冬暖夏热地区办公建筑窗户使用行为及影响因素研究＊

谢晓欢 周含芝 苟中华 陈珊※

1 深圳大学建筑与城市规划学院

2 格里芬大学工程与建筑环境学院

窗户设计是建筑设计的重要策略，它既影响建筑物的能耗，又影响室内空气质量与室内热舒适度。目前针对用户行为的研究是建筑设计领域的热点，各国学者们已投入大量精力提出各种理论和构建模型研究人的行为。大部分研究模型显示，窗户的开关行为会受到各种因素的影响，包括物理环境因素（声光热、空气质量、风速等）、设计因素（窗户位置、朝向、尺寸、开启方式等）、情境因素（季节、一日时间等）、个人习惯因素及生理因素（年龄、性别）等。经过对相关文献的整理和归纳发现，物理环境因素是最普遍的影响因素，对用户的开关窗行为研究起主导作用，且室内外温度被认为是物理环境因素的主要子因素[1-4]。

除此之外，非物理环境因素也被纳入考虑，以构建更为精准的开关窗模型[2，5-8]。相比物理环境因素，针对设计因素对开关窗行为影响的研究相对较少，且多集中在窗户朝向方面[4，9，10]。情境因素包括季节和一天中的时间，是最常见的非物理环境因素，对窗户的开关行为有显著的影响，且很多时候会与物理环境因素相互作用[6，11-17]。个人习惯因素反映了每个人的不同偏好，包括使用者在一天或不同季节内的开窗时间、开窗时长等[4，11，15]。而生理因素是指不同人的性别、年龄、衣着对于开关窗行为产生的影响[12]。

由此可见，目前国内外学术界对影响开关窗行为相关因素的研究已有了一系列的学术成果。然而，各国的开关窗行为研究成果差异性较大，影响因素的选取、同一影响因素的权重值差距极大，影响因素的准确性会受到地区的气候条件、建筑设计、地区的人文习惯等综合因素的影响。而国内对于开关窗户行为的研究都集中在寒冷地区[2，5]及夏热冬冷地区[1，18]，缺少在夏热冬暖地区对使用者开关窗户行为的测量及影响因素验证。并且由于窗户的设计因素不是影响开关窗行为的主要决定因素，这部分因素往往会被忽略。

然而在实际调研中，窗户设计特征对使用者开关窗行为的发生有显著的影响，特别是与使用便利性相关的因素。本研究旨在对此补缺，针对地区特殊性，研究具有显著性作用的因素，选取夏热冬暖地区——深圳的办公室使用者，对开关窗影响因素进行问卷调研，挖掘该地区使用者对物理环境及非物理环境因素影响开关窗行为的主观评价情况，以促进建筑窗户设计策略的科学化和人性化。

1 研究方法

1.1 深圳气候特征

深圳位于广东省中南沿海地区，所处纬度较低，属亚热带海洋性气候。该气候区在春秋两季均有较好的开窗通风条件，气候温和且风速稳定，适宜进行开关窗行为的研究。同时深圳市经济发达，建筑密度较高，办公楼林立，可以为调研提供丰富的案例。

1.2 问卷设置

根据国内外研究人员的研究结果，影响使用者开关窗行为的因素主要分为五类：物理环境因素、设计因素、情境因素、个人习惯因素和生理因素。因此，本问卷采用以上五类因素从使用者的主观评价角度进行调查。除此之外，使用者办公室窗户设计特征也被纳入问卷调查范围，包括房间面积（是否小于30m2）、窗户位置（是否便于开启）、窗户类型（包括幕墙玻璃和传统窗户）以及窗户的开启方式等。同时，不同建筑办公室的通风方式也是影响使用者开关窗行为的重要因素，因此也纳入问卷中，以便对使用者的开关窗行为进行全面、主观的评价。

2 问卷结果分析

2.1 调研背景

为了收集到最真实的使用者数据，本次调研选取有多栋写字楼的深圳中央商务区发放问卷，主要包括南山区CBD和福田CBD，在2019年9月—12月进行为期三个月的调查，收回有效问卷403份。调查内容覆盖深圳的各个区域，尽量避免评价场地过于集中，弱化城市局部小气候差异对研究结果的影响，收集样本结构如图1所示。

