室内空气流通不良会使接触污染物的可能性增加6倍

人们早就认识到，良好的室内通风可以稀释和分散室内空气污染物，随着COVID-19大流行，这一点的重要性变得更加突出。但劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)室内空气研究人员的新实验表明，某些情况下会导致室内空气混合不良，这意味着空气污染物可能无法通过建筑物水平通风有效地分散和清除。

使用有限公司₂伯克利实验室的研究小组发现，当头顶的通风口(或扩散器)提供热空气时，它会产生热分层条件，阻止清洁空气流向房间中间高度的“呼吸区”，作为跟踪房间内随气流流动的小呼吸气溶胶的示踪剂。因此，即使人们彼此之间的距离超过6英尺，一些居住者可能会接触到来自他人的呼吸道气溶胶，其速率比同一房间充分混合的情况高5至6倍。他们的研究“测量了高层暖通空调对会议和教室模拟演讲中空气污染物暴露的影响”，最近发表在该杂志上室内空气．

伯克利实验室室内空气研究员伍迪·德尔普说:“当所有东西都混合在一起时，每个人都暴露在相同的环境中。”“从COVID的角度来看，当它没有很好地混合时，就会出现潜在的热点。所以，如果房间里有一个感染者，他们呼出的气体不是被完全分散，然后被暖通空调系统适当稀释和清除，而是坐在他们旁边的另一个人，甚至在房间的另一边，可能会得到高浓度的感染者释放的病毒气溶胶。”

Delp指出，这种情况只会发生在从头顶扩散器提供热空气的情况下。当提供冷空气或中性空气时，研究人员没有看到热分层发生;相反，在这些情况下，人们发现房间里的气氛很好。

虽然多年来人们已经知道了头顶供暖的基本风险，但在可控的但现实的会议或教室条件下，它以前从未被量化过。研究结果对于理解当乘客为了安全而故意保持距离时的风险有多大很重要。“通风对保持良好的空气质量至关重要，”该研究的主要作者、伯克利实验室室内环境组负责人布雷特·辛格(Brett Singer)说。“但如果你在没有故意混合房间里的空气的情况下加热头顶，你就无法充分利用通风的好处。”

幸运的是，研究发现有一个简单的解决办法:使用便携式空气净化器，从下面吸入空气，然后从上面排出。辛格说:“它们负责混合，然后还过滤空气，所以它们有双重好处。”

9个假人在一间屋子里

研究人员放置了8个热人体模型(类似于零售展示人体模型，但用于科学研究取而代之的是)，并让一名研究人员在场，在一个20 * 30英尺的房间里操作一个气溶胶排放装置，这个房间首先设置得像一个会议室，参与者以圆形的方式坐着，然后重新配置成一个教室，一个人站在房间的前面，八个参与者面向前方。辛格指出，以前大多数关于不完全混合对污染物扩散影响的研究只使用了一两个模拟居住者。

在这项研究中，人体模型像人一样释放出大量热量。有限公司₂在口腔水平释放，以模拟小的呼吸气溶胶。CO的温度₂以及它释放的速度被调整来模拟一个人说话。

实验在FLEXLAB进行，FLEXLAB是伯克利实验室的建筑模拟器和试验台。伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究科学家、该研究的合著者切尔西·普雷布尔(Chelsea Preble)说:“有了FLEXLAB，我们能够控制HVAC系统的各个方面，这就是我们如何能够针对两种占用配置迭代这么多不同的条件。”“除了CO的测量外，我们还能够在整个房间进行温度和风速的测量₂．这些帮助我们验证和量化了混合问题。”

研究仅限于小的气溶胶

先前的研究已经证实CO₂可作为小呼吸气溶胶或小于5微米大小的颗粒的分散行为的代理。一微米是百万分之一米。虽然呼吸性气溶胶由从亚微米到毫米的各种大小的颗粒组成，但本文重点研究了较小的颗粒，这些颗粒主要随气流移动。表现不同的较大粒子将成为未来分析的主题。

“我们释放了粒子和CO₂在不同的人体模型上观察，并试图观察这些示踪剂和颗粒是如何在房间里扩散的，”伯克利实验室博士后、该研究的合著者赵浩然说。“我们有CO₂在房间的每个角落，不同高度的传感器，还有每个人体模型的呼吸区。”

作者谨慎地指出，他们的研究只涉及了不良和良好混合条件的相对风险;它不能直接用于预测感染风险。

“我们知道让一个人暴露在辐射下的一连串事件，这是复杂而多变的。感染者说话和呼吸时会排出大小不一的飞沫和气溶胶。但即使其中一些人被其他人吸入，他们也可能会感染，也可能不会。”“从其他人的研究中，我们知道，个体感染者释放的病毒数量可能相差很大。一个人可能比另一个感染者多排出数百万个病毒，这在感染过程中有所不同，与早期变体相比，delta病毒似乎也有所不同。最重要的是，引发感染所需的病毒数量也可能因人群和吸入气溶胶的大小而异。作为室内空气质量科学家和工程师，我们的重点是在不知道所有生物学细节的情况下，如何通过通风、过滤和空气分配来降低风险。”

这项研究是由能源部通过国家虚拟生物技术实验室资助的，国家虚拟生物技术实验室是能源部国家实验室组成的一个联盟，专注于应对COVID-19。这项研究的其他合著者是Jovan Pantelic, Michael Sohn和Thomas Kirchstetter。