开窗还是关窗？自然通风建筑中的病毒气溶胶传播——清华大学深圳国际研究生院黄健翔团队发表最新研究成果

疫情期间，许多人都被建议开窗通风以降低室内病毒浓度。然而，对于自然调节建筑（Free Running Buildings）——即依赖自然而非机械通风的住宅楼——开窗真的能降低感染风险吗？一项针对香港高层住宅楼疫情期间的最新研究给出了意外的答案。

不同通风条件下楼层预测疾病传播风险

关闭源单元的门窗可显著降低疾病传播风险

摘要：

在自然通风建筑中，病毒气溶胶跨区传播机制实证不足，现有研究工具受限于计算瓶颈，不足以模拟大型建筑在众多门窗启闭边界条件下的流场特征。如何通过开关门窗来抑制病毒气溶胶扩散，学术界尚无定论。本研究旨在：1) 模拟大型自然通风建筑气流的多区动力学特征；2）提供此类气流场引发呼吸道传染病传播的中介证据。本研究聚焦香港某高层住宅楼的新冠聚集性感染事件，构建一套级联模拟框架，用于评估户间气流交换和病毒气溶胶时空浓度分布。为验证模型准确性，团队制作3D打印缩尺建筑模型并置于风洞中进行示踪气体扩散实验。结果表明，源病患释放的气溶胶可通“室内穿堂风”和“室外再侵入”双重路径向下风侧单元迁移，在面对高传染性毒株时，暴露剂量具备致病风险。主动关闭门窗可将疾病传播风险降低原先1/4或1/2。该级联策略克服计算限制，能够高效应对周边复杂微气候和地形环境。

关键词：自然通风建筑，新冠，示踪气体实验，风洞，缩尺模型，级联模拟

Abstract: Free running buildings are suspected of spreading viral aerosols from unit to unit; while modeling literature is limited in analyzing multi-zone airflow influenced by a large number of building openings. Question remains as whether windows or doors should be closed to mitigate hazard transmission in such conditions? This study aims to 1) model the multi-zone airflow in a large free running building, and 2) present intermediary evidence on the possible disease transmission associated with such flow. A COVID-19 outbreak in a high-rise apartment building in Hong Kong was investigated. A cascading strategy was developed to backcalculate the unit-to-unit airflows and hazard concentration. The model was partially evaluated using tracer-gas experiments conducted using 3D-printed mockup building placed inside a wind tunnel. Findings suggest that hazard emanating from the source unit are likely to migrate downwind through both indoor and outdoor pathways. Closing windows can reduce such risk by a factor of two to four. The cascading strategy can analyze airflow in a complex building with surrounding urban and topological context. The public health message is that windows and doors should be closed during hazard outbreaks such as fire, smoke, or infectious diseases.

Keywords: Free Running Building, COVID-19; Tracer-Gas Experiment; Wind Tunnel; Scale Model; Cascading Model

什么是“自然通风建筑”？

简单说，就是不靠空调和新风系统，完全靠开窗让风吹进来换气的建筑。

这类建筑在温暖的南方很常见，香港的高层公屋就是典型代表。因为冬天不冷，建筑规范也鼓励多开窗，所以很多住宅楼都采用这种通风方式。疫情期间，大家也大多打开窗户，觉得这样能把病毒“吹走”。

但问题来了：病毒真的被吹走了吗？

答案是：未必。 有时候，它可能从一家“串门”到另一家。

研究团队调查了2022年1月香港某高层公屋的一起聚集性疫情（图1）。在同一层楼的20户中，短短一周内，有7户相继出现了感染者。而最初的感染源，只来自其中一户。

更关键的是，这些感染者之间没有见过面，也没有证据表明是通过触摸物体表面感染的。那么，病毒是怎么传过去的呢？

图1 (a) 香港某典型公共住宅楼及其周围环境；(b)疾病传播期间的风况；(c) 根据医院管理局数据，按症状出现日期统计的每日病例数疫情曲线。

他们是怎么研究的？

为了搞清楚这个问题，团队不厌其烦：

• 先建了建筑流场数字孪生模型：把整栋楼、周边环境、风向数据全部输入电脑，模拟病毒随空气流动的路径（图2-图4）。

• 再用3D打印做了个“微缩建筑”：以1：100的比例打印出整层楼的模型，放进风洞里（图5），释放一种安全无毒的示踪气体（代替病毒），看它到底会飘到哪里去（图6）。

