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【摘 要】针对甲型H1N1病毒传染特性,比较分析了置换通风和混合通风的特点,认
为置换通风是影剧院、会堂、学校教室等人员密集建筑最有效合理的通风方式,分析
得出该通风情况下人体之间病毒传染的安全距离。
【关键词】甲型H1N1病毒:人员密集:建筑:通风
Study of Ventilation of Densely Populated Building Based on Characteristics of H1N1 Influenza Pandemic Virus
Chen Jun-junWang Xiao-tong
(Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou Inner Mongolia 014010)
【Abstract】According to characteristics of H1N1 influenza pandemic virus, feature of displacement ventilation and mixing ventilation was compared and analyzed. The results show that densely populated building, such as theater ,hall and school, whose ventilation mode of effective and reasonable was displacement ventilation, and in this case, safety distance of virus dynamics between humans was obtained and analysed.
【Key words】H1N1 influenza pandemic virus;Densely populated place;Building;Ventilation
1. 前言
在過去的一年里,甲型H1N1流感病毒在全世界范围内爆发,给社会经济的发展以及人们的生产、生活造成一定影响,给病毒感染患者及家属带来痛苦。特别是人员密集的地方,如学校是病毒传染的高发病地区,为了防止病毒的扩散蔓延和传染,各部门、各单位都积极应对,不同程度的采取了一系列积极有效的措施,放假、停课、隔离,接种疫苗等,病毒的扩散传播以及传染在一定程度上得到了有效控制。
对于影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑,病毒的扩散传播与该类建筑的通风密切相关,良好的通风系统能够有效抑制病毒的扩散和蔓延,并把污浊的空气及时排向室外,以新风进行补充,降低病毒对人体感染的几率。本文针对影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑,就有效抑制病毒的扩散和蔓延而言,对该类建筑的通风问题进行了分析研究。
2. 甲型H1N1流感病毒特性
甲型H1N1病毒属于正粘病毒科(0rthomyxoviridae),甲型流感病毒属(Influenza virus A),其遗传物质为RNA。典型病毒颗粒呈球状,直径为80 nm~120 nm。甲型H1N1流感病毒可透过气溶胶、空气飞沫传染、接触传染等。病原体从患者或带菌者的呼吸道中,随着咳嗽、喷嚏或说话时喷出的唾沫星传给健康人,主要为呼吸道传播,也可通过接触感染的猪或其粪便、周围污染的环境等途径传播。甲型H1N1流感症状与感冒类似,患者会出现发烧、咳嗽、疲劳、食欲不振等。病毒扩散传播较快,并可反复感染,但是可以预防、也可治疗的。季节变换将使甲型H1N1流感病毒更易扩散传播,加上传统季节性流感的如期而至,检测和控制甲型H1N1流感可能将变得更加困难。
3. 混合通风与置换通风方式的比较
3.1 混合通风。
混合通风是以稀释原理为基础,依靠流体动力设备造成的压力使空气流动,向建筑房间送风。其主要特点是,气流流动产生强烈掺混,送风温度与房间环境温度差较大,送风速度较高,回流区为紊流,房间上下温度、浓度均匀,空气品质接近于回风,一般采用上送下回或上送上回的方式,如图1上送下回通风流态示意图和图2上送上回通风流态示意图。
图1 上送下回通风流态示意图图2 上送上回通风流态示意图
由图1和图2通风气体流态示意图可见,通风房间内人体所在主流区域气体处于横向流动状态,如果人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等采用该类通风方式,若人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,在横向流动通风气流的作用下,在较短的时间内传播扩散到整个通风房间,形成很强的交叉感染,不利于对传染病毒的防治。因此,从有效防止甲型H1N1病毒传播扩散、感染的角度来说,混合通风方式不适合于影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑。
