ESE专栏｜北京大学沈国锋团队：通过厨房改造缓解家庭空气污染暴露

图片摘要

成果简介

近日，北京大学沈国锋研究员团队在ESE上发表了题为“Mitigating Household Air Pollution Exposure Through Kitchen Renovation”的论文。文章通过对中国农村家庭厨房布局和通风类型进行的全国性调查，评估了不同布局和通风情景下室内PM_2.5和人群暴露风险。研究测算，如果全国农村的厨房都与其他室内空间进行物理分隔，且安装排风扇等通风设施，可有效降低室内PM_2.5暴露，避免近67,400人的过早死亡，获得约190亿美元的健康效益。健康收益超过了厨房改造所需成本。研究结果表明，与推进农村地区清洁能源转型所面临的挑战相比，具有成本效益的厨房改造也是改善室内环境质量，保护人群健康的有效途径。

引言

室内固体燃料的不完全燃烧直接造成严重的家庭空气污染，危害人体健康。减轻固体燃料燃烧造成的家庭空气污染，使用清洁能源，是许多国家的重要任务，也是联合国可持续发展目标的关键指标SDG 7。虽然清洁能源污染排放低，但对于很多低收入的农村家庭来说，清洁能源的高成本也带来了很大的能源经济负担。

事实上，除了清洁能源转型，加强排风等措施也可降低室内空气污染程度，且其成本相对较低，居民接受度也较高。考虑到将厨房与其他房间隔开，以及加装通风扇等措施对室内污染及人群暴露具有直接影响，本研究开展了中国农村家庭厨房特征的全国性调查，并基于调查数据分析厨房改造的潜力。本研究分析了影响厨房隔断与通风设备安装等行为的因素，基于统计计算模型，将室内PM_2.5水平与不同的家庭特征因素定量关联，开展了针对农村家庭进行厨房改造的健康影响和成本效益的情景模拟。

图文导读

导读内容一：中国农村地区厨房特征

文章首先总结了不同地区农村的独立厨房与通风设备的普及比例。在中国农村，超过80%的家庭拥有与其他房间隔开的厨房。但机械通风装置并不常见，只有31%的农村家庭配备了改善空气质量的设备，而且存在显著的地区差异。在中国东南部，超过40%的农村家庭拥有机械通风系统，对比之下，在中国西北和东北等地区，这一比例降至19%。根据调查数据，仍有约6900万农村居民居住在同时缺乏通风设备和独立厨房的房屋中，这往往导致烹饪活动与燃料燃烧产生的污染物不能很好地扩散，室内空气质量变差。

农村厨房特征会受到各种社会经济和自然地理因素的影响。如图1所示，关键的社会经济因素，如人均收入和教育水平，与农村家庭拥有通风设备的可能性显著相关。更高的收入和教育水平往往会提高人们对室内环境质量和人群健康保护的意识，以及进行厨房改造的投资能力。相比之下，降雨、温度、风速等自然地理因素对通风设备采纳情况的空间格局差异影响较小。

图1  厨房特征（本研究中的机械通风和独立厨房）与影响因素（包括社会经济和自然地理因素）之间的相关性分析。左侧的热图显示了因素之间的相关性，斜线显示了各个因素的分布，右侧的数值是这些因素之对应的相关系数。

导读内容二：不同厨房特征下的PM_2.5暴露水平

综合农村居民行为模式数据、室内布局及污染数据，农村地区的人口加权PM_2.5暴露水平约为136±48 μg·m⁻³，有机械通风设备和独立厨房的家庭加权暴露量相对较低，为97±38 μg·m⁻³。对比之下，在没有通风且厨房未隔开的家庭，居民暴露可达到了202±62 μg·m⁻³。

居民家庭能源类型的差异是影响室内污染水平的重要因素。如图2所示，使用电、天然气等清洁能源烹饪的家庭，其PM_2.5水平要比使用煤炭、生物质等传统固体燃料家庭室内PM_2.5水平低得多。具体而言，通风良好且使用清洁能源的家庭PM_2.5暴露水平为92±36 μg·m⁻³，而依赖固体燃料且无通风设备的家庭，其综合暴露水平接近240 μg·m⁻³。

