同濟(jì)大學(xué) 陳玉卿 高 軍上海建科集團(tuán)股份有限公司 章重洋 李景廣

0 引言

霉菌生長(zhǎng)是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一種常見現(xiàn)象，世界衛(wèi)生組織(WHO)的研究表明，全球約20%的房屋都存在霉菌生長(zhǎng)問題[1]。我國(guó)建筑霉菌污染狀況遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，調(diào)查結(jié)果表明，全國(guó)超過80%的居民建筑均有不同程度的霉菌存在[2]。霉菌生長(zhǎng)不僅會(huì)影響建筑的美觀，損壞建筑結(jié)構(gòu)特性，還會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境和人員健康造成巨大危害[3]。美國(guó)醫(yī)學(xué)研究所(IOM)的研究報(bào)告指出，室內(nèi)表面的霉菌會(huì)釋放揮發(fā)性有機(jī)物(微生物VOC或MVOC)，這些懸浮的霉菌產(chǎn)物如被室內(nèi)人員吸入，可引起咳嗽、哮喘等呼吸道疾病[4-5]。世界衛(wèi)生組織在潮濕與霉菌危害的研究報(bào)告中指出，在美國(guó)存在潮濕和霉菌問題的家庭中，呼吸道疾病的患病率增加約30%～70%[1]。王晗等人基于橫斷面調(diào)查方法，發(fā)現(xiàn)住宅室內(nèi)潮濕和霉菌問題與兒童哮喘及過敏性疾病存在顯著的相關(guān)性，其中“霉點(diǎn)”與鼻炎之間的相關(guān)性尤為顯著[6]。此外，霉菌生長(zhǎng)還會(huì)嚴(yán)重影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合征等疾病的發(fā)生[7]。

鑒于圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌生長(zhǎng)的普遍性和危害性，從20世紀(jì)60—70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)其生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)展開了大量的研究。Ayerst[8]和Smith等人[9]基于瓊脂培養(yǎng)法研究了溫度和濕度對(duì)霉菌生長(zhǎng)速率的影響，并給出了曲霉屬菌(Aspergillus)及青霉屬菌(Penicillium)等菌屬生長(zhǎng)速率隨溫濕度變化的等值線簇。Johansson等人以木材、石膏等建筑材料為培養(yǎng)基，確定了不同建材表面霉菌生長(zhǎng)的臨界含水量[10-12]?；诖罅看祟惷咕囵B(yǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，諸多學(xué)者開發(fā)了不同的霉菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型，其中一些主流的生長(zhǎng)模型如表1所示。綜合分析各生長(zhǎng)模型，可以看出多數(shù)模型均考慮了溫度、相對(duì)濕度、培養(yǎng)基和暴露時(shí)間等影響霉菌生長(zhǎng)的主要因素。其中，應(yīng)用較為廣泛的包括VTT模型和WUFI等值線模型。然而，VTT模型和WUFI等值線模型均未考慮具體菌屬對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)的影響。而Clarke等人的研究表明，不同菌屬霉菌生長(zhǎng)所需的溫濕度范圍差異較大[13]。此外，VTT模型未考慮各類建材表面霉菌生長(zhǎng)的差異性，而WUFI等值線模型也只是簡(jiǎn)單地將建材分為兩大類，在實(shí)際使用中也會(huì)出現(xiàn)建材分類模糊，造成預(yù)測(cè)不便或預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)實(shí)不符等問題。因此，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的菌屬進(jìn)行鑒定和分析，同時(shí)建立合理的方式表征建材影響，對(duì)合理預(yù)測(cè)霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。此外，對(duì)霉菌種類的識(shí)別還有助于霉菌相關(guān)疾病的診斷和預(yù)防。