3.2 置换通风。
置换通风系统是将新鲜的冷空气由房间的底部以极低的速度送入,送风的动量很低,以至于对室内主导气流无任何实际的影响,送风温度与室温接近,送风温差仅为2～4℃[1],送
入的新鲜空气因密度大而像水一样弥漫了整个房间的底部,在地板上某一高度内形成一个洁净的空气湖,当遇到热源时,它被加热,以自然对流的形式向上慢慢升起,污染物也同时被携带向房间的上部移动,脱离人的停留区,最后将余热和污染物推向房间顶部,形成活塞式流动,由排风口将污浊的空气排出,如图3 置换通风流态示意图。因此置换通风有如下的气流组织特性[1] [2]:
(1)通风房间内空气温度呈层状分布,热力分层高度以下为低温空气区,该区域也是人体的停留区域,空气的品质最好,接近送风;热力分层高度以上及顶部为高温区域。
(2)由于室内空气的流动速度很低,因此速度场平稳,呈层流或低紊流状态。送风区内无大的空气流动,在微弱的压差作用下,新风慢慢弥漫房间的底部区域,吸收余热,再以自然对流的形式向上慢慢升起。
(3)由于室内气流流动速度很小,动量很低,因而,在热力分层高度之内,污染物被上升的气流直接携带到上部的非人活动区域,而不会横向扩散。
由此可见,对于人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,采用置换通风方式送风,既能够实现污染物的通风排放,创造舒适的环境,同时还能满足人们的需要。即时人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,病毒被上升的气流直接携带到上部的非人活动区域,而不会横向扩散,不会造成病毒的大面积扩散和迅速蔓延,更形不成病毒的交叉感染。因此,从防止甲型H1N1病毒传播扩散、感染的角度来说,人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,最有效的通风方式是置换通风。
图3 置换通风流态示意图图4 散热器采暖房间气流流态示意图
图5 地板送风采暖房间气流流态示意图 图6 病毒质点受力及运动示意图
对于北方寒冷地区,冬季要进行采暖,传统的方式是采用墙挂式散热器,以房间空气自然对流的形式采暖,如图4 散热器采暖房间气流流态示意图。房间内气体流动的动力是热气体的浮升力,热气体上升,冷气体下降,主流区域形成大的涡流,存在气体横向流动状态的区域,若人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,在横向流动气流的作用下,在较短的时间内传播扩散到整个房间,形成很强的交叉感染,不利于传染病毒传播扩散的有效抑制。
而地板送风[4] ,或座椅靠背侧送风的通风方式,其气流组织与置换通风方式十分接近,如图5 地板送风采暖房间气流流态示意图。送风速度较小,在房间主流区域形成层流或低紊流的流动状态,气流近乎垂直上升,类似于活塞式运动,没有横向流动。若房间人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,病毒被上升的气流直接携带到上部的非人活动区域,而不会横向扩散,不会造成病毒的大面积扩散和迅速蔓延。因此,对于北方寒冷地区,人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,冬季采暖应选择地板送风箱送风,或座椅靠背侧送风的通风形式。
4. 人员间安全距离
虽然对于人员密集的建筑,最有效的通风方式是置换通风,但是,由于人员要进行呼吸、说话、咳嗽、打喷嚏等正常的生理活动,排放或飞溅出大量污浊的气体,其中以呼吸为主,正常呼吸时呼出气流的速度约在0.15~0.2m/s之间,呼出气流方向为侧向下,与置换通风主流区气流方向成一定的角度。若是甲型H1N1病毒携带或发病者,病毒质点也随呼出气流排出,其运动轨迹见图4 病毒质点受力及运动示意图所示,为了使病毒不会传染周围人员,则人员之间应保持一定的安全距离,图4中C点横坐标x所示。
由于置换通风气流的流动呈现层流或低紊流的状态,典型病毒颗粒呈球状,直径为80 nm~120 nm,因此,病毒质点的运动符合斯托克斯运动模型[3]。
如图4所示,设上升气流速度为u,病毒质点密度为ρm,直径为d,空气密度为ρ,则病毒质点在重力G、浮力F、绕流阻力B作用下向上作加速或匀速运动,加速度为a,表达式如下:
16πd3ρma=16πd3ρg+3πμdu-16πd3ρmg
对于影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑,在正常使用条件下,如会堂正在开会、教室学生正在上课,没有人员走动,通风区域干扰较少,流场稳定。当人员全部为站姿或坐姿时,不同人员之间嘴及呼吸器官鼻腔的高程差不会超过0.5m,图4中C点纵坐标y所示,综合考虑计算得出,人员之间病毒不会传染的安全距离x为0.6m。
