新冠防疫背景下上海老舊住宅室內空氣質量實測與評價
——以同濟新村為例

■ 余翔宇 YU Xiangyu 周伊利 ZHOU Yili 宋德萱 SONG Dexuan

室內空氣質量（Indoor Air Quality，IAQ）指一定時間和一定區域內，空氣中所含有的各項檢測物達到一個恒定不變的檢測值，是用來衡量環境健康和宜居性的重要指標。自2020 年初新冠疫情暴發以來，城市廣大居民為防范疫情選擇居家辦公、居家隔離，并減少外出聚會。隨著人們居家時間的大幅增長，室內空氣質量對居民身心健康的意義越發重要，新冠疫情傳播較快，在居民開窗通風減少的冬季尤為突出。老舊住宅在城區分布面廣、數量巨大，其圍護結構的熱工性能和門窗的氣密性較差，住宅冬季保溫效果不佳，導致居民傾向減少門窗開啟以減少熱量流失，室內空氣質量難以得到有效保障。在此背景下，研究老舊住區的冬季室內空氣質量問題具有重要的現實意義。

1 相關研究

近年來，關于住宅室內空氣質量的研究較豐富。部分研究者注重探討室內主要污染物成分，寧勇等[1]通過網絡平臺采取自愿填寫的方式向公眾開展問卷調查，結果顯示，關注度較高的室內空氣質量指標包括：甲醛、相對濕度和可吸入顆粒物PM10；王永姣等[2]對上海市38 戶居民住宅室內空氣進行檢測，結果顯示，TVOC和甲醛是造成室內環境污染的主要源頭；史蓉婕等[3]分別對35 戶住宅進行夏季和冬季室內危害因素檢測，結果顯示，室內PM10、CO、CO2、NO2、甲醛、苯、甲苯、二甲苯濃度均在標準限值內；李壯壯等[4]通過長時間監測濟南市冬季某高校宿舍內干球溫度、相對濕度、CO2、PM2.5、PM10、甲醛和TVOC 濃度的變化規律，并結合調查問卷統計結果；張會波等[5]以齊齊哈爾市為例，探究采暖期嚴寒地區農村老年人住宅的室內空氣污染程度，實測了18 戶老年人住宅室內的CO2、PM2.5、CO、NOx、VOCs、SVOC 等污染物濃度，并用數學模糊法評價了室內的空氣質量現狀。

有少部分研究者針對指標體系和研究方法進行了深入探討。陳海波等[6]分析了65 個住宅房間的室內空氣質量實測數據及國內外相關標準，提出室內空氣污染物的“健康控制值”體系，用于評價住宅的實際空氣品質狀況。程榮賽[7]對天津地區32戶住戶進行了為期一年的四季入戶測試，分析了室內微環境與室內污染源與室內污染物濃度之間的關系，利用Logistic 回歸模型探究了天津地區住宅建筑室內空氣品質、通風量與在室人員病態建筑綜合癥的關系；周佳佳等[8]以北京市某住宅作為模擬分析案例，比較了不同的自然通風以及機械通風策略下的室內主要污染物濃度變化和能耗。鄭磊等[9]依據室內空氣質量控制的基本理論，提出了典型污染物室內空氣質量設計的新工具、新流程及具體的設計內容，并通過實際工程案例闡述其具體應用。

上述研究中研究對象多為新建或條件較好的住宅，但城市中存在大量老舊住區，住宅圍護結構的施工工藝和氣密性與新建住宅差異明顯，其對于室內空氣質量的影響有待深入挖掘。此外，現有研究注重指標、方法和策略的分析，未將居住者的行為與室內空氣指標進行關聯分析，無法深入探究室內活動對空氣指標的影響。本文借助疫情管控的特殊背景，針對典型老舊住宅室內空氣質量及其與居住者行為的關系進行分析，為改善老舊住區居住環境提出科學性建議。

