姬鹏诚，吴首昊，冯姚晨，赵汶桢，王飞飞(华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074)

1 概述

室内空气质量对人的健康非常重要[1]，当室内空气中CO2体积分数为700×10-6时，少数人对此有感觉；当达到1 000×10-6时，较多人感到不舒服；当达到2 000×10-6时，可视为室内空气质量不佳；当达到3 000×10-6时，人体呼吸频率将加快；当达到4 000×10-6时，室内人员将产生头晕、头痛、耳鸣、眼花、血压上升等不适症状。GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》规定，教室内CO2的体积分数应小于1 000×10-6。

在冬季，教室大多门窗紧闭，通风状况不佳，常会出现CO2体积分数超标的情况，影响学生学习效率[2]。Griffiths等人[3]对门窗关闭且仅开通风设备的教室进行了测试，发现CO2体积分数峰值可达2 700×10-6，CO2日均体积分数为1 504×10-6。除门窗开闭外，人员密度也是教室内CO2体积分数的重要影响因素。姬长发等人[4]对西安某高校教室内的CO2体积分数进行实测：对于外窗关闭的普通教室，人员密度增加1倍，CO2体积分数上升50%以上；由于面积更大、层高更高，在与普通教室人数相近时，阶梯教室室内空气品质更优。隋学敏等人[5]对北方某高校供暖期的3种面积规格的教室进行调查，发现这些教室内CO2平均浓度均远超出国家标准，可能由于开窗通风频率低所致。

在教室内人员的主观评价方面，袁越[6]通过对武汉某中学教室进行问卷调查发现，被调查者认为空气质量一般的占46.0%、空气较浑浊的为31.3%、很浑浊的为16.6%，较清新的仅占6.1%，这表明教室空气质量的满意率较低。在人体生理和心理方面，张英杰[7]研究发现，学生对教室整体环境满意度会随着CO2体积分数的升高而降低，体积分数过高时将出现乏力嗜睡、精神低迷沉闷、注意力不集中等情况。

在学习效率方面，戴欢欢等人[8]的研究表明，不通风教室的CO2体积分数比通风教室高约4倍，学生视敏度、反应速度、注意力集中程度均下降。张弘源等人[9]的研究表明，受试者的学习效率随着CO2体积分数的升高而降低，学习意愿在CO2体积分数600×10-6～1 500×10-6时略有升高，超过1 500×10-6后则出现大幅下降。

本文针对内廊式教室，在内窗、外窗关闭的情况下，实测分析关门、开门以及不同教室面积条件下教室内CO2体积分数，调查受访者对教室内空气品质的评价及高效学习持续时间。

2 研究方法

2.1 实测对象

2019年11月，笔者对武汉市洪山区某高校教学楼教室(内廊式教室)室内CO2体积分数进行监测。监测时间为8:00至12:00，第1节大课指8:00—9:40的两节小课，第2节大课指10:10—11:50的两节小课，每节小课时长45 min，小课间休息时间为10 min。

被监测教室分为小教室、中等教室、大教室，教室布局、尺寸及监测装置安放位置分别见图1～3。小教室高度为3.5 m，中等教室和大教室高度均为3.7 m。教室内学生人数保持在30人，另有教师1名。小教室面积为56.0 m2，人均面积为1.81 m2/人。中等教室面积为78.4 m2，人均面积为2.53 m2/人。大教室面积为84.8 m2，人均面积为2.74 m2/人。小教室座位数为40个，中等教室座位数为68个，大教室座位数为99个。

图1 小教室布局及监测装置安放位置

图2 中等教室布局及监测装置安放位置

图3 大教室布局及监测装置安放位置

3种教室内均设有1台立式分体式热泵空调，在测试时处于关闭状态。此外，再无供暖设施。教室内学生着装以较厚的外套、棉衣为主，且均处于静坐状态。

2.2 监测仪器

采用CO2浓度监测仪监测教室内CO2体积分数，3种教室监测装置的安放位置分别见图1～3，放置高度距地面75 cm。监测仪测量范围为0～9 999×10-6，分辨率为1×10-6，测量绝对误差范围为±50×10-6。

监测仪器在上课前5 min布置，每5 s记录一次CO2体积分数，一节大课结束后回收监测仪器。小课间休息时段，绝大多数同学留在座位上休息，少数同学离开座位或出入教室。为减小开门对室内CO2体积分数的扰动，要求出入教室的人员在出入教室时动作尽量迅速。因此，可认为课间休息对测试环境的稳定性影响不大。随后进行数据后处理。监测仪器使用前经过校正，可确保测试结果准确。