根据置换通风特点,在不影响气流组织的条件下,适当提高送风速度,一方面增大病毒质点绕流阻力,有利于病毒質点的快速向上运动,尽可能快的远离人体呼吸区域;另一方面,送风速度提高,送风量也增大,有利于病毒的稀释,降低人体感染的几率。此外,在保证人体舒适性的前提下,适当降低送风温度,增大病毒与周围环境温度差,浮力增加,也有利于病毒质点的向上运动以及排放。
对于说话、咳嗽、打喷嚏等,喷溅出的气流速度大于呼吸气流速度,尤以打喷嚏为最大,速度可达160Km/h,而且方向与主流区气流方向基本垂直,安全距离远大于0.6m。因此,要呼吁全社会提高人们的生活素养和道德水准,养成良好的生活习惯。说话要小声随和,特别是在公共场所更不能大声喧哗且唾沫星飞溅;不要随地吐谈;咳嗽、打喷嚏时不要面对别人,最好远离人群,以免病毒飞溅扩散,造成病毒感染。
5. 结论
5.1 人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,防止甲型H1N1流感病毒传播扩散最有效的通风方式是置换通风。
5.2 置换通风方式下,当建筑房间中的人员比较密集时,为防止甲型H1N1流感病毒传染,人体之间应保持0.6m以上的安全距离。
5.3 在不影响气流组织和人体舒适性的条件下,适当提高送风速度,降低送风温度,有利于病毒质点的向上运动和排放,降低人体感染的几率。
5.4 北方寒冷地区,人员密集的建筑,冬季采暖应选择地板送风,或座椅靠背侧送风的通风形式,能够有效抑制病毒在房间的扩散和蔓延。
参考文献
[1]倪波置换通风的实验研究[J]暖通空调2000年第5期2~4
[2] 马国彬魏学孟置换通风气流组织的特性研究[J]洁净与空调技术2002年第1期9~12
[3] 蔡增基龙天渝流体力学泵与风机[M]北京中国建筑工业出版社2007
[4] 孔琼香俞炳丰办公楼地板送风系统应用与研究现状 [J] 暖通空调2004年第4期
[文章编号]1006-7619(2010)03-24-214
[作者简介] 陈俊俊(1964.3-),男,内蒙古呼和浩特人,硕士,副教授,主要从事流体力学等课程教学和室内环境检测与治理研究工作。
为置换通风是影剧院、会堂、学校教室等人员密集建筑最有效合理的通风方式,分析
得出该通风情况下人体之间病毒传染的安全距离。
【关键词】甲型H1N1病毒:人员密集:建筑:通风
Study of Ventilation of Densely Populated Building Based on Characteristics of H1N1 Influenza Pandemic Virus
Chen Jun-junWang Xiao-tong
(Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou Inner Mongolia 014010)
【Abstract】According to characteristics of H1N1 influenza pandemic virus, feature of displacement ventilation and mixing ventilation was compared and analyzed. The results show that densely populated building, such as theater ,hall and school, whose ventilation mode of effective and reasonable was displacement ventilation, and in this case, safety distance of virus dynamics between humans was obtained and analysed.
【Key words】H1N1 influenza pandemic virus;Densely populated place;Building;Ventilation
1. 前言
在過去的一年里,甲型H1N1流感病毒在全世界范围内爆发,给社会经济的发展以及人们的生产、生活造成一定影响,给病毒感染患者及家属带来痛苦。特别是人员密集的地方,如学校是病毒传染的高发病地区,为了防止病毒的扩散蔓延和传染,各部门、各单位都积极应对,不同程度的采取了一系列积极有效的措施,放假、停课、隔离,接种疫苗等,病毒的扩散传播以及传染在一定程度上得到了有效控制。
对于影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑,病毒的扩散传播与该类建筑的通风密切相关,良好的通风系统能够有效抑制病毒的扩散和蔓延,并把污浊的空气及时排向室外,以新风进行补充,降低病毒对人体感染的几率。本文针对影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑,就有效抑制病毒的扩散和蔓延而言,对该类建筑的通风问题进行了分析研究。
2. 甲型H1N1流感病毒特性