选取调查的办公楼投入使用时间超过半年，评价的主体是在各场所工作的办公人员。可以假设受访者对其评价的空间比较熟悉、对环境有较全面的感受，并且性别比例相当，以保证性别对开关窗行为的影响有充足的样本。除了被调查者的性别、年龄和衣着习惯，办公室窗户的设计特征也在问卷调查中有所体现（图2，3）。

2.2 数据分析

1 性别、年龄、衣着习惯占比

2 办公室窗户类型、窗户朝向、窗户开启方式占比

3 办公室窗户位置、窗户形状、通风方式占比

4 子因素均值比较

将问卷数据导入SPSS中进行分析，结果分为三部分——物理环境因素、设计因素和背景因素（包括个人习惯因素和情境因素）。首先分析三类因素的均值，将习惯开窗和不习惯开窗、长时间开窗和短时间开窗的使用者样本分成两个对照组进行研究，前者是评估习惯的频率，后者则是长度。在SPSS中用单因素方差分析来探究组间的差异，研究两个对照组与受访者开关窗户行为之间的关系。再将个人因素（性别、年龄和衣着习惯）与物理环境因素进行拟合，探究对开关窗行为的影响效果。最后从窗户的设计特征入手，研究办公室窗户设计特征的不同使用者对物理环境因素和设计因素的选择是否存有差异。

2.2.1 均值分析

将三类因素导入SPSS中进行均值分析，得出物理环境因素均值3.90，设计因素均值3.34，个人习惯因素和情境因素均值3.30。由此可知，物理环境因素大幅领先于其他因素，而设计因素、个人习惯因素和情境因素非常接近，可以认为没有太大差异。

从子因素均值比较结果来看，与总体因素的比较趋势无太大差异（图4）。在物理环境因素的子因素中，有三个子因素都大于4，分别为4.14、4.28、4.40，而其他因素则没有大于4的子因素。最小值方面，物理环境因素的最小值为3.49，设计因素、个人习惯因素和情境因素则为3.20与2.66，明显小于物理环境因素。整体趋势从左往右逐渐下降，体现了物理环境因素、设计因素、个人习惯因素和情境因素的重要程度逐渐减弱。本调研也证明了设计因素对使用者的开关窗户行为有较大的影响，其中与便利性相关因素（如窗户与位置的距离、窗户的开启方式）的均值都在3.26以上。另外个人习惯因素和情境因素也有一定影响，您到达办公室就习惯打开窗户、您离开办公室就习惯关闭窗户的均值都在3.5以上。

2.2.2 物理环境因素

物理环境因素中，均值最大的是噪音，其次是室外空气质量（PM2.5）和室内空气质量（CO2），其余均小于4（表1）。而在收集开关窗行为数据的实际实验中，噪音因素经常被忽略，这或许是人的主观评价与检测设备结果之间的差距，值得后续继续研究。在SPSS中进行单因素方差分析，对照组1即习惯和不习惯开窗的样本中，除了室内空气质量和噪声两项因素，其余变量p值均小于0.05甚至有些小于0.01，说明其余物理环境因素的影响非常显著。其中差异性最大的是日照时长、太阳辐射和室内湿度，因为本问卷调查在深圳地区进行，日照时长和太阳辐射反映出人们对于南方地区（尤其是夏季）遮阳的重视，并且在回南天室内湿度也有影响，这个结果符合南方地区的气候环境特征。在对照组2即长时间开窗和短时间开窗的样本中，只有室内温度和太阳辐射的变量p值大于0.05且不具有显著性，其余物理环境因素都很显著，说明长时间开窗和短时间开窗的人对于其他因素更加敏感。分析个人特征（性别、年龄、衣着习惯）与物理环境因素的关系，可知性别对物理环境因素的影响显著，大部分变量都低于0.05或者0.01。但是年龄对开窗行为习惯的影响不显著，是因为同一个体，对同一物理环境因素的敏感度已经达到一定程度不再变化。衣着习惯对物理环境因素的选择同样不显著，因为采集样本的地区主要集中在广东深圳，样本过于集中，生活习惯趋同，如果是四季温差较大的地区也许能够体现出此类差异。

