新冠防疫背景下上海老旧住宅室内空气质量实测与评价——以同济新村为例

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

室内空气质量（Indoor Air Quality，IAQ）指一定时间和一定区域内，空气中所含有的各项检测物达到一个恒定不变的检测值，是用来衡量环境健康和宜居性的重要指标。自2020 年初新冠疫情暴发以来，城市广大居民为防范疫情选择居家办公、居家隔离，并减少外出聚会。随着人们居家时间的大幅增长，室内空气质量对居民身心健康的意义越发重要，新冠疫情传播较快，在居民开窗通风减少的冬季尤为突出。老旧住宅在城区分布面广、数量巨大，其围护结构的热工性能和门窗的气密性较差，住宅冬季保温效果不佳，导致居民倾向减少门窗开启以减少热量流失，室内空气质量难以得到有效保障。在此背景下，研究老旧住区的冬季室内空气质量问题具有重要的现实意义。

1 相关研究

近年来，关于住宅室内空气质量的研究较丰富。部分研究者注重探讨室内主要污染物成分，宁勇等[1]通过网络平台采取自愿填写的方式向公众开展问卷调查，结果显示，关注度较高的室内空气质量指标包括：甲醛、相对湿度和可吸入颗粒物PM10；王永姣等[2]对上海市38 户居民住宅室内空气进行检测，结果显示，TVOC和甲醛是造成室内环境污染的主要源头；史蓉婕等[3]分别对35 户住宅进行夏季和冬季室内危害因素检测，结果显示，室内PM10、CO、CO2、NO2、甲醛、苯、甲苯、二甲苯浓度均在标准限值内；李壮壮等[4]通过长时间监测济南市冬季某高校宿舍内干球温度、相对湿度、CO2、PM2.5、PM10、甲醛和TVOC 浓度的变化规律，并结合调查问卷统计结果；张会波等[5]以齐齐哈尔市为例，探究采暖期严寒地区农村老年人住宅的室内空气污染程度，实测了18 户老年人住宅室内的CO2、PM2.5、CO、NOx、VOCs、SVOC 等污染物浓度，并用数学模糊法评价了室内的空气质量现状。

有少部分研究者针对指标体系和研究方法进行了深入探讨。陈海波等[6]分析了65 个住宅房间的室内空气质量实测数据及国内外相关标准，提出室内空气污染物的“健康控制值”体系，用于评价住宅的实际空气品质状况。程荣赛[7]对天津地区32户住户进行了为期一年的四季入户测试，分析了室内微环境与室内污染源与室内污染物浓度之间的关系，利用Logistic 回归模型探究了天津地区住宅建筑室内空气品质、通风量与在室人员病态建筑综合症的关系；周佳佳等[8]以北京市某住宅作为模拟分析案例，比较了不同的自然通风以及机械通风策略下的室内主要污染物浓度变化和能耗。郑磊等[9]依据室内空气质量控制的基本理论，提出了典型污染物室内空气质量设计的新工具、新流程及具体的设计内容，并通过实际工程案例阐述其具体应用。

上述研究中研究对象多为新建或条件较好的住宅，但城市中存在大量老旧住区，住宅围护结构的施工工艺和气密性与新建住宅差异明显，其对于室内空气质量的影响有待深入挖掘。此外，现有研究注重指标、方法和策略的分析，未将居住者的行为与室内空气指标进行关联分析，无法深入探究室内活动对空气指标的影响。本文借助疫情管控的特殊背景，针对典型老旧住宅室内空气质量及其与居住者行为的关系进行分析，为改善老旧住区居住环境提出科学性建议。

2 实验方法

2.1 空气质量评价指标

早在2002 年，国家多部委就联合颁布了《室内空气质量标准》（BT 18883—2002），用以规定室内空气质量参数及检验方法；2016年，中国建筑学会出台的《健康建筑评价标准》（TASC 02—2016）中，专门对空气质量从污染源、浓度限值、净化和监控四个层面进行了规定，并于2021 年进行了修订；2019 年，住建部发布了《公共建筑室内空气质量控制设计标准》（JGJ/T 461—2019），针对新建、扩建和改建的公共建筑室内空气质量控制设计。

在我国现行的相关室内空气质量标准中，主要物质指标包含：甲醛（HCHO）、总挥发性有机物（TVOC）、苯类（C6H6）、可吸入颗粒（PM10、PM2.5）、氨（NH3）、二氧化碳（CO2）、氡（Rn）等[10]，其中，甲醛、苯类和氡等都是房屋建设初期或进行装修后参考的重要指标，而本文主要针对老旧住宅开展研究，因此，主要监测的物质为总挥发性有机物（TVOC）、可吸入颗粒（PM2.5）和二氧化碳（CO2）。

