新冠疫情期间住宅建筑开窗行为影响因素研究

林明彬，吴金顺，刘鸿炜，张畅畅，苏壮壮，李 林

(1.华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 065201；2.华北科技学院 建筑工程学院，北京 东燕郊 065201)

0 引言

自新型冠状病毒肺炎(COVID-19，简称“新冠肺炎”)以湖北武汉为中心到疫情席卷全国，我国各地区普遍实施严格的防护措施。新型冠状病毒的传播途径主要包括经呼吸道飞沫和密切接触传播，因此国家要求全国人民居家隔离以减少新冠肺炎的传播[1]。但人们长时间置身于相对密闭的环境下，可能会引发建筑综合症[2]。室内人员的开关窗行为对于降低感染风险、维持人体健康需求的新风量及保持良好的室内环境品质具有重要作用[3-5]。

已有研究表明建筑通风换气与人体健康存在关联[6]，合理的通风可以有效降低病毒感染的可能性。在此新冠疫情期间，影响室内人员开窗通风行为的因素尚未明确，研究结果对于了解新冠肺炎疫情期间居民开窗行为特征具有重要的参考意义。

1 研究方法

1.1 建筑信息

本研究选取福建省泉州地区某住宅小区4个房间进行监测。该建筑外围护结构由干净混凝土和红砖构成，楼宇周围均为住宅区，无噪音源，无树木遮挡，噪声和光照遮挡方面可忽略不计。

1.2 数据采集

本研究室内环境参数均取于安装在房间的空气质量检测仪，室外环境数据由空气质量在线监测分析平台获得[7]，开关窗数据由门窗传感器收集。设备参数详情见表1。采样时间为1月20日～3月17日。

表1 仪器设备详情

1.3 数据处理

通过设备收集8种环境参数，并排除可能由电源或认为干扰造成的数据异常。室内PM2.5浓度总体分布：1～100 μg/m3，本文根据浓度间隔(10 μg/m3)将测试数据分为10组；室内CO2浓度分布为：401～600 ppm，共分为4组(浓度间隔：50 ppm)；室内甲醛浓度分布为：0～0.5 mg/m3共分为5组(浓度间隔0.1 mg/m3)；室内温度分布为15～22℃，共分为4组(温度间隔：2℃)；室内相对湿度分布为：31%RH～80%RH，共分为5组(湿度间隔10%)；室外温度分布为：6～30℃，共分为5组(温差间隔5℃)；室外风级分布为：共分为4组(依次为:小于2;2;3;大于等于4)。

2 研究结果

室内外环境参数对开窗通风的影响主要由环境参数设定范围内的开窗百分比与参数之间的关系来体现。通过图表分析判断各单因素与开窗行为的相关性。

2.1 环境因素对开窗行为总影响

2.1.1 室内PM2.5

PM2.5又称细颗粒物[8-9]，它是空气污染物的主要成分之一，只能通过设备仪器判断PM2.5。根据GB/T18883-2002《室内空气质量标准》[10]，PM2.5浓度不高于75 μg/m3，室内空气良好；75～115 μg/m3，空气质量为轻度污染，对较为敏感人群会有影响；室内PM2.5浓度超过115 μg/m3时空气质量较差，对人体健康存在极大危害。如图1所示，随着室内PM2.5浓度的上升，开窗概率明显升高。当室内PM2.5浓度为91～100 μg/m3，开窗概率达到最大值。室内PM2.5浓度超过75 μg/m3时样本量相对较少，PM2.5浓度平均值为45 μg/m3，最大仅为92 μg/m3，室内人员对此无较明显感知。因此，PM2.5浓度无法作为驱动因素分析，仅可能认为开窗行为与PM2.5浓度存在相关性。

