北京市供暖季住宅建筑新風系統(tǒng)使用行為分析

朱 寧 劉奕巧 崔 桐 王新如 吳金順 潘 嵩

北京工業(yè)大學 北京 100124

現(xiàn)代居民每天有70%以上的時間在室內(nèi)生活和工作[1],通風不良已成為一個嚴重問題。自然通風是住宅建筑傳統(tǒng)的通風方式。然而,當室外空氣質量較差時,自然通風無法有效稀釋或去除室內(nèi)污染物,無法為住宅提供充足的新鮮室外空氣時,帶過濾器的新風系統(tǒng)成為改善室內(nèi)空氣品質的良好補充方法[2]。

新風系統(tǒng)的開啟時長會顯著影響建筑能源消耗,常采用日均開啟時長作為量化居民的新風系統(tǒng)使用行為的指標。Huang等人[3]監(jiān)測了中國東北地區(qū)8戶使用新風系統(tǒng)公寓的空氣品質,結果表明新風系統(tǒng)可以有效降低室內(nèi)甲醛、VOC和CO2濃度,年平均每日通風時間為9.91小時。然而,對居民行為的研究側重于“平均行為”。新風系統(tǒng)使用行為復雜多樣,人們對同一環(huán)境的感知和反應不同,這意味著“平均行為”將消除“個體化行為”的特征[4],即不同類別個體的行為特征。

1 新風系統(tǒng)使用行為特征分析

該研究選取北京地區(qū)的13戶使用新風系統(tǒng)的家庭作為測試對象。根據(jù)《北京市供熱管理辦法》規(guī)定的供暖周期,確定測試時期為2018年11月15日至2019年3月15日,為期4個月。

日均開啟時長作為新風系統(tǒng)使用行為的描述性指標。如圖1所示,13戶家庭的日均開啟時長為17.5小時,即一天中有73%的時間開啟新風系統(tǒng)。不同家庭的新風系統(tǒng)使用行為存在明顯差異。新風系統(tǒng)并非全天開啟,而是間歇性運行。根據(jù)圖1,家庭C和L的日均開啟時長遠低于13個家庭的平均值(17.5小時)。此外,新風系統(tǒng)的使用時長會影響建筑能耗,而不同的開啟時長會受到新風系統(tǒng)使用行為的影響。因此,根據(jù)日均開啟時長,將樣本家庭分為兩個類型:經(jīng)濟型家庭(C、L)和傳統(tǒng)型家庭(A、B、D、E、F、G、H、I、J、K、M)。

圖1 13戶家庭的日均開啟時長

2 新風系統(tǒng)使用行為影響因素

2.1 一天中的不同時間

本節(jié)分析了兩種不同類型的家庭在一天中不同時間的開啟概率(圖2),以闡明時間因素和人行為的關系。經(jīng)濟型家庭的開啟概率點線圖比傳統(tǒng)型家庭波動趨勢變化更大,因此,經(jīng)濟型家庭采取更多的行為來調(diào)整新風系統(tǒng)。經(jīng)濟型家庭的開啟概率呈單峰趨勢,峰值在20:00～21:00,這可能是因為居民在睡覺前使用新風系統(tǒng)來創(chuàng)造良好的室內(nèi)空氣質量;從6:00～10:00,居民起床后打開窗戶或離開房間,從而關閉新風系統(tǒng),因此,早上起床是居民關閉新風系統(tǒng)的主要驅動因素;新風系統(tǒng)在15:00～21:00開啟概率逐漸增加,這可能是因為下班回家的居民打開新風系統(tǒng)。對于傳統(tǒng)型家庭,7:00～11:00開啟概率降低;此外,新風系統(tǒng)從11:00～17:00相對穩(wěn)定,可能是因為住戶不在房間內(nèi);隨著居民回家,17:00～21:00的開啟概率逐漸增加。因此,當居民進入房間時傾向于打開新風系統(tǒng),起床后關閉新風系統(tǒng)。