本文以上海市某居民小區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)其中存在發(fā)霉現(xiàn)象的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行霉菌采集，通過DNA高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)霉菌種類進(jìn)行識(shí)別，從而確定建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中所出現(xiàn)的霉菌菌屬?；诰鷮僮R(shí)別結(jié)果，選擇文獻(xiàn)中對(duì)應(yīng)菌屬的培養(yǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建出基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的霉菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)溫度-濕度-生長(zhǎng)速率等值線模型；再基于Sautour提出的最佳溫度狀態(tài)下霉菌生長(zhǎng)速率與相對(duì)濕度的函數(shù)關(guān)系式[24]，對(duì)上述等值線模型進(jìn)行進(jìn)一步修正；通過定義長(zhǎng)霉因子來(lái)表征材料特性對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響。最后，基于此模型對(duì)上海市典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并將結(jié)果與Sedlbauer提出的等值線模型進(jìn)行對(duì)比。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌種類識(shí)別

圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌種類識(shí)別研究的對(duì)象為上海市某居民小區(qū)，對(duì)其中存在發(fā)霉現(xiàn)象的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行霉菌樣品采集和鑒定分析。霉菌樣品現(xiàn)場(chǎng)采集的主要方法有擦拭取樣、黏合取樣、接觸平皿取樣和體積取樣等，其中體積取樣是在建筑材料表面進(jìn)行霉菌取樣的最常見方法[25]。本文采用體積取樣法，以主要霉點(diǎn)為中心從發(fā)霉墻體表面取2 mm×2 mm的樣品塊(如圖1所示)，針對(duì)每個(gè)發(fā)霉部位取3個(gè)樣品塊作為1個(gè)完整樣品，用塑封袋封裝；標(biāo)記樣品編號(hào)并記錄建筑年代信息；利用干冰將采集樣品冷藏帶回。本文共調(diào)查發(fā)霉建筑住戶29戶，采集霉菌樣品29例，按照建筑年代分別對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，其中F、E和N分別代表50年代建筑、1979—1985年建筑及1989—1995年建筑，F(xiàn)、E和N類建筑霉菌樣品數(shù)分別為8例、10例和11例。

圖1 霉菌體積取樣

本文采用DNA高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)霉菌種類進(jìn)行識(shí)別，該技術(shù)是基于特定DNA序列的分離，從而靶向特定的表型以獲取微生物特征的一種生物學(xué)鑒定技術(shù)。其中霉菌的鑒定是基于真菌rDNA ITS測(cè)序技術(shù)，由于ITS序列在絕大多數(shù)真菌中表現(xiàn)出序列多態(tài)性，而在種內(nèi)相對(duì)一致，種間差異明顯，因此廣泛用于真菌鑒定。通過提取霉菌樣品DNA，再利用PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一項(xiàng)DNA體外合成放大技術(shù))技術(shù)擴(kuò)增出真菌的ITS區(qū)序列，將所得序列與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，從而確定真菌種類。與傳統(tǒng)的培養(yǎng)法識(shí)別相比，DNA測(cè)序技術(shù)不但能夠快速靈敏地完成鑒定工作，還能夠提高微生物鑒別的準(zhǔn)確性[25-26]。

圖2為29例霉菌樣品種類識(shí)別的結(jié)果?？梢钥闯?，各樣品霉菌識(shí)別的結(jié)果大致可分為以下幾類：1)樣品為某單一菌屬占主導(dǎo)。如樣品F006、F007、E003、E007、N001、N010中，芽枝霉屬菌(Cladosporium)的相對(duì)豐度均接近100%；樣品F003中，青霉屬菌(Penicillium)的相對(duì)豐度接近100%；E008和N011中，曲霉屬菌(Aspergillus)的相對(duì)豐度接近100%。2)樣品表現(xiàn)為2種菌屬主導(dǎo)。如樣品E004和E005中，枝霉屬菌和青霉屬菌的相對(duì)豐度各占約40%～50%。3)樣品中菌屬成分復(fù)雜。為了便于后續(xù)建立霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，本文以某菌屬在所有樣品中出現(xiàn)次數(shù)不少于1/3且單個(gè)樣品中相對(duì)豐度不低于10%作為標(biāo)準(zhǔn)，得出建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的主要霉菌種類為芽枝霉屬菌、青霉屬菌和曲霉屬菌。

