新冠疫情期間住宅建筑開窗行為影響因素研究

林明彬，吳金順，劉鴻煒，張暢暢，蘇壯壯，李 林

(1.華北科技學院 安全工程學院，北京 東燕郊 065201；2.華北科技學院 建筑工程學院，北京 東燕郊 065201)

0 引言

自新型冠狀病毒肺炎(COVID-19，簡稱“新冠肺炎”)以湖北武漢為中心到疫情席卷全國，我國各地區(qū)普遍實施嚴格的防護措施。新型冠狀病毒的傳播途徑主要包括經(jīng)呼吸道飛沫和密切接觸傳播，因此國家要求全國人民居家隔離以減少新冠肺炎的傳播[1]。但人們長時間置身于相對密閉的環(huán)境下，可能會引發(fā)建筑綜合癥[2]。室內(nèi)人員的開關(guān)窗行為對于降低感染風險、維持人體健康需求的新風量及保持良好的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)具有重要作用[3-5]。

已有研究表明建筑通風換氣與人體健康存在關(guān)聯(lián)[6]，合理的通風可以有效降低病毒感染的可能性。在此新冠疫情期間，影響室內(nèi)人員開窗通風行為的因素尚未明確，研究結(jié)果對于了解新冠肺炎疫情期間居民開窗行為特征具有重要的參考意義。

1 研究方法

1.1 建筑信息

本研究選取福建省泉州地區(qū)某住宅小區(qū)4個房間進行監(jiān)測。該建筑外圍護結(jié)構(gòu)由干凈混凝土和紅磚構(gòu)成，樓宇周圍均為住宅區(qū)，無噪音源，無樹木遮擋，噪聲和光照遮擋方面可忽略不計。

1.2 數(shù)據(jù)采集

本研究室內(nèi)環(huán)境參數(shù)均取于安裝在房間的空氣質(zhì)量檢測儀，室外環(huán)境數(shù)據(jù)由空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺獲得[7]，開關(guān)窗數(shù)據(jù)由門窗傳感器收集。設(shè)備參數(shù)詳情見表1。采樣時間為1月20日～3月17日。

表1 儀器設(shè)備詳情

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過設(shè)備收集8種環(huán)境參數(shù)，并排除可能由電源或認為干擾造成的數(shù)據(jù)異常。室內(nèi)PM2.5濃度總體分布：1～100 μg/m3，本文根據(jù)濃度間隔(10 μg/m3)將測試數(shù)據(jù)分為10組；室內(nèi)CO2濃度分布為：401～600 ppm，共分為4組(濃度間隔：50 ppm)；室內(nèi)甲醛濃度分布為：0～0.5 mg/m3共分為5組(濃度間隔0.1 mg/m3)；室內(nèi)溫度分布為15～22℃，共分為4組(溫度間隔：2℃)；室內(nèi)相對濕度分布為：31%RH～80%RH，共分為5組(濕度間隔10%)；室外溫度分布為：6～30℃，共分為5組(溫差間隔5℃)；室外風級分布為：共分為4組(依次為:小于2;2;3;大于等于4)。

2 研究結(jié)果

室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)對開窗通風的影響主要由環(huán)境參數(shù)設(shè)定范圍內(nèi)的開窗百分比與參數(shù)之間的關(guān)系來體現(xiàn)。通過圖表分析判斷各單因素與開窗行為的相關(guān)性。

2.1 環(huán)境因素對開窗行為總影響

2.1.1 室內(nèi)PM2.5

PM2.5又稱細顆粒物[8-9]，它是空氣污染物的主要成分之一，只能通過設(shè)備儀器判斷PM2.5。根據(jù)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》[10]，PM2.5濃度不高于75 μg/m3，室內(nèi)空氣良好；75～115 μg/m3，空氣質(zhì)量為輕度污染，對較為敏感人群會有影響；室內(nèi)PM2.5濃度超過115 μg/m3時空氣質(zhì)量較差，對人體健康存在極大危害。如圖1所示，隨著室內(nèi)PM2.5濃度的上升，開窗概率明顯升高。當室內(nèi)PM2.5濃度為91～100 μg/m3，開窗概率達到最大值。室內(nèi)PM2.5濃度超過75 μg/m3時樣本量相對較少，PM2.5濃度平均值為45 μg/m3，最大僅為92 μg/m3，室內(nèi)人員對此無較明顯感知。因此，PM2.5濃度無法作為驅(qū)動因素分析，僅可能認為開窗行為與PM2.5濃度存在相關(guān)性。

