气流组织形式对室内致病菌传播影响的综合指标评价.doc

气流组织形式对室内致病菌传播影响的综合指标评价 天津大学环境学院 丁研 田喆 朱能 摘要：本文采用全尺寸气流实验室结合三种风口形式对上送风、侧送风和下送风三种气流组织形式的普通办公环境风速场进行测试，采用不均匀系数、空气特性分布指标ADPI评价不同气流形式下的气流均匀性，用自净时间和换气效率指标对各形式的污染物去除能力进行评价，并用发菌实验模拟办公环境下致病菌携带者在轻微连续咳嗽的状态下产生示踪微生物气溶胶，通过合理的发生系统和采样方法，提出两项生物安全性指标对其他办公位置的浓度影响水平进行评价。通过综合分析比较，下送风气流组织形式对室内环境的传染病防控有较好的效果，而不同的风口形成的送风流态也影响着气流的分布。 关键词：气流组织形式；发菌实验；气流均匀性；生物安全性；综合指标评价 引言 病毒依附于细菌后将以微生物气溶胶的形式在空气中广为传播，而建筑室内环境中的人们则更容易接触和感染病菌[1]。在当前呼吸道传染病多发，高致死率疾病接连出现的形势下，寻找到可以减少人体患病风险的污染物去除途径具有十分现实的意义。气流组织形式对于室内污染物的分布、扩散有着非常重要的影响。对于具有较大换气次数的生物安全实验室来说，上送下排是最理想的气流组织形式[2]。然而，如何在换气次数较小的普通室内环境中依靠对致病菌传播过程的实验找到最能满足人体生物安全性的气流组织形式是本文所要探索的问题。 实验方法 以全尺寸气流实验室作为模拟普通办公环境的实验舱，尺寸为5×5×3m（长×宽×高）。天花板安装两个方形散流器，选择一个作为送风口，另一个做排风口使用，以安装在侧墙上方的单百叶风口作为侧送风形式送风口，以软管连接静压箱的形式配合地板散流器实现下送风的气流组织形式。 在空间架设15个测点通过微风速传感器测试房间风速场，并计算不同气流组织形式下的不均匀系数和空气特性分布指标ADPI。房间风速测点的布置位置如图1所示。 图1 气流实验室风速测点位置布置示意图 为了更好地反映不同气流组织形式对于污染物的去除能力，本文以CO2为示踪气体采用浓度自然降低法通过自净时间和换气效率两项指标对所研究的三种气流组织形式进行评价。 发菌实验采用中国科学院菌种保藏中心提供的枯草杆菌（Bacillus subtilis）ATCC：15442；1.3343[3]，其粒径和性状与炭疽杆菌、白喉杆菌等致病菌相似，且对实验人员不会造成伤害。通过喷雾发菌的方法模拟人体以1.5m/s的气流速度轻微连续咳嗽[4]产生传染性致病菌气溶胶的工况，并通过多点采样的方法以呼吸区某点通风效率和呼吸区安全指数两项指标考察浮游菌对其他办公位置处的浓度影响。 发菌实验在气流实验室中进行，如图2所示，发菌源处为致病菌携带者所处的办公区域，采样点5为发菌源后面的采样点，用以评估发菌源周围的示踪微生物浓度，其布置原则是不能正对模拟发菌源的Collison喷雾器喷口。采样点1布置在排风口位置处，用以测量排风口处的示踪微生物浓度。采样点2为正对发菌源的位置点，用以模拟正对致病菌携带者的办公位置。采样点3和采样点4分别是发菌源两边的位置点，用以模拟致病菌携带者左右两侧的办公位置。采样点的高度均为1.1～1.22 发菌采样位置示意图 实验结果 3.1 风速测试及气流均匀性评价 3.1.1 不均匀系数 不均匀系数包括温度不均匀系数和风速不均匀系数，由于室内温度条件是大多数微生物适宜生长的范围，而局部温度变化不会对菌浓产生影响，故在本文中不予考虑。风速不均匀系数的计算方法如下： （1）求n个测点的算术平均值： (1) （2）均方根偏差： (2) （3）不均匀系数： (3) 表1 不同气流形式下的不均匀系数 送风形式 换气次数 不均匀系数 上送风 n=10 0.722854 侧送风 n=10 1.247242 下送风 n=10 0.854085 不均匀系数越小，则证明均匀性越好。从测试结果来看，上送风的气流组织形式对于气流的均匀分布具有优势，相比于下送风散流器送风口，上送风散流器送风口更利于气流的均匀分布。而侧送风的气流组织形式尤其是单百叶送风口的侧送风不利于气流的扩散，可见风口对于空气的诱导能力将影响气流形式的好坏。 3.1.2 空气特性分布指标 空气分布特性指标是基于气流分布房间内的人体热舒适性感觉而提出的，对于本文而言可以从另一个侧面反映各气流组织形式下的气流分布特性。作为冷吹风（感）的指标，美国供暖制冷空调工程师协会定义了有