圖2 霉菌種類識(shí)別結(jié)果

圖3顯示了不同年代建筑中3種主要菌屬的平均相對(duì)豐度結(jié)果。可以看出，在3類建筑中，3種主要菌屬的總相對(duì)豐度均為65%左右，其中芽枝霉屬菌的相對(duì)豐度均較大，超過30%。對(duì)于F和E類建筑，芽枝霉屬菌、青霉屬菌和曲霉屬菌的相對(duì)豐度分布類似，3種菌屬分別約占35%、20%和10%。而對(duì)于N類建筑，3種菌屬分別占46.5%、3.7%和16.2%。

圖3 3類建筑中3種主要菌屬的平均相對(duì)豐度分布

2 霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等值線模型

等值線模型是霉菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)的一種常用模型，其原理為：基于不同溫濕度狀態(tài)點(diǎn)下的霉菌培養(yǎng)數(shù)據(jù)，得出各生長(zhǎng)速率下溫濕度狀態(tài)點(diǎn)集，形成用于霉菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)的溫度-濕度-生長(zhǎng)速率等值線簇。Sedlbauer基于文獻(xiàn)中霉菌培養(yǎng)數(shù)據(jù)開發(fā)的等值線模型已被納入圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕評(píng)價(jià)軟件WUFI，是目前霉菌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中應(yīng)用較為廣泛的模型之一[18]。然而該模型存在以下不足：1) 未對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中所出現(xiàn)的具體菌屬進(jìn)行識(shí)別分析，因此所采用的培養(yǎng)數(shù)據(jù)缺乏針對(duì)性；2) 由于該模型僅基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過包絡(luò)方法得到一系列等值線，因此對(duì)于等值線間及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不涉及的溫濕度區(qū)域，該模型未能給出很好的解釋；3) 該模型通過將建筑材料分為兩大類來(lái)考慮材料特性對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響，這樣的分類過于粗糙，無(wú)法表征材料特性。因此，本文首先基于圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌識(shí)別結(jié)果選擇相應(yīng)的霉菌培養(yǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)等值線模型進(jìn)行修正；再基于最佳溫度狀態(tài)下霉菌生長(zhǎng)速率與相對(duì)濕度的函數(shù)關(guān)系，對(duì)等值線間及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)未涉及的溫濕度區(qū)域的霉菌生長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析；最后通過定義長(zhǎng)霉因子以表征建材特性對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響。

2.1 基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的等值線模型

霉菌生長(zhǎng)可以通過多種方式來(lái)衡量，例如菌落直徑、菌體干重的增加、不同類型孢子的產(chǎn)生速率等。先前研究表明，菌落直徑的線性增長(zhǎng)可以較好地描述不同溫濕度下霉菌生長(zhǎng)的情況。Ayerst[8]和Smith等人[9]以瓊脂作為培養(yǎng)基，針對(duì)溫度0～40 ℃、相對(duì)濕度70%～100%環(huán)境下的霉菌生長(zhǎng)情況進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)霉菌識(shí)別結(jié)果，本文選擇芽枝霉屬菌、青霉屬菌和曲霉屬菌的代表性菌種(如表2所示)的培養(yǎng)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行模型修正。

表2 3種菌屬的代表性菌種

霉菌生長(zhǎng)溫度-濕度-生長(zhǎng)速率等值線構(gòu)建采用數(shù)學(xué)包絡(luò)法，即在確定某一生長(zhǎng)速率μ下的等值線時(shí)，為了防止其中任意一種霉菌的生長(zhǎng)，以所有單個(gè)菌種溫濕度等值線的最低包絡(luò)線作為該生長(zhǎng)速率下的等值線，記為L(zhǎng)IMμ。Sedlbauer的研究表明，利用雙曲余弦函數(shù)的半曲線可以較好地包絡(luò)各類霉菌生長(zhǎng)的溫濕度狀態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(如式(1)所示)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同生長(zhǎng)速率下的霉菌生長(zhǎng)等值線具有近似平行的特性。因此，為便于建模和模型使用，近似認(rèn)為各生長(zhǎng)速率下的等值線均相互平行。