2 實驗方法

2.1 空氣質量評價指標

早在2002 年，國家多部委就聯合頒布了《室內空氣質量標準》（BT 18883—2002），用以規定室內空氣質量參數及檢驗方法；2016年，中國建筑學會出臺的《健康建筑評價標準》（TASC 02—2016）中，專門對空氣質量從污染源、濃度限值、凈化和監控四個層面進行了規定，并于2021 年進行了修訂；2019 年，住建部發布了《公共建筑室內空氣質量控制設計標準》（JGJ/T 461—2019），針對新建、擴建和改建的公共建筑室內空氣質量控制設計。

在我國現行的相關室內空氣質量標準中，主要物質指標包含：甲醛（HCHO）、總揮發性有機物（TVOC）、苯類（C6H6）、可吸入顆粒（PM10、PM2.5）、氨（NH3）、二氧化碳（CO2）、氡（Rn）等[10]，其中，甲醛、苯類和氡等都是房屋建設初期或進行裝修后參考的重要指標，而本文主要針對老舊住宅開展研究，因此，主要監測的物質為總揮發性有機物（TVOC）、可吸入顆粒（PM2.5）和二氧化碳（CO2）。

2.1.1 總揮發性有機化合物（TVOC）

TVOC 是對室內有機氣態物質的總稱，來源分為室外和室內，室外主要來自于燃料燃燒及交通運輸產生的氣體，室內主要來自于采暖、烹調時燃煤、天然氣等燃燒產物，以及建筑材料、家具、清潔劑甚至人體揮發產物等，其來源約有近千種之多，是影響室內空氣品質最嚴重的一類[11]。

2.1.2 二氧化碳（CO2）

不同于室內污染物，CO2本身對人體是無害的，但人體會不斷通過呼吸作用排出CO2，達到一定濃度后會對人的精神狀態造成影響。大自然空氣中CO2的正常含量是0.04%（400 ppm)，室內無人的情況下為500～700 ppm。當含量達到1 000 ppm 時，人會出現沉悶、心悸、注意力不集中等情況；CO2含量達到1 500～2 000 ppm 時，人們會感到氣喘、頭痛、眩暈；含量達到5 000 ppm 以上時，人體機能嚴重混亂，使人喪失知覺、神志不清。因此，CO2濃度指標可以作為室內氣味或其他有害物質污染程度的評價指標，也是反映室內通風情況的評價指標之一[12]。

2.1.3 可吸入顆粒（PM2.5）

PM2.5是指直徑不大于2.5 μm的顆粒物，主要懸浮于空氣中且不易消散。人體夜間代謝物的顆粒大都小于0.3 μm，時間久了就會出現室內比室外PM2.5濃度高的情況。在清華大學2015 年發布的室內PM2.5污染公益調研報告中指出：室內PM2.5污染對人的影響較室外更顯著，室內PM2.5吸入量約為室外的4 倍[13]。此外，烹飪、吸煙、打掃和其它增塵行為也會對室內PM2.5產生波動影響。

2.1.4 溫濕度

溫度和相對濕度是評價熱環境的重要參數，也是形成熱舒適的主要指標。雖為不具備污染性的氣候要素，但在我國的《室內空氣質量標準》中被劃分為影響室內空氣質量的物理性指標[14]。根據《民用建筑室內熱濕環境評價標準》的要求，在采用非人工冷熱源條件下，夏熱冬冷地區住宅室內舒適溫度范圍為18～28 ℃，相對濕度舒適范圍為40%～70%[15]。此外，甲醛、氨、苯和 TVOC 等主要污染物的釋放還受到溫度、濕度和大氣壓等客觀天氣因素的影響。一般情況下，溫度和相對濕度越高，相關室內污染物分子越活躍，擴散到空氣中的速度越快[16]。