图1 室内PM2.5浓度与开窗概率的关系

2.1.2 室内CO2

如图2所示，室内CO2浓度与开窗概率呈负相关，开窗概率随室内CO2浓度升高而降低，当室内CO2浓度为401～450 ppm，开窗概率最大。根据GB/T18883-2002《室内空气质量标准》[10]，当室内CO2浓度不超过1000 ppm，空气质量良好；当CO2浓度超过1000 ppm，室内空气质量逐渐变差；当达到一定浓度，室内人员可能会有明显不良反应。据统计疫情期间室内CO2浓度平均为429 ppm，最大仅为574 ppm，室内人员在此浓度范围内无任何感知。因此，CO2浓度无法作为开窗通风的驱动力，仅可能说明CO2浓度与开窗行为存在关联。

图2 室内CO2浓度与开窗概率的关系

2.1.3 室内甲醛

甲醛为无色有刺激性气味，对人眼、鼻等有刺激作用，它是室内空气污染物主要成分之一[11]。甲醛浓度无法用肉眼判断，仅能靠一起测得，或达到一定浓度后产生强烈气味。如图3所示，随室内甲醛浓度上升，开窗概率发生变化。当甲醛浓度为0.21～0.3 mg/m3，开窗概率为最大值。根据GB/T18883-2002《室内空气质量标准》的[10]，当室内甲醛浓度为0～0.1 mg/m3，空气质量良好；甲醛浓度超过0.1 mg/m3时，空气品质逐渐变差，而当甲醛浓度大于0.5 mg/m3，室内人员会有明显不适症状，如刺激眼睛、恶心干呕。据统计新冠疫情期间室内甲醛浓度平均为0.02 mg/m3，最大仅为0.47 mg/m3。因此，本研究中无法将甲醛浓度作为开窗通风驱动因素，仅可能表明甲醛浓度与开窗行为存在相关性。

图3 室内甲醛浓度与开窗概率的关系

2.1.4 温度

开窗概率随室内温度的升高呈上升趋势，如图4所示，当室内温度为21～22℃，开窗概率最高。结合图5发现，开窗概率随室外温度的升高开窗概率呈上升趋势。当室外温度为26～30℃，开窗概率最大，为63.2%，说明随着气温逐渐回暖，且该地区疫情逐渐变好，室内人员会选择开窗通风来保证室内有充足的新风量。

图4 室内温度与开窗概率的关系

图5 室外温度与开窗概率的关系

2.1.5 相对湿度

如图6所示，随着室内相对湿度的升高，开窗概率呈先降后逐渐上升趋势，当相对湿度为71%～80%时，开窗概率达最大。在新冠疫情期间，室内相对湿度高达71% ～80%，为保持室内环境良好，室内人员会开窗通风。

图6 室内湿度与开窗概率的关系

如图7所示，开窗概率随室外相对湿度升高呈缓慢下降趋势。当室外相对湿度为41%～50%时，开窗概率最大，为49.1%。说明在此范围内室内人员体感最为舒适，超过50%，开窗概率逐渐略有下降。

2.1.6 室外风级

开窗概率随室外风级的升高呈略微下降的趋势。如图8所示，当风级小于2时，开窗概率达最大值。在居家隔离期间，为保持室内通风量，即使室外风级大于4时，室外人员仍倾向于保持开窗状态。

图8 室外风级与开窗概率的关系

2.2 环境因素对各房间开窗行为的影响

2.2.1 温度

图9表示不同房间开窗概率在不同室内温度下的差异。A、B、C、D,四个房间开窗概率分别在温度19～20℃，21～22℃，19～20℃，21～22℃时达到最大值。发现A与C房间开窗行为存在相似性，呈现先升后降；B与D房间开窗行为较为相似，呈现先降后升的趋势。

图9 室内温度与各房间开窗概率的关系

图10表示室外温度与各房间开窗概率之间的关系，大部分房间开窗概率随室外温度的升高呈上升趋势，当室外温度为21～25℃，开窗率达最大值。而B房间开窗趋势与其他房间有所不同，呈下降趋势，但整体上保持高开窗率，为64.6%，可能是室内结构与类型的不同所导致。整体而言，随着室外温度回暖，且该地区疫情逐渐变好，室内人员会开窗通风增加室内新风量，来调节室内空气品质。

