测量通气以量化COVID-19风险

影响COVID-19传播模式的因素有很多:一个人的咳嗽中有多少病毒载量?什么样的材料对口罩最有效?

其中一个因素是室内空间的通风:通风良好的空间可以降低该房间感染COVID - 19的风险，但衡量通风的最佳方法是什么?现在，一个由加州理工学院研究人员和研究所设施团队成员组成的跨学科小组正在采用地球化学家和大气科学家使用的技术，来调查校园内建筑物的通风率。

我们就这个项目采访了地球生物学教授亚历克斯·塞申斯。

世界卫生组织(WHO)最近发布了一份报告，对通风空间提供了指导。你能谈谈这些建议吗?

世卫组织的报告重申了良好的室内通风对限制COVID - 19传播的重要性，并就如何实现这一目标提供了更具体的指导。这包括使用空调，风扇，过滤器和其他机械设备，除了自然通风，如窗户。这是实现健康室内通风的一种常识性路线图。我们很幸运，有一个暖通空调专业团队在校园的设施运营，所以加州理工学院已经做了大部分他们推荐的。

对我们最有用的是，他们首次对与COVID相关的充足空气流量进行了数值计算:在非医疗保健环境中，每名居住者每秒10升。

在大流行初期，世界卫生组织(World Health Organization)曾表示，SARS-CoV-2不是通过气溶胶传播的:人呼出时产生的微小液体颗粒。他们的建议是洗手，保持六英尺远，你就安全了。但现在，证据清楚地表明，气溶胶传播正在发生，甚至可能是最可能的传播途径。所以如果你和某人在同一个房间里，你可能有危险。当你告诉别人这一点时，会非常可怕。人们会想，“我和某人在同一栋楼里，我会生病吗?”有多大可能?”没有人能绝对确定地计算出你是否会生病，但我们开始进行测量，这将有助于有关风险的数字概率。

您通常研究地球环境的地球化学;您是如何参与校园建筑物测量气流的？

去年三月，校园关闭了，我们都坐在家里思考没有实验室怎么做研究。为了最终能够安全返回校园，了解某些事情似乎非常重要，比如特定教室或实验室的通风状况如何。

保罗·芬贝格[R.Stanton Avery大气化学和环境科学和工程教授]我俩都坐在家里互相发短信，我们想出了使用甲烷作为示踪剂来测量房间通风的想法。这个想法很简单：你把一定量的气体放入房间里，然后看着它的速度迅速。因为甲烷是惰性的，我们知道由于化学反应或吸附，它不会消失，因此它的失踪告诉我们整个房间都用新鲜空气冲洗整个房间的速度。硬部分是如何在每百万百万份浓度下轻松测量这种惰性看不见的痕量气体。

一家公司Picarro，使我们在本领域中使用的便携式甲烷探测器来研究甲烷Seeps和甲烷的沉积物。GPS [地质和行星科学]和CCE [化学与化学工程]的分歧，以及Provost的办公室，每个人都在三分之一中削减了我们购买自己的费用。虽然他们制造了我们的便携式探测器，但该公司借给我们一个不便携式版本。Nathan Dalleska [Caltech Resnick Suppitionaliabity Institute的Resnick水和环境实验室主任]巧妙地捆绑了分析仪，泵和电脑监视器到购物车，以便我们将其从房间的空间转向空间，以及甲烷的坦克和一个坦克粉丝将其吹在房间周围。和presto，我们起来了。

我们并没有发明这种微量气体衰变方法，但我们将其应用于甲烷和便携式传感器。有趣的是，去年夏天我联系到了加州理工学院的校友彼得·拉古斯。他有一家公司在核电站做气流通风测试——这是一个你真正想要确保没有空气进出的地方，以防发生泄漏。它们是巨大的建筑，所以很难精确地计算。彼得在几十年前发明了这种痕量气体测量通风的方法。他在我们的项目上给了我们一些很好的建议和鼓励。

还有谁参与了这个项目?

这是一个真正的团队努力，整个加州理工学院，从一开始。David Tirrell、John Grotzinger和Dennis Dougherty资助了这项工作。约翰·克劳斯和保罗·温伯格一起帮助设计测量，检查我们的计算，订购设备，并让我们开始工作。来自全球定位系统的其他几个人自愿花时间在我们的实验室和教室里进行测量，包括博士后特德·Present和伊丽莎白·尼斯波罗，以及工作科学家约翰·马扎尔和马奇。其他部门的一些人也在他们自己的实验室帮助进行测量，恐怕我连他们的名字都不知道;这已经有了它自己的生命。

今年秋天，在我们的便携式甲烷探测器到达后，我们训练了校园设施运营组的一组人员来进行测量，他们已经走遍了整个校园试图在不干扰居住者的情况下测试房间，这是一个真正的后勤挑战。如果你看到他们带着车和油箱，给他们一声欢呼。在所有这些过程中，内森真的做了很好的工作，组织所有不同的用户，保持设备运行，并帮助每个人解释他们的数据。在这一点上，感谢大家的努力，我们已经集体测试了校园内的数百个房间。看到这么多人在这个项目上投入这么多时间，我感到非常欣慰。

你能描述一下这个过程以及它是如何工作的吗?

