人员占用负荷下餐饮空间CO?时间状态诊断：基于稠密网格种子证据的长期运营研究

《Building and Environment》：Temporal regime diagnostics of dining-space CO 2 under occupancy loading: A long-horizon operational study with dense-grid seed evidence

　　

开发了一个时间状态框架，用于诊断用餐空间中的CO2动态。
展示了与近期人员占用负荷相关的CO2延迟响应。
5–60分钟的人员占用滞后改善了交叉验证的CO2斜率预测。
CO2时间特征支持在无需人员计数的情况下进行选择性高负荷诊断。
传感器对比显示的是局部异质性，而非垂直分层。

引言
室内CO2长期以来一直被用作人员占用的运营代理指标，因为它主要由人体代谢产生，且可在有人使用的建筑中进行连续监测[1]，[2]。这一逻辑支撑了广泛的应用，从人员占用推断到按需通风控制及建筑运营[3]，[4]，[5]，[6]。然而，文献也表明，CO2与人员数量之间的关系既不是即时的，也不是一一对应的。基于物理和数据驱动的人员占用研究反复报告了响应滞后、对渗透及门窗开闭的敏感性、对产生速率和换气条件的依赖性，以及区域间传输和传感器噪声引入的不确定性[7]，[8]，[9]。因此，高CO2水平不能被简单地解读为"现在人更多"[10]。它可能代表的是先前人员占用积累的呼出负担，以及室内空气系统的延迟响应。

室内CO2也被广泛解读为通风的替代指标，历史上它成为通风评估和基于CO2的按需通风的核心，因为人员产生的CO2通过室外新风供应被移除[11]，[12]。然而，这种解读也是有条件的，而非绝对的。综述和标准反复强调，CO2不是独立的室内空气质量(IAQ)指标，且常被引用的1000 ppm基准不应被视为普遍的健康或通风充足性阈值[13]，[14]。相反，其解读取决于人员占用动态、系统配置、背景浓度、其他污染物来源，以及传感器的布设和性能[15]，[16]，[17]。在此意义上，升高的CO2读数表明的是与人员占用相关的排放与移除之间的特定情境下的失衡，而非简单的"通风良好"或"通风不良"的判定。

同时，CO2监测的技术条件正在迅速变化。近期综述描述了从实验室分析仪和早期暖通空调模块向低成本、微型化、数字集成传感器的转变，这些传感器支持更短的采样间隔、更广泛的空间部署，以及与建筑监控和控制平台的直接集成[18]，[19]，[20]。因此，CO2传感不再局限于静态合规检查或偶发的通风评估[21]。现在它能够捕捉到与人员占用波动和运营事件时间尺度相匹配的实时动态变化[22]，[23]，使得分析瞬态积聚、积累、延迟和恢复过程变得日益可行，而不仅仅是依赖单一浓度快照。

近期的数据驱动工作以多种方式利用了这种时间和空间分辨率。LSTM和GRU架构被用于比较办公室、图书馆和讲座室的多模态人员占用预测[24]；历史窗口和循环模型也被用于预测未来室内CO2浓度[25]。空间-时间图模型编码传感器邻接关系、时间滞后节点或变化的布局，以改进联合CO2和人员占用预测[26]，[27]，而CFD研究解析非均匀浓度场并评估点传感器是否代表房间平均条件[28]。这些方法建立了一个强大的预测和空间建模文献，但其估计目标与本研究不同：预测准确性或场重建本身并不能提供人员占用定义事件与延迟积聚、积累和恢复阶段之间可解释的映射。因此，本文使用的岭模型是在泄漏控制的日折下可解释的增量信息测试，而非对最先进序列预测准确性的主张。

然而，这两种主导性解读——CO2作为人员占用代理和CO2作为通风替代指标——对于高周转空间如食堂、咖啡店和餐厅来说仍然过于粗糙。在这类环境中，人员快速到达和离开，室内CO2不会在人员离开的那一刻消失，并且由于布设异质性和混合不完全，不同传感器可能会观测到不同的局部浓度[28]，[29]，[30]。相邻区域之间的空气传输、局部循环、厨房活动和变化的暖通空调状态可以进一步重塑传感器记录的内容[31]，[32]。因此，相同的CO2浓度可能对应于根本不同的物理状况，包括积聚、延迟峰值、持续积累、衰减或不完整恢复。在周转快但空气响应慢且空间不均匀的空间中，传统观点均不完整。

