飞沫或较小的气溶胶，传播感染⁸．挥发性有机化合物也可能被呼出，并被皮肤产生和吸收，影响二次污染物的形成。

这种多样性使得定义良好的室内空气质量具有挑战性。通风系统通常使用CO₂作为代理。这一指标在评估与人类和呼吸有关的排放方面效果很好，但对于溶剂挥发物或霉菌孢子的流行情况却几乎没有说明。

研究人员需要设计一套广泛的室内空气质量指标，政策制定者也需要使用这套指标。然后，这些指标可以用于帮助确定研究重点、控制排放、预测影响、限制暴露和衡量结果，并巩固在控制室外污染方面效果良好的空气质量科学的基本框架。

模拟污染物如何形成和积累

室内污染物的浓度取决于五个因素⁶．首先，释放它的源和去除它的汇的大小(例如，通过过滤、沉积或化学反应);第二，室外污染物的浓度，可能通过通风口和窗户进入;第三，分散污染物的气流和湍流量;四是室内外空气交换的程度;第五，空间的维度。

必须将气溶胶纳入气候风险评估

其中一些参数是很容易测量的，比如房间的大小、室外浓度和空气交换的速率。其他的，例如源和汇的力量，则更难评估。室外污染物的排放通常是相对于活动来量化的，比如NO的克数_x每行驶一公里所排放的废气。它们被编入排放清单，一些用于监管目的，另一些用于研究。然而，很少有这样的室内空气估计。

研究人员需要为家用电器、材料和人类活动产生的室内排放建立更好的清单。这将具有挑战性:例如，在测量数百种家用产品挥发性有机化合物的排放时，如何捕捉它们的成分和人们每天接触到它们的情况?点_2.5需要确定每公斤烹饪食物所释放的气溶胶，并根据身体类型和体力消耗水平估计人体呼吸所呼出的气溶胶。对个人行为的依赖也应加以探讨。

需要室内空气化学模型来评估污染物去除或形成的速度。一些模型根据室外大气化学机制进行了调整，以考虑光和紫外线水平的降低，并估计室内表面(如家具)污染的损失⁹．但是化学物质在室内降解的过程与在室外降解的过程不同。氧化(一个分子失去一个或多个电子)很重要，可以将甲烷等相对良性的室内化学物质转化为有害化合物，包括甲醛和次级PM_2.5(ref。¹⁰)．在较低的室内紫外线水平下，硝酸盐(NO_3.)，臭氧和氯在氧化中的作用比主要的室外氧化剂羟基(OH)自由基更大。

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对室内空气的观察也很少，不足以作为模型的基准。例如，在家中或工作场所，很难进入私人空间收集数据。研究室内空气的实验历来在资助者的优先级清单上排名靠后。但在过去五年中，相关研究有所增加;已经收集了一些数据集，涵盖了室内广泛的化学物质，尽管只针对少数测试家庭，主要是在美国。这些数据集是测试室内空气控制假设是否正确以及干预措施是否可能有效的关键¹¹．它们应该扩展到不同类型的建筑和施工。

空气污染物如PM的毒性_2.5室内也需要更好地建立。它可能与室外不同，因为这些颗粒来自不同的过程，比如炉灶而不是汽车尾气。大多数将空气污染与健康影响联系起来的流行病学研究都是在基于室外空气质量的数据集上进行的。我们需要更好地了解长期低水平暴露于室内污染物的影响。

探索局部变化的影响

建筑的建造、通风、运营和使用方式的多样性是对与政策相关的室内空气质量科学的最大挑战。虽然室外空气测量可以被设计成代表一个广泛的地理区域，但室内空气质量可能只与一个房间有关。通常很难确定一种污染物的“典型”室内浓度可能是多少。建筑风格和材料、气候和能源，以及行为和文化习俗都影响室内空气。在同一条街上的相同房屋中，仅由于居住者行为的差异，挥发性有机化合物的浓度就可能相差1000倍左右¹²．例如，美国、日本或尼日利亚的家庭，由于使用的产品和生活安排的差异，可能含有不同的污染物。然而，通过观察污染很少的家庭的做法，这些变化也可以提供解决方案。

虽然可以看出一些趋势(见“室内空气质量指标”)，但仍需要建立关于室内空气污染浓度的长期数据集和有代表性的调查。以英国为例，在过去25年里，潮湿家庭的比例减少了一半以上，部分原因是中央供暖系统的广泛使用。家庭使用煤炭，吸烟，油漆中的化学物质和NO排放_x从燃气燃烧开始都在下降。相比之下，化妆品和个人护理产品中挥发性有机化合物的排放量有所增加，与现在流行的木材燃烧相关的污染物也有所增加。随着住宅能源效率的提高，平均而言，住宅的通风情况有所下降。这有利于减少CO₂排放但不一定对室内空气质量有影响。这些趋势是如何共同影响家庭和公共场所的空气的，目前尚不清楚。

