“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室建造环境（BERL）课题组赵靖副教授团队在建筑环境领域Top期刊《Building and Environment》（JCR Q1，影响因子IF：7.6）发表了关于集体公寓多层建筑排水系统气溶胶跨楼层竖向传播风险量化的研究成果，该研究以真实四层公寓建筑为对象，采用多楼层同步流场监测、气溶胶物理示踪和人群风险评价相结合，系统揭示了冬季烟囱效应与机械冲水作用下的气溶胶跨层传输特征及人群感染风险，首层地漏持续表现为由排水管网向室内的气流外逸并在冲水时进一步增加了气溶胶外溢暴露风险，为低层公寓冬季建筑排水系统与室内通风系统的生物安全设计提供了现场实验依据。
一、题目
集体公寓多层建筑排水系统气溶胶跨楼层传播风险量化
Risk quantification of cross-floor aerosol transmission in multi-story drainage systems of collective apartments
二、作者
Dehan Liu（刘德涵）, Jing Zhao（赵靖，通讯作者）, Faliq Hussain, Yibing Wu（吴怡冰）, Junjie Liu（刘俊杰）, Feng Gao（高峰）, Yingying Fan（范莹莹）, Dayan Xu（许大延）
三、研究亮点
- 量化冬季烟囱效应下多层建筑排水系统气溶胶传输风险；
- 烟囱效应驱动的气溶胶扩散对群体感染负荷的贡献75.64%–82.67%。。
四、摘要
公共卫生间作为集体公寓中的高频交汇空间，其内部带有缺陷地漏的建筑排水系统（BDS）为气溶胶提供了跨楼层隐蔽传输的通道，使其成为交叉感染的关键节点。本研究采用实时同步传感器阵列与气溶胶示踪技术，在天津一栋四层供暖学生公寓中，定量研究冬季较大室内外温差和弱室外风条件下建筑排水系统的跨楼层气溶胶传播，并基于改进的Wells-Riley模型评估了跨层感染风险。结果表明，在稳态热压作用下，仅首层地漏发生持续的气溶胶逸出，日均流速 0.81 m/s，源头传输效率达 14.65%，10分钟暴露感染风险最高达 4.13%；其余楼层受负压主导，风险极低。在瞬态冲水驱动下，3或4层的冲水引发最显著的管网气流波动，导致首层最大流速增至 2.6 m/s，相对烟囱工况感染风险提升 39.7%~55.45%，而其余楼层增幅小于0.08‰。综合考量集体公寓的高频使用特征与群体累积暴露量，公寓一小时内至少发生一例感染的概率为46.19%–94.05%，预期引发的感染人数达 0.61 - 2.75 例/小时。其中由烟囱效应驱动的气溶胶持续扩散主导了该暴露过程。
五、主要成果
图1. 四层排水管网中的高分辨率流场监测系统。
图2. 建筑排水系统中四个测试楼层地漏口处连续24小时的压差与流速监测结果。
图3. 各监测楼层地漏处气溶胶浓度的空间分布。
图4. 在 1-4 层冲水后，各楼层地漏处空气流速与压差的动态响应特征：(a) 4 层冲水，(b) 3 层冲水，(c) 2 层冲水，(d) 1 层冲水。
图5. 在 1-4 层冲水后，各楼层地漏处气溶胶数量的动态监测结果：(a) 4 层冲水，(b) 3 层冲水，(c) 2 层冲水，(d) 1 层冲水。
图6. 烟囱效应作用下各楼层的传输效率与感染风险。
图7. 不同楼层冲水行为引发的跨楼层感染风险。
图8. 不同运行工况下建筑1 小时内发生至少 1 例感染的概率、建筑层面人群平均个体感染风险以及预期感染人数。
六、结论
1.在本研究冬季较大室内外温差和弱风条件下，烟囱效应主导的传播路径主要受控于同层室内热力抽吸与立管内部热压浮力的相对压差。首层地漏持续表现为由排水管网向室内的气流外逸，10 min暴露的感染风险最高为4.13%；其余楼层主要表现为由室内向排水管网的负压抽吸，感染风险低于0.2‰。2.机械冲水在烟囱效应形成的基础流场上叠加了短时压力和气流扰动，并推动管内气溶胶向下层传播。首层地漏风速峰值达到2.6 m/s，10 min感染风险较烟囱效应基线提高39.7%–55.45%，而其他楼层的风险增量不超过0.08‰。3.综合考虑集体公寓的高频使用特征与暴露情景下，楼宇人群平均个体感染风险为0.31%–1.38%，预期感染人数为0.62–2.75 cases/h，1 h内至少发生一例感染的概率为46.19%–94.05%。其中烟囱效应对系统整体感染负荷的贡献82.29%–95.33%。
七、致谢
本研究得到中国科学技术部国家重点研发计划“国家质量基础设施体系（NQI）”专项的资助（批准号：2023YFF0613100）。
文章引用：D. Liu, J. Zhao, F. Hussain, Y. Wu, J. Liu, F. Gao, Y. Fan, D. Xu, Risk quantification of cross-floor aerosol transmission in multi-story drainage systems of collective apartments, Building and Environment (2026) 115153. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2026.115153.
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稿件编辑：刘德函
稿件审核：刘俊杰、田媛