2.1.1 总挥发性有机化合物（TVOC）

TVOC 是对室内有机气态物质的总称，来源分为室外和室内，室外主要来自于燃料燃烧及交通运输产生的气体，室内主要来自于采暖、烹调时燃煤、天然气等燃烧产物，以及建筑材料、家具、清洁剂甚至人体挥发产物等，其来源约有近千种之多，是影响室内空气品质最严重的一类[11]。

2.1.2 二氧化碳（CO2）

不同于室内污染物，CO2本身对人体是无害的，但人体会不断通过呼吸作用排出CO2，达到一定浓度后会对人的精神状态造成影响。大自然空气中CO2的正常含量是0.04%（400 ppm)，室内无人的情况下为500～700 ppm。当含量达到1 000 ppm 时，人会出现沉闷、心悸、注意力不集中等情况；CO2含量达到1 500～2 000 ppm 时，人们会感到气喘、头痛、眩晕；含量达到5 000 ppm 以上时，人体机能严重混乱，使人丧失知觉、神志不清。因此，CO2浓度指标可以作为室内气味或其他有害物质污染程度的评价指标，也是反映室内通风情况的评价指标之一[12]。

2.1.3 可吸入颗粒（PM2.5）

PM2.5是指直径不大于2.5 μm的颗粒物，主要悬浮于空气中且不易消散。人体夜间代谢物的颗粒大都小于0.3 μm，时间久了就会出现室内比室外PM2.5浓度高的情况。在清华大学2015 年发布的室内PM2.5污染公益调研报告中指出：室内PM2.5污染对人的影响较室外更显著，室内PM2.5吸入量约为室外的4 倍[13]。此外，烹饪、吸烟、打扫和其它增尘行为也会对室内PM2.5产生波动影响。

2.1.4 温湿度

温度和相对湿度是评价热环境的重要参数，也是形成热舒适的主要指标。虽为不具备污染性的气候要素，但在我国的《室内空气质量标准》中被划分为影响室内空气质量的物理性指标[14]。根据《民用建筑室内热湿环境评价标准》的要求，在采用非人工冷热源条件下，夏热冬冷地区住宅室内舒适温度范围为18～28 ℃，相对湿度舒适范围为40%～70%[15]。此外，甲醛、氨、苯和 TVOC 等主要污染物的释放还受到温度、湿度和大气压等客观天气因素的影响。一般情况下，温度和相对湿度越高，相关室内污染物分子越活跃，扩散到空气中的速度越快[16]。

2.2 实验场所

本次实验的场所为上海同济新村内的一套老公房，住房户型为两室一厅，室内空间紧凑，通风和采光条件较好（图1）。该住宅建于20 世纪60 年代，属于砖混结构，未设置保温层，保温隔热效果不佳，门窗采用铁框平开窗和铝合金推拉窗，气密性较差。测试期间正值新冠疫情扩散时期，居住者谨遵非必要不外出的原则，长时间停留在室内，所有房间的使用情况与居住者的生活节律相符合，存在一定的规律性。

图1 同济新村鸟瞰图

2.3 实验仪器

本次实验使用的是青萍空气检测仪（表1），测试的数据内容包含：总挥发性有机化合物（TVOC）、可吸入颗粒（PM2.5）、二氧化碳（CO2）、相对湿度和温度，数据读取间隔为15 min。仪器分别被放置在卧室和客厅的书桌上（图2），离地高度约0.8 m。测试时间为2020 年1 月27 日0:00—2020 年2 月21 日0:00。

表1 测试仪器的参数及精度、量程一览表

图2 实验场所布局与实测点位置图

3 结果与分析

3.1 室内空气质量数据分析

3.1.1 TVOC 浓度变化分析

卧室的TVOC 浓度明显高于起居室空间，两个空间每天的浓度变化都呈现出一定的规律性（图3）。起居室TVOC 浓度平均值为240 μg/m³，在18:00 前后会出现短时的急剧上涨和下跌，瞬时最高值可达到1 000 μg/ m³，但绝大 部分时 间低于《室内空气质量标准》要求的600 μg/m³。卧室的TVOC 浓度高低切换的规律较为明显，在夜间或者中午使用时浓度值明显偏高，夜间的高浓度环境需要持续到早上起床后才能降低，数值在200～700 μg/m³之间波动，夜间部分时段的浓度高于国标要求的600 μg/m³。