2.2.3 设计因素

由表2可知，设计因素中通风类型的均值最大（3.561），其次是窗户朝向（3.529）和窗地比（3.347），窗户开启方式（3.256）和窗户形状（3.196）是最不明显的变量。从建筑学角度分析，使用者对环境的适应性弱化了对窗户形状和窗户开启方式的敏感度，因此这两个因素对使用者的主观评价影响不是很显著。对设计因素进行单因素方差分析，同样根据频率和时间长度分为两个对照组，发现两个组的显著性都很明显，说明对于开窗习惯不同的两类使用者，办公室环境情况和窗户情况仍有显著差异。例如，在对照组1和对照组2的设计因素中，所有子因素p都小于0.05甚至小于0.01，说明所有子因素对习惯开窗和不习惯开窗、长时间开窗和短时间开窗的使用者均具有显著影响。分析个人因素（性别、年龄和衣着习惯）对设计因素的影响发现，个人因素对设计因素的影响均不显著，推断是因为设计因素较为客观，不同性别和年龄的人对此认知相似，而衣着习惯不同的人对于设计因素的改变也没有显著影响。

表1 物理环境因素分析结果

表2 设计因素分析结果

2.2.4 窗户的设计特征

除物理环境因素和设计因素，受访者办公室的窗户设计特征也是重要的影响因素，且这部分是本研究的创新点。结合当前对开关窗行为的研究发现，窗户的设计特征对使用者行为的影响研究较为欠缺，然而问卷结果显示，除了物理环境因素和设计因素，不同办公室的窗户设计特征对使用者的行为也有显著影响，尤其在便利性相关方面。因此在本调研中，收集受访者办公室的窗户特征，并使用SPSS软件对不同窗户特征受访者的影响因素进行单因素方差分析，探索其原因，最终整理SPSS分析数据如表3。

将窗户的设计特征与物理环境因素、设计因素的子因素进行对比研究，根据SPSS分析结果得出，位置便于开窗的使用者对大部分的物理环境因素的选择具有显著差异，但目前缺乏针对这方面的研究支撑，只有陈伟煌和李司秀在研究长沙地区的办公建筑时，将办公座位到达窗户的距离纳入研究范围[19]。由于与窗户的互动更为便利，且由于室外环境对便于开窗使用者的影响更大，所以此类使用者对室外环境因素更为敏感。在设计因素方面，由于越来越多的人开始关注室内外空气环境，室内外空气质量是办公室人员所关心的因素且与窗户的互动性更强，因此便于开窗使用者对自然通风的要求会更大，办公室通风类型是便于开窗使用者较为重视的影响因素。

办公室房间面积不同的使用者对物理环境因素和设计因素的选择具有显著差异。办公室面积越小，室内空气质量对使用者造成的影响越大，更能促进他们打开窗户通风，以提升空气环境质量。设计因素中，房间面积小的使用者，会潜意识认为对窗户的控制性较强，而在小面积办公室，位置与窗户越近越容易发生与窗户的互动行为，因此位置与窗户的距离这项因素很显著。

办公室窗户类型不同的使用者在太阳辐射和窗地比的选择上具有差异。由于现代高层办公楼大多使用玻璃幕墙，在欠缺有效遮阳设施的情况下，过量的自然光会干扰日常工作，特别是对使用电脑的工作者。因此幕墙窗户的使用者对太阳辐射更为敏感，同理由于幕墙玻璃和传统玻璃的窗户面积大小不同，使用者对房间窗地比的选择不同。

办公室窗户朝向不同的使用者，在室内温度的选择上具有显著差异。南向窗户的使用者可以获得良好的通风和日照，不容易受到西晒的影响，且南向窗户带给他们的心理满足更大，因此窗户朝向影响人们的开关窗行为[4]。由于窗户朝向好（南）的使用者能获得更好的采光，更容易晒到太阳，所以更关注室内温度的影响，而朝向差的使用者基本无法晒到太阳，因此两者对室内温度的选择是不同的。

办公室窗户开启方式不同的使用者对噪音的选择具有显著差异。开启方式不同的窗户隔绝噪音的能力不同，固定窗的气密性能最好，因此隔绝噪音的能力最强；平开窗的密封性能、隔音性能、保温性能和抗渗性能都较好；单纯的上悬窗由于可开启的缝隙较小，具有良好的保温隔音性能；推拉窗的密封性能较差，隔噪能力是最差的。

