以保障和促进人体健康为核心的卫生间关键技术研究＊

张哲 赵珍仪 吴光正

1 中国建筑设计研究院有限公司

2 国家住宅与居住环境工程技术研究中心

3 日本关东学院大学建筑环境学部

新冠肺炎疫情爆发，政府在第一时间制定了居家隔离的政策，既有居住小区与住宅建筑成为疫情防控的第一道防线，也是阻断疫情蔓延扩散的重中之重。在香港、广州等多地出现同一楼栋、同一单元、不同楼层的住户感染情况，在2003年的SARS事件时隔17年之后，将生活排水系统（以下简称“排水系统”）的卫生安全问题再次摆在大众面前。

当居家成为生活的常态，人们对居家“健康”提出了更高的要求。《说文字释》中诠释“厕”字：“厕，言人杂在上，非一也……言至秽之处宜常修治，使洁清也。”厕所最初设置的目的，就是为人所方便，保持环境清洁。随着生活水平的提高，以往的便溺空间成为功能齐全的盥洗空间，甚至成为居家放松的场所。健康的卫生间不仅可以隔绝污染源，还可以实现健康促进的作用。鉴于国内住宅卫生间存在诸多卫生安全问题，本文将逐一列举并结合国内外先进技术对该类问题提出解决方案。

1 良好的居住环境是人体健康的基本保障

众所周知，排水系统内无时无刻充斥着伴随着污物排出而产生的臭气，而臭气中所含的气态污染物大多属于“三致”污染物（致癌、致畸、致突变），所含的非气态污染物也会威胁居民身体健康。住宅建筑高层化和居住人口高密度化大大增加了建筑内部排水系统的负荷，加剧了排水系统返臭气现象，而返臭气则意味着室内环境与排水系统内的污染环境相连通（图1），排水系统也就失去了应有的保护居民健康的作用。为提升生活排水系统卫生安全性能，除了针对室内环境隐性污染开展跨领域定量研究、结合使用实态研究排水系统原理和构造、避免装修对排水系统性能的影响外，还需用量化指标表达排水系统卫生安全性能、健全建筑排水系统性能评价制度[1]。

1.1 湿热环境对人体健康的影响

高温高湿环境会对人体健康产生不利影响，甚至会造成人体免疫功能减退，是诱发心脑血管疾病的重要原因之一。研究发现，我国14%的居民死亡与不适环境温度有关，同时不适温度也可诱发诸如冠心病、缺血性中风、出血性中风、呼吸系统疾病和慢性阻塞性肺疾病等老年病[2]。

日本东京观察医院的调查显示，冬季（12～次年2月）洗澡过程中发生的猝死事故是夏季的10倍左右（图2），其主要原因是浴室温度变化与人的血压有直接关系，而且脱衣和洗浴后，由于环境温度低，人在遇冷后会导致血压升高、血管急剧收缩（图3）[3]。

室内热湿环境不仅影响人体热舒适，还会影响室内空气品质。热湿环境主要通过室内污染物间接影响人体健康，过高、过低的湿度环境都不利于人体的健康。例如，相对湿度小于30%RH时，尘螨生长受抑制；当湿度大于70%RH时，尘螨孳生现象严重；结露会伴生霉菌，甚至影响建筑寿命；甲酸、苯的释放也与温湿度环境密切相关。卫生间是住宅湿度最高的地方，淋浴后的封闭环境或梅雨季节沿海地区住宅的卫生间湿度可达到99.9%RH。因此，营造良好的室内环境有助于改善居住者的健康状况（表1）。