2.2 實驗場所

本次實驗的場所為上海同濟新村內的一套老公房，住房戶型為兩室一廳，室內空間緊湊，通風和采光條件較好（圖1）。該住宅建于20 世紀60 年代，屬于磚混結構，未設置保溫層，保溫隔熱效果不佳，門窗采用鐵框平開窗和鋁合金推拉窗，氣密性較差。測試期間正值新冠疫情擴散時期，居住者謹遵非必要不外出的原則，長時間停留在室內，所有房間的使用情況與居住者的生活節律相符合，存在一定的規律性。

圖1 同濟新村鳥瞰圖

2.3 實驗儀器

本次實驗使用的是青萍空氣檢測儀（表1），測試的數據內容包含：總揮發性有機化合物（TVOC）、可吸入顆粒（PM2.5）、二氧化碳（CO2）、相對濕度和溫度，數據讀取間隔為15 min。儀器分別被放置在臥室和客廳的書桌上（圖2），離地高度約0.8 m。測試時間為2020 年1 月27 日0:00—2020 年2 月21 日0:00。

表1 測試儀器的參數及精度、量程一覽表

圖2 實驗場所布局與實測點位置圖

3 結果與分析

3.1 室內空氣質量數據分析

3.1.1 TVOC 濃度變化分析

臥室的TVOC 濃度明顯高于起居室空間，兩個空間每天的濃度變化都呈現出一定的規律性（圖3）。起居室TVOC 濃度平均值為240 μg/m3，在18:00 前后會出現短時的急劇上漲和下跌，瞬時最高值可達到1 000 μg/ m3，但絕大 部分時 間低于《室內空氣質量標準》要求的600 μg/m3。臥室的TVOC 濃度高低切換的規律較為明顯，在夜間或者中午使用時濃度值明顯偏高，夜間的高濃度環境需要持續到早上起床后才能降低，數值在200～700 μg/m3之間波動，夜間部分時段的濃度高于國標要求的600 μg/m3。

圖3 總揮發性有機化合物（TVOC）濃度變化圖

3.1.2 PM2.5 濃度變化分析

根據楊浦四漂監測站收集的室外PM2.5濃度數據來看，室內與室外PM2.5濃度變化趨勢十分接近（圖4），說明室內數值變化受到外界大氣影響較為明顯。大多數情況下，白天室內PM2.5濃度高于室外，而夜晚室外PM2.5濃度高于室內，產生這一規律的原因可能與空間的活動強度有關。疫情期間，白天室內活動強度大而濃度高，夜間室內活動強度小而濃度低。從室內情況來看，臥室和起居室的PM2.5濃度變化趨勢和數值相近，變化規律性顯著，數值變化幅度在10～80 μg/m3之間。在早中午晚餐時候，由于廚房的烹飪活動，會造成室內數值短時的劇烈震蕩。對照《健康建筑評價標準》中“室內空間年均濃度應不高于35 μg/m3”條文規定[17]，起居室PM2.5濃度為32.8 μg/m3，臥室的PM2.5濃度為32.9 μg/m3，均低于標準要求。

圖4 PM2.5 濃度變化圖

3.1.3 CO2 濃度變化分析

臥室和起居室中CO2濃度變化與居住者的活動有一定的關聯性（圖5）。一般情況下，臥室在夜間長時間處于封閉狀態，CO2濃度會明顯高于起居室；在白天，起居室由于有人的活動，但處于開放狀態，CO2濃度會略高于臥室。兩個房間的CO2濃度大致在500～2 000 ppm 之間波動，夜間臥室或早上起居室偶爾會突破2 000 ppm。整體來看，起居室CO2濃度均值為987 ppm，臥室CO2濃度均值為1 025 ppm，起居室的CO2濃度水平更符合國標中“全天CO2濃度均值低于1 000 ppm”的要求。

圖5 二氧化碳（CO2）濃度變化圖

3.1.4 溫濕度變化分析

從室內外溫度變化的趨勢來看，室內環境溫度受室外影響較大，變化的趨勢相似。相比于楊浦四漂監測站收集的室外溫度數據，室內溫度變化情況更溫和，波動的幅度明顯弱于室外，數值在10～18 ℃之間波動（圖6），無法完全滿足國標中18～28 ℃的要求。從室內溫度變化情況來看，臥室的溫度大多略高于起居室，主要是因為臥室朝南，太陽輻射通過封閉陽臺集熱，熱量間接傳遞給臥室。