气候变化、适应和脱碳对室内空气的影响也需要探讨。向潮湿、多风环境的转变往往会减少PM等室外污染物_2.5但可能会增加内部潮湿和发霉。炎热的天气会增加室外的臭氧，而臭氧会被吸入室内。居民们可能会打开窗户，增加通风，或者把窗户关起来，打开空调。气候对室内空气的影响取决于建筑物的年代和构造。

了解改善室内空气质素的最佳方法

决策者需要科学证据来帮助他们确定干预措施的优先次序，并制定改善室内空气质量的战略。有许多选择，但很难量化每种干预措施的效果(见go.nature.com/3wv28vt)．一般来说，在户外，消除最大的污染源是最有效的。这可能意味着用电炉取代煤气灶，或者重新配制产品——例如，把含有丁烷和丙烷的除臭剂和空气清新剂等喷雾剂换成氮气或空气。一些室内污染源大得惊人——在英国，压缩气雾剂罐现在释放的挥发性有机化合物比汽油车还多¹³．

用于模具，生物气溶胶和CO₂，良好的建筑管理措施，确保充足的供暖，气流和空气交换与室外是有效的¹⁴．增加通风将产生能量权衡，因为在寒冷的天气中热量会损失，但工程解决方案是可行的。

检测网络的巨大缺口困扰着排放监测

空气过滤器(有时被称为净化器)能很好地降低室内颗粒物的水平，包括PM_2.5生物气溶胶和病毒，但对气态污染物效果较差。空气过滤既昂贵又耗能;在某些地方，打开窗户可能更有效。为建筑业主提供定制建议的预测模型是必要的。

建筑脱碳提供了一个重新思考如何管理和改善室内空气质量的机会。在增加通风的同时，通过加热(在较冷的国家)或冷却(在较热的国家)最小化能量损失的需求之间取得平衡是一个重要的工程挑战。为了减少能源消耗，需要在有足够通风的情况下设置更好的绝缘，以避免污染在室内积聚。

热交换器提供了一种解决方案，即在空气离开房屋之前重新捕获流体中的能量。但这些设备造价昂贵，而且很难安装在老建筑中。主要为脱碳而设计的各种技术的影响需要量化。

支持基于科学的建议

实现更清洁的室内空气的科学路线图需要克服许多挑战。谁暴露最多，在哪里?污染的主要来源是什么?哪些有益的行动(技术、行为和监管)将产生最大的影响?科学界必须提供证据来做出这些决定并鼓励采取行动。如果要捕捉建筑、行为和天气的范围，科学努力必须是全球性的，而关于清洁室内空气的科学建议将不可避免地是针对特定国家和地区的。

监测室内环境污染应成为公共场所的标准做法。室内排放清单急需投资。在不降低能源效率的情况下减少室内暴露的更好建议需要大量依赖测量。有代表性的公共建筑和住宅必须建立较长的时间序列，以告知未来的建筑标准。

需要充分描述通风、过滤和紫外线等干预措施。每个解决方案将只处理影响的一个子集，并且将需要多个操作。与大多数公共卫生干预措施一样，许多导致大规模改变的渐进式改进比等待少量的变革性改进更有可能有效。

至关重要的是，脱碳、建筑改进和室内空气质量的改善应尽可能在全社会公平地进行。依赖于住户投资的策略，例如安装热泵、空气过滤器和通风系统，将使利益向有能力支付的人倾斜。

受室内空气质量差影响最大、健康状况本来就不佳的人，往往是那些收入较低、居住在依赖老式燃气或固体燃料供暖的家庭、潮湿的家庭以及室外污染严重地区的人。支持这些人是至关重要的。低收入和中等收入国家面临着额外的挑战，例如，木材、木炭或煤炭等固体燃料仍然是室内烹饪和取暖的主要组成部分。

地方和国家政府必须确保为合租、合租或出租住房的居民以及公共室内空间提供良好的室内空气质量。例如，在法国，学校对一系列污染物的监测是强制性的。除了国家干预，雇主还必须确保工作场所安全、健康，包括空气质量良好。

与室外一样，在全球范围内改善室内空气质量，需要对科学和工程研究进行持续投资，并开展国际合作，分享测量、建模和减排方面的最佳实践。研究人员现在应该拿出证据，让政府、企业和个人拿起接力棒，制定基于科学的室内空气质量全球标准，以减少排放、暴露和危害。