1 受污染气体在建筑内通过排水系统的传播途径

2 2011 年日本入浴心肺机能停止案例数

3 浴室温度与入浴时人体血压的变化关系

4 日本卫生间的干湿分离

5 三分离式卫生间布局

6 我国传统户型中卫生间的布局

7 北京某在售新房户型卫生间布局

8 二次装修后的卫生间

1.2 卫生间的微气候营建技术

1.2.1 干湿分离

日本住宅公团在1955年建设的第一批公租房（面积为42m2）设置了独立的浴室和厨房系统，实现了最初的住宅卫生间三分离；70年代，洗衣机的出现使得卫生间开始向四分离发展。随着经济的发展和生活方式的改变，四分离式又形成了洗浴、如厕、洗漱和洗衣更衣空间（图4）。日本卫生间设计的核心理念是“私密性”，分离式卫生间的设计初衷是为了“减少麻烦”“保护隐私”和“提升效率”。

考虑到国人的用水习惯及使用的动线、效率，防止湿热环境和坐便器潜在的细菌交叉污染，建议在今后的新建、改建中考虑将洗漱、便溺、淋浴完全分离（图5）；可将洗衣与洗漱结合，或将洗衣功能放置于阳台与晾晒功能结合。经查阅北京在售新房（建筑面积为90m2左右）仅设一个卫生间的户型中，卫生间布局多为仅将洗漱间分离出，鲜少实现干湿分离的传统式（图6，7）；而在有2个卫生间的大户型中，较多（至少一个卫生间）做了三分离。在住户的装修改造中，越来越多的人意识到了干湿分离的重要性，较多的做法是将淋浴区分离出，做成单独的房间或采用玻璃门分隔（图8）。

表1 室内空气设计参数

1.2.2 隔热保温与防露

卫生间的环境温度对人体的健康有直接影响，而室内温度又必然受到外界空气温度的影响。因此，卫生间地板、墙壁和窗户的隔热显得非常重要。调研显示，建筑隔热等级提升后，支气管哮喘、过敏性皮炎、过敏性鼻炎等患者的症状都得到了相应的缓解[4]（图9）。

改善窗户的热工性能和提高窗户的气密性是改善冬季室内热环境的重要手段。窗的改善，一是提高气密性，阻止缝隙空气渗透，在窗框与洞口间、窗扇与窗框间及窗扇之间的缝隙处采用高效保温的气密材料进行封堵；二是提高玻璃、窗框和窗樘等的热阻，将窗框的薄壁实腹型材改为空心型材，采用双层玻璃窗等。

湿度过高或过低对人体健康都有不利影响。高湿度且换气不足的住宅与换气量高的相比，患哮喘、皮肤炎、花粉症的风险更高[4]；而湿度小于40%RH时流感病毒的生存时间会延长。除此之外，高湿度会引发结露，孳生霉菌。我国南方和沿海地区空气湿度较大，梅雨季和回南天时高湿度更是持续长达3个月，使得卫生间内结露问题显著。

卫生间环境舒适温度的营造，建筑本身的隔热保温性能是基础。当室外环境大幅度偏离舒适范围时，采用设备进行必要的机械调节，改善室内热湿环境，既考虑到人体自身的适应性，又兼顾环境容量和自然资源的平衡性，是行之有效的策略。

1.2.3 户内新风

卫生间内具有“示踪性”臭气成分的是H2S，当H2S浓度为0.26ppm时人体能感受到明显的臭味。参考国内外关于臭气强度的六级评价标准，表示“气味很弱”、恶臭强度为2级时对应的H2S浓度仅为0.06ppm，远低于人体的可感知浓度。这种从排水系统中散发出来且不被人感知的有害气体一直在悄无声息地影响着使用者的生活环境。这对居住环境的通风换气功能提出了严格要求。

目前，自然通风是改善人员活动区域卫生条件最经济有效的方法。住宅内通风换气应首先考虑采用自然通风，在无自然通风条件或自然通风不能满足卫生要求的情况下，可采用机械通风系统或自然通风与机械通风结合的复合通风系统。满足一定通风开口面积的明卫，可以向卫生间内补充一定量的新风。当自然通风不能满足卫生要求时，可采用自然送风、机械排风的复合通风方式，使卫生间内形成一定的负压，保证新鲜空气低进、高出，防止交叉污染（图10）。