因此，明确的研究空白有三重：静态代理解读掩盖了时间记忆；高周转人员占用很少在长运营记录中与可解释的积聚和恢复阶段对齐；空间异质的传感器行为尚未得到很好的解析，特别是在区分高度特定效应与更广泛的局部变异时。本研究通过将CO2视为响应信号而非直接的人员计数或通风测量来应对这一空白。其实用意义在于诊断：分离上升、积累和恢复状态改进了回溯解读，并为前瞻性控制研究指定了待测试的响应状态。本分析本身并未建立控制规则，也未取代气流测量或源解析建模。

为将此框架付诸实施，本研究结合了两个证据层：一个用于激发延迟和空间响应问题的短密集网格提取集，以及一个用于仅基于人员占用的波形构建、交叉拟合时间状态、日块预测、仅基于CO2的诊断审计和传感器安慰剂检查的长用餐空间记录。因此，本研究的具体目标如下：
(1) 确定在仅基于人员占用的事件检测后，延迟的CO2积聚和清除特征是否仍然存在；
(2) 量化近期人员占用历史相对于日程、当前状态、结构化时间基线和每日室外背景的增量预测信息；
(3) 测试CO2时间特征是否能在不估计精确人员计数的情况下提供选择性近期负荷诊断；
(4) 评估积累风险分类是否能在留出阈值、分段扰动和仅基于CO2的潜在状态审计中存活；
(5) 确定观测到的传感器对比是否支持高度特定机制，还是仅支持更广泛的空间异质性。

数据集片段
本研究使用两个具有互补优势的数据集：用于时空假设生成的短密集网格种子数据集，以及用于运营时间响应分析的长时段用餐空间数据集。种子提取集取自公开可用的智能照明CO2和室内定位数据集，该数据集已存入Mendeley并由Lai等人[33]记录。该提取集包含48个固定CO2传感器，分布于两个相邻的工作室，并配备本地化蓝牙低功耗……

方法
本研究将室内CO2视为对人员占用负荷、移除、背景浓度和空间传输的延迟动态响应，而非瞬时人员计数的直接估计器。方法包括六个关联步骤：定义超额CO2变量、构建人员占用波形和时间状态、建模延迟人员占用关联与CO2斜率、评估CO2流诊断用于近期负荷、审计阈值和分段鲁棒性，以及测试……

仅基于人员占用的波形揭示了延迟和状态相关的CO2响应
仅基于人员占用的波形检测在咖啡店识别出1784个波形，在餐厅识别出1266个波形，如表5所示。由于波形边界仅使用人员占用定义，对齐的CO2响应提供了一个独立的测试，以确定用餐空间的负荷事件是否留下延迟的浓度印记。在两个区域中，区域平均超额CO2在波形开始后才增加，而非在活动开始时间立即增加，确认了CO2响应相对于……是延迟的。

主要解读：时间响应、人员占用记忆和诊断价值
证据支持对用餐空间CO2进行时间性而非瞬时或机制性解读。种子提取集提供了假设生成的证据，表明局部存在密度与未来CO2上升的相关性更强，而非与稳定的密度阈值相关。长时段记录则显示人员占用波形留下可重复的积聚、积累和恢复印记。因此，相同浓度可能在不同响应阶段出现；它不能直接转换为……

局限性
多项局限性界定了研究发现的适用范围。首先，尽管时间状态定义已通过交叉拟合和扰动检查进行测试，它们仍然是从监控的咖啡店和餐厅中经验推导而来，而非可迁移的物理阈值。交叉拟合标签与规范标签之间的高度一致性支持了分类在该记录内的稳定性，但在应用于其他空间之前，应重新估计阈值数值……

结论
本研究显示，高周转用餐空间的室内CO2更适合被解读为对人员占用负荷的延迟时间响应，而非瞬时人员占用或通风的直接测量。密集网格种子证据通过显示局部存在密度与后续CO2上升相关，而候选密度阈值未通过结构化零检验的稳健性，激发了这种解读框架。约13个月的用餐空间记录随后提供了重复的……

CRediT作者贡献声明
Yu Chang：写作——审阅与编辑，写作——初稿，可视化，验证。Hongshan Guo：监督，形式分析，数据整理，概念化。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢
作者感谢香港天文台通过世界温室气体数据中心(WDCGG)提供国王公园地表原位CO2记录(站点标识HKO2033)，该中心由日本气象厅在世界气象组织全球大气监测计划下运营。访问的数据集版本为0027-2033-1001-01-01-9999_2026-01-30-0407，检索日期为2026-04-28。我们感谢李钰国教授、贾伟博士、数据收集团队……

Yu Chang | Hongshan Guo