图2  农村地区的人口加权PM_2.5暴露水平。a. 使用不同能源烹饪的家庭的暴露水平。符号“+”和“-”分别表示是否存在机械通风设备/独立厨房。b. 城市水平配备机械通风设备和独立厨房的家庭比例散点图，用点颜色表示的相应暴露水平。

导读内容三：厨房改造的健康收益

文章设定了减少农村居民PM_2.5暴露的三种情景：在所有家庭（1）安装厨房通风设备，（2）将厨房与其他房间隔开，以及（3）同时实施这两项措施。虽然将厨房与其他房间隔开仅能使农村居民暴露水平平均降低约7%，但通风设备的安装产生的影响显著，暴露水平降至150±48μg·m⁻³。情景3结合了这两种厨房干预措施，可以进一步降低约23%的PM_2.5暴露，缩小地区差距，尤其是有利于低收入农村地区的暴露降低。

如图3所示，2019年，如果按照情景3进行大规模厨房改造，因PM_2.5暴露导致的过早死亡人数会有明显降低。值得注意的是，由于暴露与健康风险之间的非线性关系，过早死亡人数的减少不如PM_2.5浓度水平的降低明显。因此，建议在经济条件允许的情况下采取其他措施，如居民清洁能源转型和室外空气污染控制，以进一步保障农村居民健康。健康风险货币化分析表明，情景3改造可以将由PM_2.5暴露导致的货币化健康损失从2490亿美元减少到2300亿美元，而在现有情况下进行全国翻修的总成本估计为120亿美元。因此，进行厨房改造获得的健康收益货币化结果要显著大于成本投入。基于此，相关部门和机构可积极推动农村地区厨房改造，特别是在使用传统固体燃料，但又没有排风扇等厨房通风设施的家庭，这种改造可直接提高室内空气质量，获得显著的相关健康效益。

图3  不同情景下的人口加权暴露水平（a）、过早死亡人数（b）和经济损失（c）。

结论

本研究在全国范围内对中国农村家庭厨房的特点进行了调查，重点关注了独立厨房、机械通风的空间格局及其关键影响因素。虽然大多数农村家庭的厨房与其他房间分开，但只有大约三分之一的家庭配备了风扇等机械通风设备。机械通气设施的配置受到收入和教育水平的显著影响。总体而言，中国农村厨房机械通风的普及率仍较低。厨房改造在显著减少人类接触有害空气污染物方面具有很大的潜力，从厨房改造方案的成本效益分析中可以明显看出，厨房改造的健康效益将远远超过相关成本。因此，旨在促进厨房改造的政府干预措施将是必要和有效的。

作者简介

通讯作者：沈国锋，北京大学城市与环境学院新体制助理教授、研究员。主要研究方向是污染物区域环境过程和效应，聚焦居民能源结构、燃烧排放、污染暴露和健康风险评估等开展了系列基础研究工作。先后主持国家自然科学基金委优秀青年基金、面上基金，科技部重点研发计划“政府间国际科技创新合作”中欧旗舰项目、科技部“第二次青藏高原综合科学考察”专题等10余项，作为骨干成员参与国家基金委重大项目、重点基金等。以第一/通讯作者在National Science Review，Nature Communications，Nature Human Behavior，ES&T，《科学通报》等环境地学领域知名期刊上发表SCI论文近100篇；在Nature Energy，PNAS，the Lancet Planetary Health, ES&T等合作研究论文百余篇。目前，兼任中国地理学会环境地理专委会副主任委员，环境科学学会室内环境与环境分会青委会副主任委员、环科学会污染源排放与控制专委会、新污染物治理专委会等委员。担任《生态毒理学报》、AECT等杂志副主编/编委。

个人主页：http://www.ues.pku.edu.cn/jszy/sgf/sgfgrjl/4f46b3725aa94a4cb16f354acfd25ea3.htm

第一作者：门亚泰，北京大学城市与环境学院硕士研究生。

引用信息

Men, Y., Jiang, K., Li, Y., Xing, R., Luo, Z., Huang, T., ... & Shen, G. (2024). Mitigating Household Air Pollution Exposure Through Kitchen Renovation. Environmental Science and Ecotechnology 23: 100501.

DOI: 10.1016/j.ese.2024.100501

往期推荐