林明彬，吳金順，劉鴻煒，張暢暢，蘇壯壯，李 林

(1.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201；2.華北科技學(xué)院 建筑工程學(xué)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(shí)施嚴(yán)格的防護(hù)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(shí)間置身于相對(duì)密閉的環(huán)境下，可能會(huì)引發(fā)建筑綜合癥[2]。室內(nèi)人員的開關(guān)窗行為對(duì)于降低感染風(fēng)險(xiǎn)、維持人體健康需求的新風(fēng)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(fēng)換氣與人體健康存在關(guān)聯(lián)[6]，合理的通風(fēng)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(fēng)行為的因素尚未明確，研究結(jié)果對(duì)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(gè)房間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該建筑外圍護(hù)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(jì)。

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(cè)儀，室外環(huán)境數(shù)據(jù)由空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)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(shí)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(rèn)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(cè)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(duì)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(fēng)級(jí)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(duì)開窗通風(fēng)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(duì)開窗行為總影響

2.1.1 室內(nèi)PM2.5

PM2.5又稱細(xì)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(biāo)準(zhǔn)》[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(duì)較為敏感人群會(huì)有影響；室內(nèi)PM2.5濃度超過115 μg/m3時(shí)空氣質(zhì)量較差，對(duì)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(dāng)室內(nèi)PM2.5濃度為91～100 μg/m3，開窗概率達(dá)到最大值。室內(nèi)PM2.5濃度超過75 μg/m3時(shí)樣本量相對(duì)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(duì)此無較明顯感知。因此，PM2.5濃度無法作為驅(qū)動(dòng)因素分析，僅可能認(rèn)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(fù)相關(guān)，開窗概率隨室內(nèi)CO2濃度升高而降低，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)》[10]，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度不超過1000 ppm，空氣質(zhì)量良好；當(dāng)CO2濃度超過1000 ppm，室內(nèi)空氣質(zhì)量逐漸變差；當(dāng)達(dá)到一定濃度，室內(nèi)人員可能會(huì)有明顯不良反應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)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(fēng)的驅(qū)動(dòng)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(duì)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(cè)得，或達(dá)到一定濃度后產(chǎn)生強(qiáng)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)》的[10]，當(dāng)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(shí)，空氣品質(zhì)逐漸變差，而當(dāng)甲醛濃度大于0.5 mg/m3，室內(nèi)人員會(huì)有明顯不適癥狀，如刺激眼睛、惡心干嘔。據(jù)統(tǒng)計(jì)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(fēng)驅(qū)動(dòng)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(shì)，如圖4所示，當(dāng)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(shì)。當(dāng)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(huì)選擇開窗通風(fēng)來保證室內(nèi)有充足的新風(fēng)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(duì)濕度

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

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(duì)濕度升高呈緩慢下降趨勢(shì)。當(dāng)室外相對(duì)濕度為41%～50%時(shí)，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(fēng)級(jí)

開窗概率隨室外風(fēng)級(jí)的升高呈略微下降的趨勢(shì)。如圖8所示，當(dāng)風(fēng)級(jí)小于2時(shí)，開窗概率達(dá)最大值。在居家隔離期間，為保持室內(nèi)通風(fēng)量，即使室外風(fēng)級(jí)大于4時(shí)，室外人員仍傾向于保持開窗狀態(tài)。

圖8 室外風(fēng)級(jí)與開窗概率的關(guān)系

2.2 環(huán)境因素對(duì)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(gè)房間開窗概率分別在溫度19～20℃，21～22℃，19～20℃，21～22℃時(shí)達(dá)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(shì)。

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(shì)，當(dāng)室外溫度為21～25℃，開窗率達(dá)最大值。而B房間開窗趨勢(shì)與其他房間有所不同，呈下降趨勢(shì)，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(huì)開窗通風(fēng)增加室內(nèi)新風(fēng)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(duì)濕度

圖11表示室內(nèi)相對(duì)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(shì)，B房間為先降后升的趨勢(shì)，C和D房間開窗概率呈現(xiàn)整體上升趨勢(shì)。

圖11 室內(nèi)相對(duì)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(duì)濕度的升高呈明顯下降趨勢(shì)。當(dāng)濕度為41%～50%時(shí)，A、B和D房間的開窗率達(dá)最大，當(dāng)濕度時(shí)是51%～60%時(shí)，C房間開窗率達(dá)最大值。

圖12 室外相對(duì)濕度與各房間開窗概率的關(guān)系

2.2.3 室外風(fēng)級(jí)

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

圖13 室外風(fēng)級(jí)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(duì)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(duì)濕度、室外溫度、室外相對(duì)濕度及室外風(fēng)級(jí)對(duì)開窗行為的影響強(qiáng)度，見表2。

表2為邏輯回歸分析結(jié)果，顯著性檢驗(yàn)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(yàn)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(duì)濕度、室外溫度、室外相對(duì)濕度及室外風(fēng)級(jí)的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式如下：

式中,Tin為室內(nèi)溫度，℃；Hin為室內(nèi)相對(duì)濕度，%；Wout為室外風(fēng)級(jí)；Tout為室外溫度，℃；Hout為室外相對(duì)濕度，%。

回歸系數(shù)B的絕對(duì)值，在回歸方程中表示自變量X對(duì)因變量Y影響大小的參數(shù)，回歸系數(shù)越大表示X對(duì)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(fēng)級(jí)、室內(nèi)相對(duì)濕度和室外相對(duì)濕度，室內(nèi)溫度對(duì)開窗通風(fēng)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(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)斗，“居家、通風(fēng)、空氣、衛(wèi)生”成為人們的關(guān)注重點(diǎn)，室內(nèi)場(chǎng)所成為我們最長久的陪伴。同時(shí)，人們也深刻意識(shí)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(xué)者對(duì)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(duì)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(xiàn)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(duì)新冠疫情期間對(duì)住宅建筑開窗行為影響因素進(jìn)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(fēng)級(jí)。目前針對(duì)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(fēng)的因素。

5 結(jié)論

(1) B和D房間的開窗時(shí)長較長，分別為2924 h、2661 h；A和C房間的開窗時(shí)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(dá)0.322，開窗概率隨室外溫度升高而增加，其次是室外風(fēng)級(jí)。

(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(shí)長存在差異。