图10 室外温度与各房间开窗概率的关系

2.2.2 相对湿度

图11表示室内相对湿度与各房间开窗概率的关系，A房间呈现为先升后降得趋势，B房间为先降后升的趋势，C和D房间开窗概率呈现整体上升趋势。

图11 室内相对湿度与各房间开窗概率的关系

由图12可知，各房间整体开窗概率随室外相对湿度的升高呈明显下降趋势。当湿度为41%～50%时，A、B和D房间的开窗率达最大，当湿度时是51%～60%时，C房间开窗率达最大值。

图12 室外相对湿度与各房间开窗概率的关系

2.2.3 室外风级

图13显示各房间开窗概率与室外风级的关系，发现随室外风级升高，A房间开窗率呈现先降后升的趋势；B、C和D房间呈现下降趋势。

图13 室外风级与各房间开窗概率的关系

3 逻辑回归

逻辑回归(Logistic regression)广泛用于研究二分类或多分类，最为常用的是二元逻辑回归[12-14]，在利用二元逻辑回归对开窗行为研究中，窗户状态是因变量，即开窗状态“开”和“关”两种状态，符合二元逻辑回归中因变量的要求，且逻辑回归的因变量与自变量之间的关系是非线性的。本研究所采集数据均符合要求，因此选用二元逻辑回归来建立开窗行为与其影响因素之间的模型。

Logistic回归将分析出各户中室内温度、室内相对湿度、室外温度、室外相对湿度及室外风级对开窗行为的影响强度，见表2。

表2为逻辑回归分析结果，显著性检验分析得出各变量的显著性水平均小于0.05，符合显著性水平验证要求。新冠疫情期间居民开窗概率与室内温度、室内相对湿度、室外温度、室外相对湿度及室外风级的数学关系表达式如下：

式中,Tin为室内温度，℃；Hin为室内相对湿度，%；Wout为室外风级；Tout为室外温度，℃；Hout为室外相对湿度，%。

回归系数B的绝对值，在回归方程中表示自变量X对因变量Y影响大小的参数，回归系数越大表示X对Y的影响越大[13-14]。从表2可以看出，在新冠疫情期间泉州住宅建筑开窗行为影响最大的环境参数是室外温度，其次是室外风级、室内相对湿度和室外相对湿度，室内温度对开窗通风行为影响较小。

表2 逻辑回归分析结果

4 讨论

新冠肺炎疫情席卷全国，全国人民开展了一场没有硝烟的战斗，“居家、通风、空气、卫生”成为人们的关注重点，室内场所成为我们最长久的陪伴。同时，人们也深刻意识到室内环境的重要性，更加注重室内空气品质。由于新型冠状病毒的特殊性，即通过呼吸道飞沫在空气种传播，因此，居家隔离期间的开窗行为更具有重要意义。

目前国内外学者对室内空气研究主要集中在住宅建筑和办公建筑，而且没有仅对夏热冬暖地区的研究。本研究发现，住宅建筑开窗行为主要影响因素是室内外温度与CO2浓度[15-16]。而办公建筑开窗行为的主要影响因素是室内外温度[17-18]。在大量文献调研发现，住宅建筑中开窗行为也存在差异性，差异源于不同功能性房间，如卧室、厨房、浴室，因此研究住宅开窗行为中也需分类分析。

本文针对新冠疫情期间对住宅建筑开窗行为影响因素进行分析，研究发现，室外温度是新冠疫情下住宅建筑主要影响因素，其次是室外风级。目前针对新冠疫情期间开窗规律研究仅有一篇，但并未说明影响室内人员开窗通风的因素。

5 结论

(1) B和D房间的开窗时长较长，分别为2924 h、2661 h；A和C房间的开窗时长分别为1942h和746h。

(2) 新冠疫情期间室外温度是住宅建筑开窗行为的主要影响因子，回归系数达0.322，开窗概率随室外温度升高而增加，其次是室外风级。

(3) 同一建筑，不同结构和用途的房间，其开窗行为也存在差异。例如B和D房间类型为卫生间，A和C房间类型为大厅，明显发现不同功能性房间其开窗时长存在差异。