LIMμ：φ=acosh(b(θ-θopt))+c

(1)

式中a、b、c為擬合系數(shù)；θ和θopt分別為環(huán)境溫度和霉菌生長(zhǎng)最佳溫度。

對(duì)于芽枝霉屬菌、青霉屬菌和曲霉屬菌，其θopt在20～35 ℃之間，本研究中取綜合θopt等于30 ℃。由此得到生長(zhǎng)速率μ分別為0.1、0.5、1、2、3、4 mm/d時(shí)所對(duì)應(yīng)的等值線，如圖4所示。表3為各生長(zhǎng)速率下LIMμ的表達(dá)式?？梢钥闯?，對(duì)于不同菌屬，其生長(zhǎng)所需的溫濕度范圍在屬間存在較大差異：在溫度方面，芽枝霉屬菌、青霉屬菌生長(zhǎng)所需的最佳溫度為20～25 ℃，而曲霉屬菌生長(zhǎng)所需的最佳溫度約為25～30 ℃。因此，從圖4可以看出，LIMμ在0～20 ℃時(shí)的邊界主要受到芽枝屬菌和青霉屬菌的限制(陰影區(qū)域1)。在相對(duì)濕度方面，曲霉屬菌生長(zhǎng)所需的最低相對(duì)濕度小于另外2種菌屬，因此，曲霉屬菌對(duì)LIMμ低濕邊界的影響較大(陰影區(qū)域2)。圖5為根據(jù)霉菌識(shí)別結(jié)果和文獻(xiàn)中培養(yǎng)數(shù)據(jù)所得的等值線模型最終結(jié)果。

2.2 生長(zhǎng)速率修正

上述基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的等值線模型在解釋等值線間及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)未涉及的溫濕度區(qū)域的霉菌生長(zhǎng)情況時(shí)存在困難，即：1) 溫濕度狀態(tài)點(diǎn)處于μ>4 mm/d和μ<0.1 mm/d時(shí)，無(wú)法根據(jù)既有等值線給出相應(yīng)的生長(zhǎng)速率；2) 各等值線間溫濕度狀態(tài)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)速率，只能通過簡(jiǎn)單的線性插值求取，而顯然圖5中的等值線并非線性分布，因此插值法的合理性也值得商榷。為了解決這些問題，本文基于最佳溫度狀態(tài)下霉菌生長(zhǎng)速率與相對(duì)濕度的函數(shù)關(guān)系式(如式(2)所示)，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行進(jìn)一步修正。

(2)

式中μopt為霉菌生長(zhǎng)的最大速率；φopt、φmax、φmin分別為霉菌生長(zhǎng)所需的最佳、最大和最小相對(duì)濕度。

基于表3中的關(guān)系式，可計(jì)算出當(dāng)溫度θ=θopt=30 ℃時(shí)，各生長(zhǎng)速率所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度，如表4所示。

基于式(2)對(duì)表4數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖6所示，得到φopt、φmax、φmin分別為97.5%、97.3%、74.2%，μopt為9.016 mm/d?？梢钥闯觯谙鄬?duì)濕度達(dá)到最佳值之前，生長(zhǎng)速率隨著相對(duì)濕度增大而增大，增速逐漸增大，根據(jù)擬合結(jié)果，最大生長(zhǎng)速率可達(dá)9.016 mm/d。而當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到某個(gè)極限值后，霉菌生長(zhǎng)速率不再增大，反而會(huì)下降，這一結(jié)果可以解釋為當(dāng)相對(duì)濕度接近100%時(shí)，霉菌生長(zhǎng)會(huì)受到阻礙，這與實(shí)際研究結(jié)果相符。需要

