关于室内绿化和环境质量的十个问题

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Ten Questions on Indoor Greening and Environmental Quality

室内绿化（iGI）对改善室内环境质量（IEQ）的作用机制及实践路径研究。通过分析植物密度、物种选择及通风等关键因素对空气质量、温湿度调节的影响，发现iGI能提升空气质量和热舒适度，但长期实证数据不足。研究提出跨学科框架，涵盖生物物理性能、生态微生物动态、健康福祉、公平性及系统整合五大主题，指出需突破技术、操作和监管障碍，并建立标准化评估体系。

　　

普拉尚特·库马尔（Prashant Kumar）|孙浩（Hao Sun）|阿卡什·比斯瓦尔（Akash Biswal）|阿努巴夫·库马尔·德维迪（Anubhav Kumar Dwivedi）|张浩尹（Ho Yin Wickson Cheung）|卡马尔迪普·布伊（Kamaldeep Bhui）|蒂贾娜·布兰努萨（Tijana Blanusa）|伯特·布洛克恩（Bert Blocken）|妮可·范登博格德（Nicole van den Bogerd）|约翰·凯泽·卡拉乌蒂特（John Kaiser Calautit）|尼古拉·卡尔斯劳（Nicola Carslaw）|布莱恩·康西丁（Brian Considine）|弗雷德里克·库隆（Frederic Coulon）|特蕾西·埃普顿（Tracy Epton）|H·克里斯托弗·弗雷（H. Christopher Frey）|安德鲁·格里肖普（Andrew Grieshop）|劳伦斯·琼斯（Laurence Jones）|苏普里特·考尔（Supreet Kaur）|昂格斯·麦克纳博拉（Aonghus McNabola）|苏米特·库马尔·米什拉（Sumit Kumar Mishra）|阿比盖尔·威廉姆斯（Abigail Williams）

全球清洁空气研究中心（GCARE），萨里大学工程与物理科学学院土木与环境工程学院，英国吉尔福德GU2 7XH

摘要

尽管户外城市绿化的好处已被广泛认可，但室内绿色基础设施（iGI）在改善室内环境质量（IEQ）方面的作用——包括空气质量、热舒适度和生物气溶胶——仍缺乏充分研究。这篇包含十个问题的论文指出了iGI与IEQ之间的关键挑战、机遇和研究空白，这些问题被分为五个主题类别：（1）生物物理和技术性能；（2）生态和微生物动态；（3）人类健康与福祉；（4）公平性、可及性和社会经济因素；（5）实施和系统整合。研究结果表明，iGI可以改善空气质量、调节湿度并提升热舒适度。然而，其效果很大程度上取决于植物密度、物种选择和通风情况。大多数证据来自受控环境。iGI可能带来积极的心理和认知益处，并通过经济可行的室内干预措施减少健康不平等。然而，关于长期实地研究、室内微生物生态系统影响以及社会经济可及性的数据仍然非常有限。要广泛采用iGI，需要量化已验证的效益条件，并通过适应性设计、数字监测和跨学科合作克服技术、运营和监管障碍。作为总结，本研究引入了一个新开发的综合矩阵，将二十六种室内绿化类型与二十个IEQ参数进行分类，并评估了现有数据的可靠性。该矩阵为决策和设计提供了科学依据。这篇综述为研究人员、政策制定者和实践者提供了基于证据的见解，以便在适当的情况下有效利用iGI，打造更健康、更具气候适应性的住宅和商业建筑，同时解决当前的IEQ问题并支持长期可持续发展目标。

引言

如今，建筑封闭环境已成为人类主要的生活场所，人们有高达90%的时间是在室内度过的[1,2]。这些环境的特性对人类健康和福祉有着重要影响。越来越多的证据表明，现代人工环境、当代生活方式与一系列新兴的心理和生理障碍之间存在直接关联[3]。随着全球人口越来越多地转向城市化生活方式，这些影响预计会加剧[4]。与此同时，气候变化正在重塑我们的室内和室外环境，导致温度升高、湿度变化，从而改变建筑物内的污染模式。提高建筑能效的努力旨在实现许多国家（如英国和欧盟提出的本世纪中叶脱碳目标）及越来越多的国际政府所采纳的目标[5,6]。然而，如果提高能效导致通风减少而没有妥善处理室内污染源，可能会损害室内环境质量（IEQ）。虽然像绿色墙壁和树木这样的户外绿化解决方案已经得到了充分研究[7, [8], [9]]，但关于室内绿色基础设施（iGI）在影响IEQ方面的作用的证据仍然有限且分散。

各种iGI（包括盆栽植物、室内绿色墙壁和屏幕以及生长在传统介质或水培中的苔藓板）与建筑环境和使用者直接互动，从而影响IEQ[10]。IEQ是一个多方面的概念，涵盖室内空气质量（IAQ）、热舒适度、生物气溶胶（细菌、病毒、真菌、花粉、霉菌和过敏原）、照明和声学，所有这些因素都会影响人类健康和福祉[11,12]。如图1所示，根据技术整合程度，iGI可以分为被动型、过渡型和主动型三种类型，共包含21种常用的室内绿化系统。然而，只有少数研究探讨了室内绿化如何影响这些多维度方面[10]。