图3 总挥发性有机化合物（TVOC）浓度变化图

3.1.2 PM2.5 浓度变化分析

根据杨浦四漂监测站收集的室外PM2.5浓度数据来看，室内与室外PM2.5浓度变化趋势十分接近（图4），说明室内数值变化受到外界大气影响较为明显。大多数情况下，白天室内PM2.5浓度高于室外，而夜晚室外PM2.5浓度高于室内，产生这一规律的原因可能与空间的活动强度有关。疫情期间，白天室内活动强度大而浓度高，夜间室内活动强度小而浓度低。从室内情况来看，卧室和起居室的PM2.5浓度变化趋势和数值相近，变化规律性显著，数值变化幅度在10～80 μg/m³之间。在早中午晚餐时候，由于厨房的烹饪活动，会造成室内数值短时的剧烈震荡。对照《健康建筑评价标准》中“室内空间年均浓度应不高于35 μg/m³”条文规定[17]，起居室PM2.5浓度为32.8 μg/m³，卧室的PM2.5浓度为32.9 μg/m³，均低于标准要求。

图4 PM2.5 浓度变化图

3.1.3 CO2 浓度变化分析

卧室和起居室中CO2浓度变化与居住者的活动有一定的关联性（图5）。一般情况下，卧室在夜间长时间处于封闭状态，CO2浓度会明显高于起居室；在白天，起居室由于有人的活动，但处于开放状态，CO2浓度会略高于卧室。两个房间的CO2浓度大致在500～2 000 ppm 之间波动，夜间卧室或早上起居室偶尔会突破2 000 ppm。整体来看，起居室CO2浓度均值为987 ppm，卧室CO2浓度均值为1 025 ppm，起居室的CO2浓度水平更符合国标中“全天CO2浓度均值低于1 000 ppm”的要求。

图5 二氧化碳（CO2）浓度变化图

3.1.4 温湿度变化分析

从室内外温度变化的趋势来看，室内环境温度受室外影响较大，变化的趋势相似。相比于杨浦四漂监测站收集的室外温度数据，室内温度变化情况更温和，波动的幅度明显弱于室外，数值在10～18 ℃之间波动（图6），无法完全满足国标中18～28 ℃的要求。从室内温度变化情况来看，卧室的温度大多略高于起居室，主要是因为卧室朝南，太阳辐射通过封闭阳台集热，热量间接传递给卧室。

图6 温度变化图

对比杨浦四漂监测站测得的室外相对湿度数据，室内外数值在走势上有一定的相似度（图7），说明室内相对湿度变化受外界大气影响，但程度弱于温度变化，且起居室受影响程度更深，对应的波动幅度也更大，尤其是在室外数值超过90%时，起居室相对湿度明显高于卧室。测试期间，卧室和起居室相对湿度的数值在50%～90%之间波动，其中，卧室均值为74.3%，起居室均值为75.8%，均高于国标40%～70%的数值要求。

图7 相对湿度变化图

3.2 日常行为影响下的空气质量变化分析

3.2.1 居住者日常行为

实测居室的常住人数为5 人，其中，成人4 名，儿童1 名。两名成人居住在南侧小卧室，另外两名成人和一个儿童居住在西侧带阳台的大卧室。厨房使用时间段集中在三餐制作时间，分别是早上7:00—9:00、中 午11:00—12:00 和傍晚17:00—18:00，其余白天时间会有偶尔短停留的情况。厨房内有燃气灶、油烟机和热水器，在烹饪或使用热水时会自动开启，产生一定的热量、燃烧产物和油烟等。卫生间长时间使用集中在洗澡时间段，分别是20:00—21:00和23:00—24:00，其余时候也会有洗漱、如厕、洗手、洗衣物等短时使用需求。两个卧室是平时主要的活动空间，除了夜间睡眠作用外，平时休闲、学习、午睡等活动也在卧室内展开。起居室的主要作用是就餐，使用时间集中在7:00—8:00、11:00—12:30 和17:00—18:30，偶尔也会兼顾短时的休闲娱乐功能（图8）。厨房、卫生间和起居室的外窗通常留缝便于换气，卧室的窗户通常白天留缝换气，夜晚关闭保温。此外，只要天气适宜，居住者在午饭后到小区绿地活动1～2 h，这段时间内居室处于无人状态。