表3 各生長(zhǎng)速率下等值線表達(dá)式

圖5 基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的等值線模型

表4 最佳溫度狀態(tài)下各生長(zhǎng)速率對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度

說明的是，由于上述擬合參數(shù)是基于3個(gè)菌屬綜合數(shù)據(jù)所得，因此與單個(gè)菌屬的擬合數(shù)據(jù)可能會(huì)存在一定偏差。但在解釋整體的霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以認(rèn)為這樣的擬合結(jié)果是可以接受的。

圖6 生長(zhǎng)速率擬合結(jié)果

基于擬合曲線，即可反解出最佳溫度θopt狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)于各生長(zhǎng)速率的相對(duì)濕度，從而確定出修正后的等值線模型，如圖7所示。其中，反解出的LIM 0可以視作霉菌生長(zhǎng)的臨界曲線，即當(dāng)溫濕度狀態(tài)點(diǎn)在該曲線上方時(shí)，可能存在霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)。LIM 0曲線為：φ=0.026 33cosh(0.100 83(θ-30))+0.715 3。在實(shí)際應(yīng)用中，以某時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的溫濕度狀態(tài)點(diǎn)作為輸入?yún)?shù)，根據(jù)式(1)可求出與該溫濕度狀態(tài)點(diǎn)位于同一條等值線上(θ=θopt)的相對(duì)濕度；將該相對(duì)濕度作為式(2)的輸入?yún)?shù)，即可求得對(duì)應(yīng)的該時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的生長(zhǎng)速率；將逐時(shí)生長(zhǎng)速率對(duì)時(shí)間求和，即可求出某個(gè)時(shí)間段內(nèi)霉菌生長(zhǎng)的指標(biāo)參數(shù)，以此作為霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)依據(jù)。

圖7 生長(zhǎng)速率修正后的等值線模型

2.3 材料特性修正

上述等值線模型是基于最佳培養(yǎng)基(麥芽瓊脂)下的霉菌培養(yǎng)數(shù)據(jù)所得，而在實(shí)際情況中，建筑材料所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)較少，因此其表面的霉菌生長(zhǎng)往往需要更高的溫濕度水平。Johansson以常見建材為培養(yǎng)基，研究了在10 ℃和22 ℃下霉菌生長(zhǎng)所需的臨界相對(duì)濕度φcrit，如表5所示[27]。可以看出，相比于圖7中的臨界相對(duì)濕度，建材表面同等溫度下的臨界相對(duì)濕度更高。因此，為區(qū)別不同材料對(duì)于霉菌生長(zhǎng)的影響程度，定義在某一溫度下最佳培養(yǎng)基上霉菌生長(zhǎng)的臨界相對(duì)濕度與某一建材表面霉菌生長(zhǎng)的臨界相對(duì)濕度之比為該建材在該溫度下的長(zhǎng)霉因子Rm，θ，即

(3)

由此可以得到常見建材的長(zhǎng)霉因子，如表5所示。可以看出，材料長(zhǎng)霉因子根據(jù)溫度不同稍有差異，但總體上差距不大。因此，可通過將最佳培養(yǎng)基上求得的霉菌生長(zhǎng)速率乘以相應(yīng)的長(zhǎng)霉因子定性分析各材料間霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)的差異。

表5 10 ℃和22 ℃時(shí)各建材表面霉菌生長(zhǎng)的臨界相對(duì)濕度[27]及長(zhǎng)霉因子

2.4 模型誤差分析

本霉菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型基于霉菌現(xiàn)場(chǎng)采集鑒定實(shí)驗(yàn)結(jié)果及霉菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立，同時(shí)進(jìn)行了生長(zhǎng)速率及建材種類的修正。相比于Sedlbauer提出的等值線模型，本模型更加符合我國(guó)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌生長(zhǎng)的實(shí)際情況，同時(shí)也提高了在等值線間溫濕度狀態(tài)點(diǎn)、不同建材表面霉菌生長(zhǎng)等方面評(píng)價(jià)的精度和合理性。但由于在建模過程中做了相應(yīng)的簡(jiǎn)化，因此本模型在以下方面存在誤差：

