自然通风房间内呼吸道传染病传播机理及工程控制

The significance of understanding the evaporation and dispersion of droplets in indoor environment was iterated by SARS outbreak, H1N1 epidemic. The proposed study is focus on understanding the transmission mechanism of respiratory diseases in the natural ventilated space which is different with present studies that in the mechanical ventilated space. The dispersion of exhaled pollutants from patient in natural ventilated space will be studied and integrated epedimic model Wells- Riley equation and Dose-Response model to find spatial risk distribution in natural ventilated space. Through online field measurment to obtain general rule of natural ventilated room. Then integrated multiphase, epidemic, mutltizone model to develop a systemic method to predict and describe infection risk in natural ventilated space. This project both on discover the mechanism and to develop a guideline method to build natural ventilated hospital ward with low maintain method for our country especial for resource-limited area.

SARS、H1N1等呼吸道传染病的爆发和流行引发了对不同室内环境下人呼出飞沫及飞沫核传播特性的研究热情。这也是医学等学科对室内环境和多相流研究提出的基础和前沿课题。 与现有大量围绕机械通风下呼吸道传染病传播特性的研究不同，本课题率先围绕自然通风下人呼出污染物在自然通风条件下的散布特性，结合传染病动力学的Wells-Riley模型和Dose-response模型开展研究。通过长时间跨度，大样本在线实时测量不同自然通风建筑物内的通风量，找出自然通风病房通风的的一般性规律。在此基础上结合多相流，传染病动力学，多区模型等数值工具发展一整套自然通风下呼吸道传染病的传播风险预测理论模型和方法。 本项目在揭示机理的同时，发展创新的实验方法和理论研究。且形成一套适宜国情，建设维护成本低的自然通风病房建筑指导方法。

随着城市化、全球化的发展，人口密度及人员流动速度大幅加剧，使得呼吸道传染病的控制难度和成本都大大增加。医院作为呼吸道传染病控制和治疗的最后一道防线，其设计及运行效果一直是研究热点和重点。若运用合理，自然通风可以较低的代价提供较大的通风量，因此近年来自然通风在呼吸道传染病控制方面的应用受到广泛关注。. 本项目旨在通过现场测量、数值模拟、统计分析及理论推导等方式分析自然通风病房的病房形式、通风性能、病人的开窗行为、病人呼出气流的扩散特性等。首先，通过多区模拟评估了不同形式的自然通风病房在呼吸道传染病控制方面的效果，并用CFD模拟了中走廊式病房的在穿堂风作用下的污染物传播情况。其次，对南京地区的某自然通风病房进行了长期现场测量，以室内人员呼出的CO2为示踪气体，分析了病房全年的通风性能及感染风险。第三，采用逻辑回归方式对病房内不同季节的开窗行为进行了建模和验证。最后，采用射流力学理论分析了病人呼出气流作为污染源在自然通风病房中的扩散特性。. 结论表明，中走廊式自然通风病房在穿堂风作用下会导致污染物从上游病房传播至下游病房，造成交叉感染。室内的温度或湿度是影响室内人员开窗行为的首要因素。在过渡季节，自然通风可以使病房内的感染风险维持在与机械通风相当的水平，这表明自然通风在防控呼吸道传染病传播方面的应用潜力。人员呼出气流作为污染物的载体，在自然通风病房中的扩散依赖于阿基米德数及房间的温度分层情况，越大的温度梯度及越小的阿基米德数会导致呼出气流在越低的高度被“锁定”。. 本项目研究成果对自然通风病房的设计有很大的参考价值。如目前国内普遍采用的中走廊式自然通风病房可能存在的病房间的交叉感染不容忽视；统计得出的自然通风病房开窗行为模型有助于预测和评估病房内自然通风全年运行情况；“锁定现象”可能造成的感染风险在病房的通风设计中也应予以考虑。