图8 各房间使用频率分析图

3.2.2 空气质量和日常行为的关联性

室内空气质量的变化在一定程度上受到居住者日常活动的影响。为了探究居住者节律与行为对室内各项空气质量指标的影响，本文摘取了2 月1 日0:00—2 月3 日0:00 共 计48 h 的空气质量数据，结合前文总结的居住者日常行为特征，探讨各参数变化情况与居住者日常行为的关联性。

从TVOC 浓度变化情况来看，卧室的浓度几乎全天都高于起居室空间，尤其在夜间两个空间的差值会更大，且卧室数值有缓慢增加的趋势，20:00 以后，数值几乎都超过了600 μg/m³的国标限值，主要原因在于居住者夜间主要在卧室内活动，且为了保温窗户处于关闭状态，人体代谢和室内家具、建材挥发出的有机物处于不断积累的状态，而起居室长期处于通风状态，数值变化较小（图9）。此外，室内的烹饪活动也会对室内TVOC 浓度产生一定的影响，但作用效果有限且能很快恢复。无论是晨间起床开门之后，还是烹饪之后，卧室和起居室的TVOC 浓度都会出现快速的变化：晨间是从卧室传到起居室，烹饪时是从厨房传到起居室和卧室，但在夜间卧室关上门时并不会扩散，说明TVOC 主要是随着空气流动传播，很难自主扩散，因此，长期封闭的室内需要加强通风才能降低TVOC 的浓度。

图9 2 月1—2 日TVOC 浓度变化图

从PM2.5浓度变化情况来看，数值在10～50 μg/m³之间波动，大多数时间低于35 μg/m³的健康状态（图10）。老旧住宅室内PM2.5主要来源于室外或者室内烹饪活动。夜间卧室门窗处于关闭状态时，PM2.5的数值明显低于开窗的起居室空间，且卧室PM2.5浓度并没有持续下降，说明室外PM2.5浓度高于夜间卧室内的浓度，居住者的呼吸对于PM2.5有一定的吸收作用，但当浓度较低时吸收作用有限。当厨房进行烹饪活动时，室内PM2.5浓度在短时间内剧增，但很快扩散到室外，影响时间很短。因此，室内空气PM2.5主要受室外空气质量的影响。当室外空气中PM2.5浓度过高时，居室应减少开窗，在室内采用主动设备净化空气。

图10 2 月1—2 日PM2.5 浓度变化图

从CO2浓度变化情况来看，夜间卧室数值远高于起居室空间达到2 000 ppm 以上，超标高达一倍，而起居室的浓度相对正常，在1 000 ppm 以下（图11）。2 月1 日3:00 左右，居住者有起夜行为，导致卧室CO2浓度急剧下跌，且起居室CO2浓度急剧上涨，说明CO2扩散的速度非常快，短时的开门就能快速改变室内CO2浓度。早上居住者起床开门后，卧室的CO2迅速扩散到起居室。白天由于卧室门窗处于开缝换气状态，CO2浓度处于健康水平，而起居室空间作为贯穿各个房间的核心空间，使用的频率较高，CO2浓度的水平出现了明显的波动。此外，白天室内CO2浓度整体呈逐渐升高状态，从午间1 000 ppm 左右上涨到傍晚1 500 ppm 左右，说明整个户型的开窗通风量不足以使室内居住者产生的CO2及时扩散出去，在室内呆的时间越长，室内空气品质越差，因此，仍需要加大开窗面积来保证足够的通风量。

图11 2 月1—2 日CO2 浓度变化图

卧室温度大多数时间段内略高于起居室，白天由于卧室能够接收到一定的太阳辐射，夜间由于卧室处于封闭状态热量流失较少，烹饪的时候起居室的测点温度会有明显升高（图12）。0:00 以后，卧室中的相对湿度有逐渐缓慢升高的趋势，主要由居住者在密闭空间内的代谢作用产生的水分所致。居住者早晨起来打开卧室门时，卧室内的高湿度空气迅速进入起居室，导致起居室相对湿度在短时间内产生波动。白天开启阳台门时，卧室内的相对湿度会有明显下降，但在关上之后又会快速反弹。

图12 2 月1—2 日温湿度变化图

4 讨论

4.1 实验发现的规律

（1）部分参数存在临界值或饱和点。TVOC 和CO2在门窗紧闭的条件下快速升高，然后在一个较高的浓度水平缓慢积累，而当密闭空间突然开放时，浓度水平会急剧下降。整个过程中，在TVOC 和CO2的浓度值达到高位时似乎存在一个压力，越靠近压力值浓度增加越缓慢，扩散动力越足。根据特点可以推断，这个压力值就是两种物质在当前物理条件下的饱和点，饱和点的临界值受到气压、温湿度等多种因素的影响。