1) 本模型主要考慮了影響霉菌生長(zhǎng)的四大主要因素——溫度、濕度、培養(yǎng)基及暴露時(shí)間。對(duì)于一些次要因素如pH值、光照強(qiáng)度等，由于其對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響程度較小[18]，因此本模型未予以考慮。由于最佳培養(yǎng)基情況下這些次要因素往往處于最理想情況，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的實(shí)際情況往往達(dá)不到最理想情況，因此對(duì)于這些方面的忽略使本模型具備一定的安全(無(wú)霉菌生長(zhǎng))余量。

2) 由于霉菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是基于特定的穩(wěn)態(tài)溫濕度工況，而實(shí)際情況下溫濕度狀態(tài)是動(dòng)態(tài)變化的，因此本研究忽略了溫濕度狀態(tài)變化對(duì)霉菌生長(zhǎng)速率的具體影響。Johansson的研究表明，溫濕度狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化會(huì)在一定程度上降低霉菌生長(zhǎng)的速率[27]。因此，這一因素的忽略同樣使模型具備一定的安全余量。

3) 各材料的長(zhǎng)霉因子是基于特定溫度狀態(tài)，從而定性表征不同材料對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響程度，因此據(jù)其計(jì)算所得的霉菌生長(zhǎng)量可能與實(shí)際結(jié)果存在差異，但在比較不同材料表面霉菌生長(zhǎng)的程度時(shí)，可以認(rèn)為通過該因子所得結(jié)果是有效的。如果想要定量描述某材料表面霉菌的生長(zhǎng)量，還需要進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

綜合來(lái)說，由于忽略了部分在建模時(shí)處于最理想情況的次要因素，本模型在霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)時(shí)還是相對(duì)保守的，即具備一定的安全余量。如果需要定量描述動(dòng)態(tài)溫濕度邊界下各類建材表面霉菌生長(zhǎng)的情況，還需要進(jìn)行相應(yīng)的培養(yǎng)分析。

3 典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析

基于上述修正模型，對(duì)上海市典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。圖8顯示了一典型的外保溫結(jié)構(gòu)，主體材料為混凝土，保溫材料為EPS，外飾層和連接層為砂漿。為分析室內(nèi)相對(duì)濕度對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，室內(nèi)全年溫濕度變化簡(jiǎn)化為正弦變化[28]，平均相對(duì)濕度分別設(shè)置為60%、65%、70%和75%，全年相對(duì)濕度波動(dòng)范圍設(shè)置為20%；平均溫度為20 ℃，全年溫度波動(dòng)范圍設(shè)置為4 ℃。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕耦合計(jì)算采用WUFI Pro軟件，由此得到墻體內(nèi)表面的全年逐時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)。以此數(shù)據(jù)作為輸入值，基于修正后的霉菌模型計(jì)算全年霉菌生長(zhǎng)指數(shù)。

圖8 典型外保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)

為了研究不同工況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面材料對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響，分別選擇內(nèi)表面材料為最佳培養(yǎng)基材料及常見的灰泥材料。圖9給出了不同室內(nèi)工況下2種圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料內(nèi)表面霉菌生長(zhǎng)速率逐時(shí)值?？梢钥闯觯谏虾５貐^(qū)，夏季室內(nèi)溫度較高，此時(shí)若室內(nèi)相對(duì)濕度也同樣處于較高水平，則容易引發(fā)霉菌快速生長(zhǎng)，且霉菌生長(zhǎng)速率隨著室內(nèi)相對(duì)濕度增大而增大。同時(shí)，材料屬性對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響也較為明顯，對(duì)于平均相對(duì)濕度為75%的情況，當(dāng)內(nèi)表面材料為最佳培養(yǎng)基材料時(shí)，最大生長(zhǎng)速率約為0.23 mm/d。而當(dāng)內(nèi)表面材料為灰泥材料時(shí)，最大生長(zhǎng)速率約為0.18 mm/d。