图2 (a) WRF模式中使用的22 km × 22 km模拟区域；(b) 2022年1月16日00:00预测气流场；(c) 2022年1月16日00:00预测气流场剖面A；(d) 2022年1月16日00:00预测气流场剖面B。

图3 (a) 本研究CFD模型计算域及网格划分；(b) 高层公寓楼周围距地面43.5 m高度处的模拟风速切片。

图4 COVID-19疫情期间病毒气溶胶室内传播的模拟结果：(a) 东风条件；(b) 东南风条件。

图5 (a) 公寓楼标准楼层平面的3D打印缩尺模型；(b) 风洞内进行示踪气体实验的照片；(c) 用于模拟1:100建筑模型穿堂风的开环层流风洞。

图6 (a) 东风向下实测的示踪气体浓度；(b) 东风向下模拟的示踪气体浓度；(c) 东北风向下实测的示踪气体浓度；(d) 东北风向下模拟的示踪气体浓度；(e) 东南风向下实测的示踪气体浓度；(f) 东南风向下模拟的示踪气体浓度。

研究发现了什么？

1. 病毒真的会在楼里“串门”，气溶胶从源单元出来后，有两条路可以跑到邻居家：

• 室内路线：通过走廊、电梯大堂等公共区域，从门缝进入邻居家；

• 室外路线：从窗户出去，再被风吹进邻居家。

而且，室内外两条路“联手”时，病毒传播范围更广，也更能解释本次疫情中实际感染户的分布情况。

2. 关窗真的管用——风险降低一半以上

研究团队模拟了四种开关窗情景并预测了疾病感染风险（图7）：

也就是说，如果同楼层有患者，大家关好门窗比开着更安全。

图7 不同通风条件下楼层各单元的预测疾病感染风险。

这和我们的直觉不一样？

是的。疫情期间，很多指南都建议“开窗通风”。

但这项研究提醒我们：在人群密集的高层住宅楼里，尤其是自然通风建筑，各家各户通过开窗形成的气流是连通的。 开窗吹进来的空气，可能正好来自邻居家。

研究团队的公共卫生建议是：

在出现传染病、火灾烟雾等空气传播危害时，窗户和门最好保持关闭状态。特别是当楼内已有确诊患者时，关闭门窗是更谨慎、更安全的防护选择。

一句话总结：

开窗通风虽好，但在高层住宅楼里，如果邻居家有感染者，关窗或许更能保护你和家人。

基金支持：

本研究获得国家自然科学基金（项目号：52578030）和香港研究资助局（项目号：HKU C7105-21G）的资助。

作者：

Eric Schuldenfrei ²; Xu Tang ^{3, 4}; Xi Deng ^{2, 3}, Qun Wang ⁵; Zhang Lin ⁶; Jianxiang Huang ^1,*

1. Institute of Future Human Habitats, Tsinghua University Shenzhen International Graduate School, Shenzhen, China

2. Department of Architecture, The University of Hong Kong, Hong Kong, China

3. Department of Urban Planning and Design, The University of Hong Kong, Hong Kong, China

4. The University of Hong Kong Shenzhen Institute of Research and Innovation, Shenzhen 518057, China

5. Department of Mechanical Engineering, The University of Hong Kong, Hong Kong, China

6. Department of Architecture and Civil Engineering, City University of Hong Kong, Hong Kong, China

作者简介：

本论文通讯作者为清华大学深圳国际研究生院未来人居研究院副院长黄健翔长聘副教授，论文第一作者为香港大学建筑学院建筑学系前系主任Eric Schuldenfrei副教授，共同作者及本期封面图片作者为香港大学建筑学院建筑学系、城市规划与设计系邓曦研究员。黄健翔课题组研究可持续高密度城市，聚焦城市性能模拟优化设计与城市数据分析。在学术期刊和会议上发表50余篇论文。基于研究成果开发出一系列可持续设计评价与优化软件，被业界应用于香港、新加坡、杭州等城市实际开发建设案例中。研究获得国家自然科学基金、香港研究资助局，医疗卫生研究基金等项目资助，中国工程院中国工程前沿杰出青年学者。多次组织国内外城市设计教学课程，教学成果获得国际奖励。获得美国注册规划师，LEED认证专家，曾任国际区域与规划师协会年会组委会成员、中国国际规划学会理事会理事。教学、设计、和研究成果获得境内外10余项奖励。

引用：

Schuldenfrei E, Tang X, Deng X, et al. (2026). Multi-zone modeling of airflow in a free running building floor: Possible implications for disease transmission. Building Simulation, 19: 587–603. https://doi.org/10.1007/s12273-026-1417-0   

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