保障良好的通风对预防和控制通过空气传播的疾病，效果显著。为避免类似SARS、H1N1流感等病毒通过通风系统传播，应使通风系统具备在疾病流行期间也可防止不同房间空气掺混的功能，可采用分户、独立式的新风系统。先将空气送入人员活动区域，再进入空气污染区域（如卫生间）统一排出。卫生间内的通风设备可设置定时、小风量运行模式，定时启动、定时排风，同时保证卫生间内的微负压状态，防止交叉传染。

2 卫生间使用功能与部品选择和健康促进

2.1 便溺

便溺是卫生间最为基础、私密的功能。在合理的设计下，建造单独的如厕空间（最小尺寸为780mm×1 280mm），实现三分离，并不会增加厕所的面积。例如，在厕所内设置洗手盆，若考虑节水可将小洗手盆与座便器水箱直接连接，也可采用设有小洗手盆的坐便器；在洗手盆下配置清洗软管，还能方便厕所清洁（图11，12）。

现场调研发现，由于蹲便器防止尿液喷溅的功能较弱，采用蹲便器的卫生间在离便器稍远的地板上仍能检测出大肠杆菌，因此在住宅内应减少或杜绝蹲便器的使用[5]。

由于社会老龄化加剧，为了适应居家养老，可在厕所内安装L形扶手，供老年人使用；除扶手外，可安装适老化的智能座便器，这种便器的座圈具有缓慢升降功能，可辅助老年人起身，实现设计的个性化和人性化（图13，14）。

在常规设计之外，为了减少使用后的卫生纸对室内环境的污染，促进推广可冲可溶的卫生纸，减少卫生间内垃圾桶的使用也势在必行。为此应联合设备、管道和纸业厂家进行测试和研发，实现节水与排水卫生的统一。

9 集合住宅隔热等级与健康改善率

10 住宅内的自然送风和机械排风

11 如厕空间的设置

12 如厕空间的设置

13 适合老龄化的坐便器

14 适合老龄化的坐便器

15 浴室的供暖与干燥

16 浴室的供暖与干燥

17 掺气花洒

18 导流地板

19 浴室扶手和洗浴凳

2.2 洗浴

浴室环境温度的急剧变化会对人体健康造成很大的影响，同时由于洗浴造成的湿热环境、结露等问题，维持浴室内的微气候至关重要。在北方供暖地区，在卫生间内设置供热设备的同时，增加供热与干燥一体的暖房干燥机，可快速干燥室内环境、衣物（图15，16）；在南方地区，采用暖房、干燥和换气相结合的一体机，除了除湿和干燥作用外，还可在梅雨季、回南天解决卫生间内的结露问题。考虑节能环保，可利用夜间加热蓄热的方式，也可引进或开发家用燃料电池，提高能源利用率。

优化设计，采用消毒技术，保障热水水质，防止病菌污染。钟南山院士向欧洲呼吸学会介绍中国抗击新冠肺炎疫情的成果和经验时提到，钻石公主号近20%乘客感染的原因可能是通过管道或淋浴器传播所致。气溶胶传播是集中生活热水系统传播细菌、病毒（如军团菌、分支杆菌）的一种典型方式。如果热水系统的设计与运维不合理，供水温度过高时，不仅热损失大、耗费能源，还可能造成烫伤事故，加速加热设备和管道结构的腐蚀；供水温度过低时，又将为军团菌（最适宜温度35℃）等病菌提供生存、繁殖的条件与环境。调研显示，超过50%的集中生活热水系统管道末端出水温度达不到规定的46℃[6]。在生活热水系统设计时应优先选用机械循环，保证干管、立管或干管、立管和支管中的热水循环，保证末端出水温度；增设消毒装置，如银离子[7]、紫外光催化二氧化钛、高温或二氧化氯等灭菌措施，规避和消除病毒细菌的传播风险。