圖6 溫度變化圖

對比楊浦四漂監測站測得的室外相對濕度數據，室內外數值在走勢上有一定的相似度（圖7），說明室內相對濕度變化受外界大氣影響，但程度弱于溫度變化，且起居室受影響程度更深，對應的波動幅度也更大，尤其是在室外數值超過90%時，起居室相對濕度明顯高于臥室。測試期間，臥室和起居室相對濕度的數值在50%～90%之間波動，其中，臥室均值為74.3%，起居室均值為75.8%，均高于國標40%～70%的數值要求。

圖7 相對濕度變化圖

3.2 日常行為影響下的空氣質量變化分析

3.2.1 居住者日常行為

實測居室的常住人數為5 人，其中，成人4 名，兒童1 名。兩名成人居住在南側小臥室，另外兩名成人和一個兒童居住在西側帶陽臺的大臥室。廚房使用時間段集中在三餐制作時間，分別是早上7:00—9:00、中 午11:00—12:00 和傍晚17:00—18:00，其余白天時間會有偶爾短停留的情況。廚房內有燃氣灶、油煙機和熱水器，在烹飪或使用熱水時會自動開啟，產生一定的熱量、燃燒產物和油煙等。衛生間長時間使用集中在洗澡時間段，分別是20:00—21:00和23:00—24:00，其余時候也會有洗漱、如廁、洗手、洗衣物等短時使用需求。兩個臥室是平時主要的活動空間，除了夜間睡眠作用外，平時休閑、學習、午睡等活動也在臥室內展開。起居室的主要作用是就餐，使用時間集中在7:00—8:00、11:00—12:30 和17:00—18:30，偶爾也會兼顧短時的休閑娛樂功能（圖8）。廚房、衛生間和起居室的外窗通常留縫便于換氣，臥室的窗戶通常白天留縫換氣，夜晚關閉保溫。此外，只要天氣適宜，居住者在午飯后到小區綠地活動1～2 h，這段時間內居室處于無人狀態。

圖8 各房間使用頻率分析圖

3.2.2 空氣質量和日常行為的關聯性

室內空氣質量的變化在一定程度上受到居住者日常活動的影響。為了探究居住者節律與行為對室內各項空氣質量指標的影響，本文摘取了2 月1 日0:00—2 月3 日0:00 共 計48 h 的空氣質量數據，結合前文總結的居住者日常行為特征，探討各參數變化情況與居住者日常行為的關聯性。

從TVOC 濃度變化情況來看，臥室的濃度幾乎全天都高于起居室空間，尤其在夜間兩個空間的差值會更大，且臥室數值有緩慢增加的趨勢，20:00 以后，數值幾乎都超過了600 μg/m3的國標限值，主要原因在于居住者夜間主要在臥室內活動，且為了保溫窗戶處于關閉狀態，人體代謝和室內家具、建材揮發出的有機物處于不斷積累的狀態，而起居室長期處于通風狀態，數值變化較小（圖9）。此外，室內的烹飪活動也會對室內TVOC 濃度產生一定的影響，但作用效果有限且能很快恢復。無論是晨間起床開門之后，還是烹飪之后，臥室和起居室的TVOC 濃度都會出現快速的變化：晨間是從臥室傳到起居室，烹飪時是從廚房傳到起居室和臥室，但在夜間臥室關上門時并不會擴散，說明TVOC 主要是隨著空氣流動傳播，很難自主擴散，因此，長期封閉的室內需要加強通風才能降低TVOC 的濃度。