2.3 测试工况

除监测教室内CO2体积分数外，我们还以问卷调查方式调查受访者对教室内空气品质的评价及高效学习持续时间。问卷发放时间为大课下课后，并在10 min内回收问卷。调查问卷涉及两方面问题：一方面是对教室内空气品质的评价，分4个选项：空气新鲜、空气略微污浊、有些闷、喘不过气。另一方面是对进入教室后高效学习持续时间的调查，将90 min的上课时间分成6个时段，每个时段15 min，持续时间越长表示能够持续高效学习的时间越长。

测试工况见表1，各工况外窗均处于关闭状态。工况1的监测与问卷调查在第1节大课及下课进行，工况2～4的监测与问卷调查在第2节大课及下课进行。

表1 测试工况

3 监测结果

3.1 工况1、2

工况1、2教室内CO2体积分数随时间的变化见图4。由图4可知，对于小教室，开门状态下，测试期间教室内平均CO2体积分数为662.1×10-6，基本不随时间的延长而变化。关门状态下，教室内CO2体积分数随时间的延长持续增长，课程开始20 min时CO2体积分数就达到了1 000×10-6，大课结束时CO2体积分数升至3 026×10-6。由测试结果可知，开门可以确保小教室室内CO2体积分数保持在较低水平。因此，在室外温度比较低的冬季，为保证室内温度，宜采取开门措施确保室内CO2体积分数保持在较低水平。

图4 工况1、2教室内CO2体积分数随时间的变化

3.2 工况2～4

工况2～4教室内CO2体积分数随时间的变化见图5。由图5可知，在关门状态下，对于中等教室，课程开始18.5 min时，CO2体积分数就达到1 000×10-6，但整体增长速度缓慢，大课结束时，CO2体积分数为1 560×10-6。在50 min左右时，CO2体积分数出现小幅下降，这可能是由于小课间进出教室的同学稍多引起的。对于大教室，测试期间教室内平均CO2体积分数为569×10-6，基本不随时间的延长而变化。因此，在关门以及室内人数不变的情况下，教室面积对CO2体积分数有较大影响，教室面积越大，CO2体积分数越低且随时间的增长速度越慢。

图5 工况2～4教室内CO2体积分数随时间的变化

4 问卷调查结果

4.1 工况1、2

工况1、2受访者对小教室内空气品质的评价分布见表2。由表2可知，对于小教室，关门状态下仅有6.25%的受访者表示空气新鲜，有68.75%的受访者表示有些闷，有18.75%的受访者表示喘不过气。与关门状态形成鲜明对比的是，在开门状态下，有33.33%的受访者表示空气新鲜。由此可知，在关门状态下，绝大多数的受访者对室内空气品质不满意。在开门状态下，则相反。

表2 工况1、2受访者对小教室内空气品质的评价分布

工况1、2受访者高效学习持续时间分布见表3。由表3可知，与关门状态相比，开门状态有助于受访者保持更长时间的高效学习。

表3 工况1、2受访者高效学习持续时间分布

4.2 工况2～4

工况2～4受访者对小教室内空气品质的评价分布见表4。工况2～4受访者高效学习持续时间分布见表5。由表4、5可知，在关门状态下，小教室内的大多数受访者认为室内环境质量差，且保持高效学习的时间比较短。在室内环境质量、高效学习时间方面，中等教室、大教室明显优于小教室，特别是大教室。这与室内CO2体积分数的监测结果一致。

表4 工况2～4受访者对小教室内空气品质的评价分布

表5 工况2～4受访者高效学习持续时间分布

5 结论

① 开门可以确保小教室室内CO2体积分数保持在较低水平。在室外温度比较低的冬季，为保证室内温度，宜采取开门措施确保室内CO2体积分数保持在较低水平。

② 在关门以及室内人数不变的情况下，教室面积对CO2体积分数有较大影响，教室面积越大，CO2体积分数越低且随时间增长速度越慢。

③ 在关门状态下，绝大多数的受访者对室内空气品质不满意。在开门状态下，则相反。与关门状态相比，开门状态有助于受访者保持更长时间的高效学习。

④ 在关门状态下，小教室内的大多数受访者认为室内环境质量差，且保持高效学习的时间比较短。在室内环境质量、高效学习时间方面，中等教室、大教室明显优于小教室，特别是大教室。