圖1 室內(nèi)PM2.5濃度與開窗概率的關(guān)系

2.1.2 室內(nèi)CO2

如圖2所示，室內(nèi)CO2濃度與開窗概率呈負相關(guān)，開窗概率隨室內(nèi)CO2濃度升高而降低，當室內(nèi)CO2濃度為401～450 ppm，開窗概率最大。根據(jù)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》[10]，當室內(nèi)CO2濃度不超過1000 ppm，空氣質(zhì)量良好；當CO2濃度超過1000 ppm，室內(nèi)空氣質(zhì)量逐漸變差；當達到一定濃度，室內(nèi)人員可能會有明顯不良反應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計疫情期間室內(nèi)CO2濃度平均為429 ppm，最大僅為574 ppm，室內(nèi)人員在此濃度范圍內(nèi)無任何感知。因此，CO2濃度無法作為開窗通風的驅(qū)動力，僅可能說明CO2濃度與開窗行為存在關(guān)聯(lián)。

圖2 室內(nèi)CO2濃度與開窗概率的關(guān)系

2.1.3 室內(nèi)甲醛

甲醛為無色有刺激性氣味，對人眼、鼻等有刺激作用，它是室內(nèi)空氣污染物主要成分之一[11]。甲醛濃度無法用肉眼判斷，僅能靠一起測得，或達到一定濃度后產(chǎn)生強烈氣味。如圖3所示，隨室內(nèi)甲醛濃度上升，開窗概率發(fā)生變化。當甲醛濃度為0.21～0.3 mg/m3，開窗概率為最大值。根據(jù)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》的[10]，當室內(nèi)甲醛濃度為0～0.1 mg/m3，空氣質(zhì)量良好；甲醛濃度超過0.1 mg/m3時，空氣品質(zhì)逐漸變差，而當甲醛濃度大于0.5 mg/m3，室內(nèi)人員會有明顯不適癥狀，如刺激眼睛、惡心干嘔。據(jù)統(tǒng)計新冠疫情期間室內(nèi)甲醛濃度平均為0.02 mg/m3，最大僅為0.47 mg/m3。因此，本研究中無法將甲醛濃度作為開窗通風驅(qū)動因素，僅可能表明甲醛濃度與開窗行為存在相關(guān)性。

圖3 室內(nèi)甲醛濃度與開窗概率的關(guān)系

2.1.4 溫度

開窗概率隨室內(nèi)溫度的升高呈上升趨勢，如圖4所示，當室內(nèi)溫度為21～22℃，開窗概率最高。結(jié)合圖5發(fā)現(xiàn)，開窗概率隨室外溫度的升高開窗概率呈上升趨勢。當室外溫度為26～30℃，開窗概率最大，為63.2%，說明隨著氣溫逐漸回暖，且該地區(qū)疫情逐漸變好，室內(nèi)人員會選擇開窗通風來保證室內(nèi)有充足的新風量。

圖4 室內(nèi)溫度與開窗概率的關(guān)系

圖5 室外溫度與開窗概率的關(guān)系

2.1.5 相對濕度

如圖6所示，隨著室內(nèi)相對濕度的升高，開窗概率呈先降后逐漸上升趨勢，當相對濕度為71%～80%時，開窗概率達最大。在新冠疫情期間，室內(nèi)相對濕度高達71% ～80%，為保持室內(nèi)環(huán)境良好，室內(nèi)人員會開窗通風。

圖6 室內(nèi)濕度與開窗概率的關(guān)系

如圖7所示，開窗概率隨室外相對濕度升高呈緩慢下降趨勢。當室外相對濕度為41%～50%時，開窗概率最大，為49.1%。說明在此范圍內(nèi)室內(nèi)人員體感最為舒適，超過50%，開窗概率逐漸略有下降。

2.1.6 室外風級

開窗概率隨室外風級的升高呈略微下降的趨勢。如圖8所示，當風級小于2時，開窗概率達最大值。在居家隔離期間，為保持室內(nèi)通風量，即使室外風級大于4時，室外人員仍傾向于保持開窗狀態(tài)。

圖8 室外風級與開窗概率的關(guān)系

2.2 環(huán)境因素對各房間開窗行為的影響

2.2.1 溫度

圖9表示不同房間開窗概率在不同室內(nèi)溫度下的差異。A、B、C、D,四個房間開窗概率分別在溫度19～20℃，21～22℃，19～20℃，21～22℃時達到最大值。發(fā)現(xiàn)A與C房間開窗行為存在相似性，呈現(xiàn)先升后降；B與D房間開窗行為較為相似，呈現(xiàn)先降后升的趨勢。

圖9 室內(nèi)溫度與各房間開窗概率的關(guān)系

圖10表示室外溫度與各房間開窗概率之間的關(guān)系，大部分房間開窗概率隨室外溫度的升高呈上升趨勢，當室外溫度為21～25℃，開窗率達最大值。而B房間開窗趨勢與其他房間有所不同，呈下降趨勢，但整體上保持高開窗率，為64.6%，可能是室內(nèi)結(jié)構(gòu)與類型的不同所導(dǎo)致。整體而言，隨著室外溫度回暖，且該地區(qū)疫情逐漸變好，室內(nèi)人員會開窗通風增加室內(nèi)新風量，來調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣品質(zhì)。