圖9 2 月1—2 日TVOC 濃度變化圖

從PM2.5濃度變化情況來看，數值在10～50 μg/m3之間波動，大多數時間低于35 μg/m3的健康狀態（圖10）。老舊住宅室內PM2.5主要來源于室外或者室內烹飪活動。夜間臥室門窗處于關閉狀態時，PM2.5的數值明顯低于開窗的起居室空間，且臥室PM2.5濃度并沒有持續下降，說明室外PM2.5濃度高于夜間臥室內的濃度，居住者的呼吸對于PM2.5有一定的吸收作用，但當濃度較低時吸收作用有限。當廚房進行烹飪活動時，室內PM2.5濃度在短時間內劇增，但很快擴散到室外，影響時間很短。因此，室內空氣PM2.5主要受室外空氣質量的影響。當室外空氣中PM2.5濃度過高時，居室應減少開窗，在室內采用主動設備凈化空氣。

圖10 2 月1—2 日PM2.5 濃度變化圖

從CO2濃度變化情況來看，夜間臥室數值遠高于起居室空間達到2 000 ppm 以上，超標高達一倍，而起居室的濃度相對正常，在1 000 ppm 以下（圖11）。2 月1 日3:00 左右，居住者有起夜行為，導致臥室CO2濃度急劇下跌，且起居室CO2濃度急劇上漲，說明CO2擴散的速度非常快，短時的開門就能快速改變室內CO2濃度。早上居住者起床開門后，臥室的CO2迅速擴散到起居室。白天由于臥室門窗處于開縫換氣狀態，CO2濃度處于健康水平，而起居室空間作為貫穿各個房間的核心空間，使用的頻率較高，CO2濃度的水平出現了明顯的波動。此外，白天室內CO2濃度整體呈逐漸升高狀態，從午間1 000 ppm 左右上漲到傍晚1 500 ppm 左右，說明整個戶型的開窗通風量不足以使室內居住者產生的CO2及時擴散出去，在室內呆的時間越長，室內空氣品質越差，因此，仍需要加大開窗面積來保證足夠的通風量。

圖11 2 月1—2 日CO2 濃度變化圖

臥室溫度大多數時間段內略高于起居室，白天由于臥室能夠接收到一定的太陽輻射，夜間由于臥室處于封閉狀態熱量流失較少，烹飪的時候起居室的測點溫度會有明顯升高（圖12）。0:00 以后，臥室中的相對濕度有逐漸緩慢升高的趨勢，主要由居住者在密閉空間內的代謝作用產生的水分所致。居住者早晨起來打開臥室門時，臥室內的高濕度空氣迅速進入起居室，導致起居室相對濕度在短時間內產生波動。白天開啟陽臺門時，臥室內的相對濕度會有明顯下降，但在關上之后又會快速反彈。

圖12 2 月1—2 日溫濕度變化圖

4 討論

4.1 實驗發現的規律

（1）部分參數存在臨界值或飽和點。TVOC 和CO2在門窗緊閉的條件下快速升高，然后在一個較高的濃度水平緩慢積累，而當密閉空間突然開放時，濃度水平會急劇下降。整個過程中，在TVOC 和CO2的濃度值達到高位時似乎存在一個壓力，越靠近壓力值濃度增加越緩慢，擴散動力越足。根據特點可以推斷，這個壓力值就是兩種物質在當前物理條件下的飽和點，飽和點的臨界值受到氣壓、溫濕度等多種因素的影響。

（2）自然通風不能改善所有物質的濃度水平。PM2.5和TVOC 等受室外空氣質量影響，室外空氣中含量低，表明空氣質量越好，室內產生的PM2.5和TVOC 可以通過通風擴散到室外。當室外空氣質量較差時，開窗通風反而會不利于改善室內空氣質量。因此，自然通風并非根本解決室內空氣質量問題的方法。

（3）室內通風不足無法改善空氣質量惡化的趨勢。盡管起居室在白天處于自然通風狀態，但由于室內活動人數較多，CO2擴散量小于居住者活動產生的量，仍會導致CO2濃度水平逐漸升高，通風只起到減緩惡化的作用，而無法從根本上改善空氣質量。除了CO2外，其他物質也存在這樣的問題，因此，在國標中會提出有效開口面積的指標來保障居室具有足夠的通風量。