办公室窗户位置不同的使用者在风速的选择上具有差异。当室外风速较高时，不同的窗户位置会影响办公人员的工作状态。比如，高窗和天窗的使用者对风速的选择不显著，风速大时高窗的使用者更愿意开窗，使室内空气流通。落地窗和普通窗的使用者，由于室外风速对其造成的干扰较大，因此在风速的评价上与高窗和天窗的使用者具有较大差异。

办公室通风方式不同的使用者对室内外温度的选择具有显著差异。室内温度是衡量人体热舒适度的主要指标，室内热环境质量对人们身体健康、生活质量、工作效率都有显著影响。根据本次问卷调查结果，55%的办公室通风方式为自然通风，且在深圳地区夏热冬暖气候的背景下，开关窗行为是改善室内热舒适度最有效的行为，不仅可以改善室内空气质量，加速室内空气流动，促进室内空气更新，同时也在一定程度上加快人体的对流和蒸发散热，提供冷却效果。因此，开窗行为能在一定程度上替代空调，降低建筑能耗。

表3 窗户的设计特征对物理环境因素和设计因素的影响

3 结论

以往的窗户设计大多凭建筑师的主观判断，有时忽略了人在环境中的真实感受和需求。本研究属于实证性研究、方法论创新，以使用者的主观感受为基础，通过问卷调查收集使用者对建筑物各部分性能的评价。运用数理统计分析，科学地检验建成环境能否充分满足使用者的需求，旨在为建筑师提供建筑设计建议，丰富窗户设计策略及导则。本研究通过对深圳地区办公建筑工作人员的问卷调查、记录及统计分析发现：

（1）从问卷统计结果看，在使用者主观评价的角度，物理环境因素在所有因素里对开关窗行为的影响最大。

（2）从主观角度来说，噪音、室内外空气质量是物理环境因素中最显著的子因素，而最不显著的子因素是太阳辐射和日照时长。

（3）习惯开窗与不习惯开窗使用者的物理环境因素在选择上具有明显差别，同样，物理环境因素对于长时间开窗和短时间开窗使用者的影响也很显著。

（4）在生理因素方面，性别对开窗习惯的影响是显著的。

（5）设计因素中，通风类型是最显著的子因素，其次是窗户朝向。

（6）设计因素对习惯开窗和不习惯开窗、长时间开窗和短时间开窗使用者的影响都很显著。

（7）窗户的设计特征中，位置与窗户的距离和房间面积对大部分物理环境因素和设计因素的选择具有显著差异，说明便利性对使用者开关窗行为的影响显著。窗户类型、窗户朝向、窗户位置、窗户开启方式在某些物理环境因素和设计因素上具有差异。同时，通风方式在室内外温度因素上有明显差异，而室内温度是衡量人体热舒适度的主要指标。

（8）窗户的设计特征会对使用人群的行为和主观意愿造成影响，如本研究分析得出，窗户便利性相关的设计特征可以提升人与窗户的互动。在建筑设计时考虑窗户的设计特征对人和环境互动的影响，增加人与环境互动的可能性，不仅能促进窗户的使用，还能帮助使用者养成低碳环保的生活习惯。

以上结论对深圳或相似夏热冬暖气候地区的办公建筑开窗设计有一定的参考意义。办公室与窗户之间的互动关系是现阶段的一个新兴研究方向，窗户是建筑内外环境交流的主要界面，开关窗行为能有效改善室内空气质量，影响办公人员的工作效率及身心健康，其设计应该考虑使用者的个人主观感受。现状的办公建筑开窗设计，建筑师主要根据国家及地方的相关规范、条例及个人经验思考，使用者的感受只能通过建筑师的个人理解反映在设计上。建筑师的设计会受个人的思维方式、业主、规划和建设主管部门、施工单位等各方的影响，从而忽视甚至曲解使用者真正的感受。因此，需要进行专门的使用者评价研究，从使用者的角度了解办公室窗户设计特征给办公环境带来的影响。目前来看，对于影响因素的探究还在继续，尤其在如今倡导可持续发展的背景下，从建筑设计的角度出发，积极采用被动设计策略，促进人的主动节能环保行为，还有很长的路要走。