（2）自然通风不能改善所有物质的浓度水平。PM2.5和TVOC 等受室外空气质量影响，室外空气中含量低，表明空气质量越好，室内产生的PM2.5和TVOC 可以通过通风扩散到室外。当室外空气质量较差时，开窗通风反而会不利于改善室内空气质量。因此，自然通风并非根本解决室内空气质量问题的方法。

（3）室内通风不足无法改善空气质量恶化的趋势。尽管起居室在白天处于自然通风状态，但由于室内活动人数较多，CO2扩散量小于居住者活动产生的量，仍会导致CO2浓度水平逐渐升高，通风只起到减缓恶化的作用，而无法从根本上改善空气质量。除了CO2外，其他物质也存在这样的问题，因此，在国标中会提出有效开口面积的指标来保障居室具有足够的通风量。

4.2 室内空气质量的改善建议

（1）合理开窗通风能有效改善室内空气质量。合理的开窗通风既要保证空气质量的改善，也要阻隔病毒的传播。首先，空气质量的改善需要把握通风时机，室外温湿度水平、PM2.5浓度条件好的时候和室内需要长时间封闭的前后时刻都是开窗通风的好时机；其次，是控制通风量，通风量不足不仅无法改善空气质量，还可能淤积越来越多的有害气体，尤其是白天室内活动较频繁时应尽量增大通风量，保证室内通风的有效性。通风也可能招致空气中的病毒，因此，疫情期间尽量以单面扩散式通风为主，尤其是在室外活动较频繁时应尽量减少穿堂风带来的病毒扩散威胁。

（2）主动式设备调节可有效弥补被动调节的不足。上海冬季室外的空气质量并非完全适合自然通风，而且老旧住宅的外围护结构无法有效提供保温隔湿性能，因此，适时的主动式设备调节能够解决问题。比如，在空气温度较低、湿度较高或室外空气质量较差时，通过空调和空气净化装置的使用，能够改善温湿度水平和空气质量；在自然通风不足时，也可以通过空调设备进行温湿度水平的调节；当室内物质浓度由于烹饪或其他活动引起剧烈波动时，也可以尝试使用空气净化装置进行调节等。

（3）人的行为调节是阻止室内空气质量恶化的有效途径。人作为室内空间质量变化的主要因素，在不影响正常生活的条件下，通过特殊时刻的行为调节，也可以阻止室内空气质量的恶化。比如，睡觉时敞开卧室门来扩大气体空间范围，能够防止单一密闭空间内空气质量的持续恶化；烹饪时关闭厨房门，能够阻止有害物质扩散到整个户型空间内；出浴后及时关闭卫生间门，能够降低水蒸气的扩散量和扩散速度等。

5 结语

通过实测，得到老旧住宅室内空间冬季空气质量的健康达标情况：多数情况下，TVOC 浓度达到了国标要求的低于600 μg/m³健康水平，PM2.5和CO2浓度约有一半时间高于相关标准要求，温湿度数值受到外部季节性气候环境严重影响，导致绝大多数时间内，温度和相对湿度数值都不在舒适区间内。从变化趋势来看，TVOC 每日浓度变化的周期性规律最明显，PM2.5和温湿度的浓度变化主要受室外环境影响，表现出相近的室内外变化趋势，CO2浓度变化受到人的活动影响，呈现出的规律性较弱。

影响老旧住宅室内空气质量的因素可以总结为三类：人体代谢、日常活动排放和室外空气扩散。室外环境是影响老旧住区室内空气质量的主要因素，尤其是PM2.5浓度和温湿度等数据的变化趋势与室外环境相近。居住者的日常活动对室内空气质量的影响往往是短时的，早上开门开窗时卧室温湿度、TVOC 浓度和 CO2浓度等会快速下降，厨房烹饪时室内PM2.5浓度和温度产生短时的剧烈波动。人体代谢在密闭环境内也会引起空气质量的变化，比如，夜间密闭卧室内TVOC 和CO2浓度会随时间增长而快速增加。需要指出的是，老旧住宅适时且充足的通风能够有效降低室内TVOC、CO2和PM2.5等物质的浓度，调节室内温湿度水平，营造舒适、安全的室内空间环境。但当室外空气质量不健康或温湿度环境不舒适时，开窗通风会加剧室内空气质量的下降。因此，在合理开窗通风来改善室内空气质量的同时，也需要共同维护一个健康可靠的室外空气环境。