从人的热舒适性出发，优化淋浴花洒和混水阀。用水舒适度是指用水者的生理、心理对用水器具出流特征（如水压、水流、水温）的满意程度，用水舒适度不仅影响着人的使用感受，也关系着用水量。水温过高、过低或不稳定均匀，均会影响淋浴的舒适体验，使用者可能会通过频繁的调节来达到舒适水温，而调节过程可能造成额外的浪费。以节能节水为前提兼顾舒适度，淋浴花洒的供水静压宜为0.20MPa，淋浴的流量、水温区间宜分别为0.13～0.15L/s、39.0～40.0℃[8]。

实验发现，淋浴舒适度与花洒喷头的数量无关，与其水流流速和喷洒的角度有关[9]，将水流与空气混合是用水舒适度和清洁性能的最佳选择[10]，开发、研制、推广节水与舒适度并存的花洒（如掺气花洒）、高品质的混水阀与恒温阀，能够促进洗浴对身体状态的恢复与放松（图17）。

选择适合的地板，并在浴室中增加扶手的设计。由于洗浴水温较高，外周毛细血管扩张，导致回心血量不足，可能引起低血压性休克，致使洗浴者摔倒。老年人在洗澡时跌倒的情况更是普遍，北京的一项调研显示，8.82%的老人曾在洗澡时摔倒。浴室的地面不易干燥，洗浴后洗涤剂和皮脂等污垢残留，容易孳生病菌，选择摩擦系数大于0.6且具有导流作用的地板，能够在快速排除地面积水的同时增加摩擦力，减少跌倒的可能性（图18）；在浴室内设置L形或Ⅱ形落地式安全扶手，增加洗浴凳，也是防滑、防跌的有效措施（图19）。

20 尿流量监测坐便器

21 身份识别坐便器

2.3 洗漱

热水舒适度与防烫伤也是洗漱空间的一个重点。和淋浴类似，应选用高品质的混水阀和恒温阀，同时可采用掺气龙头，实现大冲力和节水的效果。此外，可伸缩龙头的应用有助于洗涤盆的清洁。实验显示，以舒适度为前提，单冷和混合水嘴的供水静压宜分别为0.15～0.20MPa和0.20～0.25MPa，洗手的最舒适流量区间为0.060～0.068L/s[8]。为方便进出和清洁，洗漱间门的开口宽度宜大于800mm，且不设置台阶。实现干湿分离的洗漱空间不宜设置地漏。

2.4 健康服务与预警

健康服务是健康住宅的重要一环。通过新一代信息采集技术、AI技术和物联网技术，采集环境信息、居民健康数据等，推进居家健康智慧服务。住宅卫生间的洗浴和如厕区域应设置紧急报警器，以便跌倒或发生其他紧急情况时使用。同时，在卫生间内设置环境监测设备，实时监测室内空气品质，数据发给住宅设备的控制系统，可以及时调整室内设备系统的运行状况，减少居民的健康暴露风险；数据发给居民，以便及时掌握自己的健康状态。

此外，具有健康监测的坐便器也成为研发攻关的热点。除了已有针对男性的前列腺肥大、女性压力性尿失禁等监测尿流率的监测坐便器[11，12]（图20），更研发了具备身份识别功能的坐便器，能将健康数据采集与多人使用、智能识别相结合[13]（图21）。健康数据的采集和监测功能可并入健康监控平台，丰富居家智慧服务内容。

3 结语

住宅是一个成品，是一个系统，完整的住宅应具备空间舒适、空气清新、水质卫生、环境安静、光照良好和健康促进这六方面的功能。卫生间作为住宅必不可少的空间组成，是住宅中潜在污染物最多的地方。从保障居民的居住体验和健康的角度出发，促进户型优化和部品的联合研发，让高效的供热、保温、通风设备和高安全性能的排水系统等技术落地应用，促进用水器具的热舒适性和节水节能的统一，全面提升卫生间的健康性能。