圖2 一天中不同時間的開啟概率

2.2 室內(nèi)CO2濃度

圖3(a)展示了測試家庭在不同室內(nèi)CO2濃度下的分布比例。在供暖季,經(jīng)濟型家庭的日均室內(nèi)CO2濃度為636.3ppm,傳統(tǒng)型家庭的日均室內(nèi)CO2濃度為683.4ppm。Shen等人[5]在供暖季對北京一套自然通風住宅公寓的室內(nèi)CO2濃度的監(jiān)測結果表明CO2濃度日均為740ppm。因此,新風系統(tǒng)使用家庭的室內(nèi)CO2濃度略低于非新風系統(tǒng)使用家庭。圖3(b)顯示當經(jīng)濟型家庭的室內(nèi)CO2濃度在400～800ppm時新風系統(tǒng)開啟概率增加。在室內(nèi)CO2濃度大于800ppm時,開啟概率逐漸降低。傳統(tǒng)型家庭的室內(nèi)CO2濃度在400～500ppm時,開啟概率逐漸增加。此外,當室內(nèi)CO2濃度在500～1000ppm之間時,開啟概率保持穩(wěn)定。然而,一旦它變得大于1000ppm,開啟概率降低?？傊?在不同的室內(nèi)CO2濃度下,經(jīng)濟型和傳統(tǒng)型家庭的開啟概率呈現(xiàn)出不同的波動趨勢。

(a)分布比例

(b)開啟概率

2.3 室內(nèi)PM2.5濃度

根據(jù)圖4(a),經(jīng)濟型和常規(guī)型家庭的室內(nèi)PM2.5濃度大多在0～35μg/m3之間,表明新風系統(tǒng)使用家庭室內(nèi)空氣質量良好。在經(jīng)濟型家庭中,平均室內(nèi)PM2.5濃度為16.19μg/m3,傳統(tǒng)型家庭的平均室內(nèi)濃度為12.30μg/m3。Zuo等人[6]對北京自然通風住宅內(nèi)PM2.5濃度的研究顯示,供暖季室內(nèi)PM2.5日均濃度為46.1μg/m3。與本研究相比,新風系統(tǒng)使用家庭的PM2.5濃度顯著低于非新風系統(tǒng)使用家庭。圖4(b)展示新風系統(tǒng)開啟概率隨著室內(nèi)PM2.5的濃度的增加而下降。當經(jīng)濟型家庭的室內(nèi)PM2.5濃度為0～35μg/m3時,新風系統(tǒng)的開啟概率為36.25%;當濃度為75～115μg/m3時,開啟概率降至10.53%。當傳統(tǒng)型家庭的室內(nèi)PM2.5濃度為0～35μg/m3時,開啟概率為85.20%;當濃度為75～115μg/m3時,開啟概率將降至65.41%。

(a)分布比例

(b)開啟概率

2.4 室外PM2.5濃度

根據(jù)圖5(a),供暖季節(jié)室外PM2.5濃度基本保持在0～75μg/m3之間;圖5(b)表明,新風系統(tǒng)開啟概率上升與室外PM2.5的濃度的增加相關。因此,室外PM2.5濃度是開啟新風系統(tǒng)的驅動因素。由于經(jīng)濟型家庭的開啟概率上升趨勢較傳統(tǒng)型家庭明顯,因此,前者對室外PM2.5濃度的敏感性更為顯著。

(a)分布比例

(b)開啟概率

3 結論

(1)室外PM2.5濃度是影響居民開啟新風系統(tǒng)最重要的因素。使用新風系統(tǒng)家庭的日均室內(nèi)PM2.5濃度低于非新風系統(tǒng)使用家庭。

(2)不同家庭的新風系統(tǒng)使用行為存在明顯差異。在供暖季,新風系統(tǒng)使用家庭的日均開啟時長為17.5小時。根據(jù)日均開啟時長確定典型新風系統(tǒng)使用行為:經(jīng)濟型家庭和傳統(tǒng)型家庭。

(3)居民的生活習慣(時間)影響新風系統(tǒng)的使用。在經(jīng)濟型家庭中,一天中不同時刻開啟概率的波動趨勢比傳統(tǒng)型家庭更明顯。經(jīng)濟型家庭的開啟概率呈單峰趨勢,在20:00～21:00達到最大值。