由此得出結(jié)論，當(dāng)夏季室內(nèi)相對(duì)濕度越高，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面材料的長(zhǎng)霉因子越大時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)也越大。因此，控制夏季室內(nèi)相對(duì)濕度及選擇長(zhǎng)霉因子小的內(nèi)表面材料是防止墻體內(nèi)表面霉菌生長(zhǎng)的2個(gè)可行措施。

為了比較修正后的模型與Sedlbauer模型在評(píng)價(jià)霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)方面的差異性，利用二者對(duì)室內(nèi)相對(duì)濕度為75%工況下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算分析。圖10顯示了2種模型對(duì)于不同內(nèi)表面材料年霉菌生長(zhǎng)量計(jì)算結(jié)果的對(duì)比(即對(duì)圖9中一年的逐時(shí)霉菌生長(zhǎng)率進(jìn)行求和)?？梢钥闯觯琒edlbauer模型中2類建材年霉菌生長(zhǎng)總量相差超過100 mm。而從本文提出的模型來(lái)看，對(duì)于不同的飾面材料，如灰泥、刨花板和膠合板等，其年霉菌生長(zhǎng)總量相差較小。這說明，利用修正后的模型可以更好地反映出不同飾面材料霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)的大小，即提高霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的精度，避免由于材料選擇導(dǎo)致霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)的高估或低估。

圖10 相對(duì)濕度75%工況下不同材料霉菌年生長(zhǎng)量Sedlbauer模型與修正模型比較

4 結(jié)論與展望

本文通過現(xiàn)場(chǎng)采集和DNA高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的霉菌進(jìn)行了識(shí)別。在此基礎(chǔ)上，基于文獻(xiàn)中培養(yǎng)數(shù)據(jù)、最佳溫度下霉菌生長(zhǎng)速率與相對(duì)濕度函數(shù)關(guān)系及常用建材表面霉菌生長(zhǎng)臨界相對(duì)濕度對(duì)等值線模型進(jìn)行了修正。利用修正后的模型對(duì)上海市典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)在不同室內(nèi)相對(duì)濕度水平下的霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果與Sedlbauer等值線模型進(jìn)行了比較。研究得到的主要結(jié)論有：

1) 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的主要霉菌種類為芽枝霉屬菌、青霉屬菌和曲霉屬菌；對(duì)于不同年代的建筑，上述3類菌屬相對(duì)豐度分布稍有不同，但總體占比均約為65%。

2) 基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和生長(zhǎng)速率擬合，得到了修正后的等值線模型，該模型以某時(shí)刻的溫濕度數(shù)據(jù)作為輸入條件，求取任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)的霉菌生長(zhǎng)速率，再對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，求取對(duì)應(yīng)時(shí)間段的生長(zhǎng)總量，作為霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。其中，霉菌生長(zhǎng)的溫濕度邊界為：LIM 0：φ=0.026 33cosh(0.100 83(θ-30))+0.715 3。

3) 為表征不同建材對(duì)于霉菌生長(zhǎng)的影響，定義了長(zhǎng)霉因子。同一材料不同溫度下的長(zhǎng)霉因子稍有不同，但差異不大。給出了常用建材的長(zhǎng)霉因子。

4) 對(duì)于上海地區(qū)典型的外保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面的霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)隨夏季室內(nèi)相對(duì)濕度增大而增大，因此控制夏季室內(nèi)相對(duì)濕度及選擇長(zhǎng)霉因子小的內(nèi)表面材料是防止霉菌生長(zhǎng)的2種可行手段。此外，模型對(duì)比結(jié)果顯示，通過提出長(zhǎng)霉因子，可以提高霉菌生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精度。