4.2 室內空氣質量的改善建議

（1）合理開窗通風能有效改善室內空氣質量。合理的開窗通風既要保證空氣質量的改善，也要阻隔病毒的傳播。首先，空氣質量的改善需要把握通風時機，室外溫濕度水平、PM2.5濃度條件好的時候和室內需要長時間封閉的前后時刻都是開窗通風的好時機；其次，是控制通風量，通風量不足不僅無法改善空氣質量，還可能淤積越來越多的有害氣體，尤其是白天室內活動較頻繁時應盡量增大通風量，保證室內通風的有效性。通風也可能招致空氣中的病毒，因此，疫情期間盡量以單面擴散式通風為主，尤其是在室外活動較頻繁時應盡量減少穿堂風帶來的病毒擴散威脅。

（2）主動式設備調節可有效彌補被動調節的不足。上海冬季室外的空氣質量并非完全適合自然通風，而且老舊住宅的外圍護結構無法有效提供保溫隔濕性能，因此，適時的主動式設備調節能夠解決問題。比如，在空氣溫度較低、濕度較高或室外空氣質量較差時，通過空調和空氣凈化裝置的使用，能夠改善溫濕度水平和空氣質量；在自然通風不足時，也可以通過空調設備進行溫濕度水平的調節；當室內物質濃度由于烹飪或其他活動引起劇烈波動時，也可以嘗試使用空氣凈化裝置進行調節等。

（3）人的行為調節是阻止室內空氣質量惡化的有效途徑。人作為室內空間質量變化的主要因素，在不影響正常生活的條件下，通過特殊時刻的行為調節，也可以阻止室內空氣質量的惡化。比如，睡覺時敞開臥室門來擴大氣體空間范圍，能夠防止單一密閉空間內空氣質量的持續惡化；烹飪時關閉廚房門，能夠阻止有害物質擴散到整個戶型空間內；出浴后及時關閉衛生間門，能夠降低水蒸氣的擴散量和擴散速度等。

5 結語

通過實測，得到老舊住宅室內空間冬季空氣質量的健康達標情況：多數情況下，TVOC 濃度達到了國標要求的低于600 μg/m3健康水平，PM2.5和CO2濃度約有一半時間高于相關標準要求，溫濕度數值受到外部季節性氣候環境嚴重影響，導致絕大多數時間內，溫度和相對濕度數值都不在舒適區間內。從變化趨勢來看，TVOC 每日濃度變化的周期性規律最明顯，PM2.5和溫濕度的濃度變化主要受室外環境影響，表現出相近的室內外變化趨勢，CO2濃度變化受到人的活動影響，呈現出的規律性較弱。

影響老舊住宅室內空氣質量的因素可以總結為三類：人體代謝、日常活動排放和室外空氣擴散。室外環境是影響老舊住區室內空氣質量的主要因素，尤其是PM2.5濃度和溫濕度等數據的變化趨勢與室外環境相近。居住者的日常活動對室內空氣質量的影響往往是短時的，早上開門開窗時臥室溫濕度、TVOC 濃度和 CO2濃度等會快速下降，廚房烹飪時室內PM2.5濃度和溫度產生短時的劇烈波動。人體代謝在密閉環境內也會引起空氣質量的變化，比如，夜間密閉臥室內TVOC 和CO2濃度會隨時間增長而快速增加。需要指出的是，老舊住宅適時且充足的通風能夠有效降低室內TVOC、CO2和PM2.5等物質的濃度，調節室內溫濕度水平，營造舒適、安全的室內空間環境。但當室外空氣質量不健康或溫濕度環境不舒適時，開窗通風會加劇室內空氣質量的下降。因此，在合理開窗通風來改善室內空氣質量的同時，也需要共同維護一個健康可靠的室外空氣環境。