当我们进入一个房间，我们要做的第一件事就是打开甲烷探测器，测量背景甲烷的含量，就在基线水平，通常是百万分之一到百万分之二。然后我们向房间里释放一些甲烷气体，打开一个风扇把它吹来吹去，让它在整个空间里都是均匀的。探测器记录下甲烷浓度的峰值——通常约为百万分之10-20。这只需要几分钟。

然后我们关掉气体，观察浓度在20-40分钟的过程中逐渐下降，因为甲烷通过新鲜空气从房间稀释。我们将指数衰减方程拟合到曲线上并获得反映每小时空气变化或ACH的数字。此值究竟告诉您您想要了解通风的内容：室内空气被新鲜空气更换快。例如，我们看到，例如，在有许多粉丝和罩的“洁净室”中，甲烷在5分钟内返回基线。偶尔，我们发现一个花的房间需要一个以上的时间来冲出所有的甲烷。我们使用窗户衡量某些教室，并且看到开启窗户的通风率增加了一倍。

什么样的乙酰胆碱值对预防COVID感染是安全的?

这是一个比大多数人意识到的更加复杂的问题。没有哪一种ACH值能让你百分之百不受感染;总会有一些非常小的风险。所以你必须首先决定你愿意承受的风险水平然后才能计算ACH值。也就是说，世界卫生组织的最新建议是，在一个8 * 10英尺的小办公室里，每人每秒至少摄入10升ACH相当于每人1.6个ACH。这可能是非常接近我们的许多办公室在校园，所以会被认为是安全的一个人，而不是两个。相比之下，实验室往往有很好的通风，往往6 ACH或更高。如果每400平方英尺的实验室(加州理工学院目前的指导方针)里有一个人，有6个ACH，那就相当于每人每秒225升。

ACH数字的另一个作用是让你对相对风险做出明智的决定。例如，我们测量了某些教室在空调关闭后的通风率，然后再打开。我们发现空调对通风率的影响很小。然后我们打开窗户，发现通风情况增加了一倍，所以在第二种情况下，你的安全度大约会增加一倍。这类信息非常有用，例如，在支持一项政策决定，即所有的窗户都将打开，改进的安全是值得略微寒冷。我们还不能确切地说你有多安全，但我们可以说打开窗户可以使你的安全度提高一倍。

痕量气体法描述COVID - 19气溶胶行为的效果如何?

房间里病毒颗粒的数量反映了传染源和传染源之间的平衡。传染源是人类把病毒呼入空气这些沉淀池是颗粒被抑制或从空气中抽出的地方:无论是附着在表面上，通过空气过滤器过滤，还是通过通风系统被稀释出房间。通风是我们关注的主要问题;相比之下，其他的都相当小。

当我们使用像甲烷这样的微量气体时，气罐是源头。过滤不会对气体产生任何作用，甲烷也不会腐烂或附着在任何东西上。这样我们就可以只关注通风，观察甲烷从房间里消失就能得到外部空气的通风量。冠状病毒的气溶胶粒子当然会被过滤、衰减和附着在物体上，所以我们对痕量气体的测量保守地低估了气溶胶消失的速度。当我们发现通风不好的房间时我们所做的一件事就是引入便携式空气过滤装置。这对清除房间里的气溶胶很有帮助，让房间里的人更安全。

计算“风险”是什么意思?

了解风险非常重要，因为它看起来并不像SARS-COV-2将完全走开。即使每个人都接种疫苗，我希望他们这样做，不同的疫苗可能比其他疫苗更好地工作，而不是其他的变种，等等。所以仍然存在一些风险。学习如何量化风险，以便人们可以将其放在视角并决定是否愿意接受它，是我认为我们在我们恢复正常生活中的一个非常重要的第一步。毕竟，我们已经舒适地生活在各种各样的风险，就像我们进入我们的汽车和开车时一样。

人们往往更害怕在飞机崩溃中死亡而不是游泳池。但是，我们的方式更有可能，统计上，在游泳池中死去。了解风险对于提出知情选择至关重要，但人类在将风险投入正确的角度令人难以置信。

研究与Covid气溶胶传输相关的风险的领先研究人员之一是Jose-Luis Jimenez。他是一名Caltech Postdoc与John Seinfeld学习气溶胶和空气污染;现在他是Cu博尔德。他建造了这个在线电子表格，让您输入房间有多大，有多好通风比如那里有多少人，等等，它会给出实际的数字，比如千分之一或百万分之一，从而量化你被感染的风险。目前仍存在相当大的不确定性，主要是每个病人会释放多少传染性颗粒，但即使是数量级的数字也有助于做出决定。百万分之一就像坐飞机;千分之一的风险比酒后驾驶更大。公众对这个模型非常感兴趣，原因很明显。

在加州理工学院，我们仍在研究如何最好地使用这些风险评估工具。一方面，我发现大多数人(在加州理工学院的实验室工作时)对COVID传播风险的感知比实际情况糟糕得多。另一方面，这些计算中仍然存在很大的不确定性，我们不想给任何人一种错误的安全感。我希望随着流行病学家收集更多有关传播的数据，这些模型会越来越好，所以请继续关注。

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