圖10 室外溫度與各房間開窗概率的關(guān)系

2.2.2 相對濕度

圖11表示室內(nèi)相對濕度與各房間開窗概率的關(guān)系，A房間呈現(xiàn)為先升后降得趨勢，B房間為先降后升的趨勢，C和D房間開窗概率呈現(xiàn)整體上升趨勢。

圖11 室內(nèi)相對濕度與各房間開窗概率的關(guān)系

由圖12可知，各房間整體開窗概率隨室外相對濕度的升高呈明顯下降趨勢。當濕度為41%～50%時，A、B和D房間的開窗率達最大，當濕度時是51%～60%時，C房間開窗率達最大值。

圖12 室外相對濕度與各房間開窗概率的關(guān)系

2.2.3 室外風級

圖13顯示各房間開窗概率與室外風級的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨室外風級升高，A房間開窗率呈現(xiàn)先降后升的趨勢；B、C和D房間呈現(xiàn)下降趨勢。

圖13 室外風級與各房間開窗概率的關(guān)系

3 邏輯回歸

邏輯回歸(Logistic regression)廣泛用于研究二分類或多分類，最為常用的是二元邏輯回歸[12-14]，在利用二元邏輯回歸對開窗行為研究中，窗戶狀態(tài)是因變量，即開窗狀態(tài)“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，符合二元邏輯回歸中因變量的要求，且邏輯回歸的因變量與自變量之間的關(guān)系是非線性的。本研究所采集數(shù)據(jù)均符合要求，因此選用二元邏輯回歸來建立開窗行為與其影響因素之間的模型。

Logistic回歸將分析出各戶中室內(nèi)溫度、室內(nèi)相對濕度、室外溫度、室外相對濕度及室外風級對開窗行為的影響強度，見表2。

表2為邏輯回歸分析結(jié)果，顯著性檢驗分析得出各變量的顯著性水平均小于0.05，符合顯著性水平驗證要求。新冠疫情期間居民開窗概率與室內(nèi)溫度、室內(nèi)相對濕度、室外溫度、室外相對濕度及室外風級的數(shù)學關(guān)系表達式如下：

式中,Tin為室內(nèi)溫度，℃；Hin為室內(nèi)相對濕度，%；Wout為室外風級；Tout為室外溫度，℃；Hout為室外相對濕度，%。

回歸系數(shù)B的絕對值，在回歸方程中表示自變量X對因變量Y影響大小的參數(shù)，回歸系數(shù)越大表示X對Y的影響越大[13-14]。從表2可以看出，在新冠疫情期間泉州住宅建筑開窗行為影響最大的環(huán)境參數(shù)是室外溫度，其次是室外風級、室內(nèi)相對濕度和室外相對濕度，室內(nèi)溫度對開窗通風行為影響較小。

表2 邏輯回歸分析結(jié)果

4 討論

新冠肺炎疫情席卷全國，全國人民開展了一場沒有硝煙的戰(zhàn)斗，“居家、通風、空氣、衛(wèi)生”成為人們的關(guān)注重點，室內(nèi)場所成為我們最長久的陪伴。同時，人們也深刻意識到室內(nèi)環(huán)境的重要性，更加注重室內(nèi)空氣品質(zhì)。由于新型冠狀病毒的特殊性，即通過呼吸道飛沫在空氣種傳播，因此，居家隔離期間的開窗行為更具有重要意義。

目前國內(nèi)外學者對室內(nèi)空氣研究主要集中在住宅建筑和辦公建筑，而且沒有僅對夏熱冬暖地區(qū)的研究。本研究發(fā)現(xiàn)，住宅建筑開窗行為主要影響因素是室內(nèi)外溫度與CO2濃度[15-16]。而辦公建筑開窗行為的主要影響因素是室內(nèi)外溫度[17-18]。在大量文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，住宅建筑中開窗行為也存在差異性，差異源于不同功能性房間，如臥室、廚房、浴室，因此研究住宅開窗行為中也需分類分析。

本文針對新冠疫情期間對住宅建筑開窗行為影響因素進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，室外溫度是新冠疫情下住宅建筑主要影響因素，其次是室外風級。目前針對新冠疫情期間開窗規(guī)律研究僅有一篇，但并未說明影響室內(nèi)人員開窗通風的因素。

5 結(jié)論

(1) B和D房間的開窗時長較長，分別為2924 h、2661 h；A和C房間的開窗時長分別為1942h和746h。

(2) 新冠疫情期間室外溫度是住宅建筑開窗行為的主要影響因子，回歸系數(shù)達0.322，開窗概率隨室外溫度升高而增加，其次是室外風級。

(3) 同一建筑，不同結(jié)構(gòu)和用途的房間，其開窗行為也存在差異。例如B和D房間類型為衛(wèi)生間，A和C房間類型為大廳，明顯發(fā)現(xiàn)不同功能性房間其開窗時長存在差異。