现有的大多数研究集中在特定污染物的去除或湿度调节上，现在有必要探索更广泛的途径和机会。关于植物对室内空气动态的影响、植物-微生物组相互作用（例如叶圈和根际群落）及其与人类和表面微生物组的潜在相互作用，以及室内释放的生物挥发性有机化合物（BVOCs）的排放和命运的研究尤为匮乏[13]。同样，植被对二次IEQ参数（如声学性能）的贡献也缺乏系统性的关注。值得注意的是，现有研究依赖于实验室或封闭环境设置，这些设置无法反映实际情况或植物布局、通风模式和使用者行为的差异，从而限制了其在实际建筑中的普遍性[14]。此外，缺乏评估iGI对IEQ参数影响的标准化指标，限制了不同研究之间的可比性。需要开展长期的大规模调查，结合实地测量和建模，涵盖住宅和商业环境。因此，尽管室内绿化具有潜力，但仍需要强有力的跨学科证据来明确其改善IEQ的潜力，并确保iGI不会加剧现有的健康和福祉不平等。

气候变化通过建筑能效、室外污染模式的变化以及使用者行为的适应性之间的复杂相互作用影响IEQ。能效措施通常会减少通风，而在温暖时期，气候敏感的污染物（如臭氧和bVOCs）会更多地渗入建筑物。同时，气候变化引起的湿度增加会增加霉菌风险。这些综合挑战凸显了将IEQ与气候适应性联系起来的框架的必要性。与此同时，全球范围内的户外城市绿化项目正在迅速发展，伦敦设定的150万平方米绿色屋顶就是一个例证[15]。尽管人们对绿色设计的兴趣日益增加，但iGI在改善IEQ方面的贡献尚未得到足够的科学关注。

表1总结了关于室内绿化的最新出版物和相关综述，这些综述的重点各不相同，从广泛的概念性讨论到对特定环境参数或污染物的详细分析都有涉及。例如，一些研究关注城市绿化和韧性城市[16]或主观IEQ评分尺度的可靠性[17]，而其他研究则专注于特定污染物（如超细颗粒物[19]）或绿色建筑认证系统中的IAQ[26]。此外，还有一些相关综述探讨了室内植物和绿化系统对IEQ的作用，涵盖了室内植物修复和污染物去除[33,37,39]、室内植物与健康和福祉的联系[31,34]，以及垂直绿化墙和生物过滤器在空气质量、热舒适度和心理效益方面的作用[10,32,36]等主题。这些研究从多样化的角度强调了IEQ的关键维度，包括健康风险、能效和社会正义。本文的独特之处在于将十个问题的框架专门应用于iGI，综合了技术、微生物学、健康、社会经济和场所维度的证据，提供了更有力的跨学科方法来填补关于iGI、IEQ和气候适应性的知识空白。

本文提出的十个研究问题大致分为五个核心主题类别（TC），有些问题涉及多个类别。如图2所示（并在表S1中详细说明），这些类别构成了理解iGI的连贯框架，包括：

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TC1-生物物理和技术性能（评估对IEQ参数的影响、暖通空调系统集成、能效、季节性性能；Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q9）。

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TC2-生态和微生物动态（重新激活微生物群落、管理霉菌/生物气溶胶风险；Q5, Q6）。

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TC3-人类健康与福祉（对认知、情绪、生理、心理健康、热感觉和行为变化的影响；Q4, Q6, Q7）。

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TC4-公平性、可及性和社会经济影响（不同社会脆弱性群体中的效益；Q8）。

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TC5-实施和系统整合（现有干预措施、工程障碍、实际效果；Q3, Q9, Q10）。

这些主题代表了从研究iGI的基本技术性能到理解其更广泛的人类和系统影响的逻辑进展。最后，本文提出了未来研究的建议，以加速iGI的普及并更好地理解实际应用中的挑战。

部分摘录

关于IEQ和iGI的十个问题及其答案

TC1，“生物物理和技术性能”（Q1-Q5）探讨了核心问题：植物和建筑环境如何相互作用？理解这些iGI的基本机制将为不同系统的功能（技术整合程度和生态-机械相互作用）提供必要的概念基础，反映了Q9中讨论的各种干预措施和技术可行性。

讨论

对上述十个问题的讨论揭示了室内绿化研究中的关键定量差距。一个矩阵（图11）综合了现有的定量证据和专家判断，旨在提供指示性而非决定性的信息，包括对数据可靠性的评估，以便将Q1–Q10中的概念性综合转化为系统比较框架。矩阵的详细开发过程见补充信息S2部分，矩阵中的iGI类型分类如下

结论

本文的十个问题研究了iGI在塑造更健康、更可持续和更具气候适应性的室内环境中的作用。通过从生物物理、生态、人类和社会技术角度系统地研究iGI，该框架整合了传统上分别研究空气质量、舒适度和福祉的各个学科之间的零散证据。

除了每个问题确定的关键信息和研究空白之外，还得出以下结论：

数据可用性

本文所述的研究未使用任何数据。

CRediT作者贡献声明

普拉尚特·库马尔（Prashant Kumar）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论制定、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。孙浩（Hao Sun）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、方法论制定、调查、正式分析、数据管理。阿卡什·比斯瓦尔（Akash Biswal）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、方法论制定、正式分析