甲型H1N1病毒属于正粘病毒科(0rthomyxoviridae),甲型流感病毒属(Influenza virus A),其遗传物质为RNA。典型病毒颗粒呈球状,直径为80 nm~120 nm。甲型H1N1流感病毒可透过气溶胶、空气飞沫传染、接触传染等。病原体从患者或带菌者的呼吸道中,随着咳嗽、喷嚏或说话时喷出的唾沫星传给健康人,主要为呼吸道传播,也可通过接触感染的猪或其粪便、周围污染的环境等途径传播。甲型H1N1流感症状与感冒类似,患者会出现发烧、咳嗽、疲劳、食欲不振等。病毒扩散传播较快,并可反复感染,但是可以预防、也可治疗的。季节变换将使甲型H1N1流感病毒更易扩散传播,加上传统季节性流感的如期而至,检测和控制甲型H1N1流感可能将变得更加困难。
3. 混合通风与置换通风方式的比较
3.1 混合通风。
混合通风是以稀释原理为基础,依靠流体动力设备造成的压力使空气流动,向建筑房间送风。其主要特点是,气流流动产生强烈掺混,送风温度与房间环境温度差较大,送风速度较高,回流区为紊流,房间上下温度、浓度均匀,空气品质接近于回风,一般采用上送下回或上送上回的方式,如图1上送下回通风流态示意图和图2上送上回通风流态示意图。
图1 上送下回通风流态示意图图2 上送上回通风流态示意图
由图1和图2通风气体流态示意图可见,通风房间内人体所在主流区域气体处于横向流动状态,如果人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等采用该类通风方式,若人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,在横向流动通风气流的作用下,在较短的时间内传播扩散到整个通风房间,形成很强的交叉感染,不利于对传染病毒的防治。因此,从有效防止甲型H1N1病毒传播扩散、感染的角度来说,混合通风方式不适合于影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑。
3.2 置换通风。
置换通风系统是将新鲜的冷空气由房间的底部以极低的速度送入,送风的动量很低,以至于对室内主导气流无任何实际的影响,送风温度与室温接近,送风温差仅为2～4℃[1],送
入的新鲜空气因密度大而像水一样弥漫了整个房间的底部,在地板上某一高度内形成一个洁净的空气湖,当遇到热源时,它被加热,以自然对流的形式向上慢慢升起,污染物也同时被携带向房间的上部移动,脱离人的停留区,最后将余热和污染物推向房间顶部,形成活塞式流动,由排风口将污浊的空气排出,如图3 置换通风流态示意图。因此置换通风有如下的气流组织特性[1] [2]:
(1)通风房间内空气温度呈层状分布,热力分层高度以下为低温空气区,该区域也是人体的停留区域,空气的品质最好,接近送风;热力分层高度以上及顶部为高温区域。
(2)由于室内空气的流动速度很低,因此速度场平稳,呈层流或低紊流状态。送风区内无大的空气流动,在微弱的压差作用下,新风慢慢弥漫房间的底部区域,吸收余热,再以自然对流的形式向上慢慢升起。
(3)由于室内气流流动速度很小,动量很低,因而,在热力分层高度之内,污染物被上升的气流直接携带到上部的非人活动区域,而不会横向扩散。
由此可见,对于人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,采用置换通风方式送风,既能够实现污染物的通风排放,创造舒适的环境,同时还能满足人们的需要。即时人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,病毒被上升的气流直接携带到上部的非人活动区域,而不会横向扩散,不会造成病毒的大面积扩散和迅速蔓延,更形不成病毒的交叉感染。因此,从防止甲型H1N1病毒传播扩散、感染的角度来说,人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,最有效的通风方式是置换通风。
图3 置换通风流态示意图图4 散热器采暖房间气流流态示意图
图5 地板送风采暖房间气流流态示意图 图6 病毒质点受力及运动示意图
对于北方寒冷地区,冬季要进行采暖,传统的方式是采用墙挂式散热器,以房间空气自然对流的形式采暖,如图4 散热器采暖房间气流流态示意图。房间内气体流动的动力是热气体的浮升力,热气体上升,冷气体下降,主流区域形成大的涡流,存在气体横向流动状态的区域,若人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,在横向流动气流的作用下,在较短的时间内传播扩散到整个房间,形成很强的交叉感染,不利于传染病毒传播扩散的有效抑制。
而地板送风[4] ,或座椅靠背侧送风的通风方式,其气流组织与置换通风方式十分接近,如图5 地板送风采暖房间气流流态示意图。送风速度较小,在房间主流区域形成层流或低紊流的流动状态,气流近乎垂直上升,类似于活塞式运动,没有横向流动。若房间人员中有甲型H1N1病毒携带或发病者,病人呼吸或说话时排放出含有甲型H1N1病毒的气体,病毒被上升的气流直接携带到上部的非人活动区域,而不会横向扩散,不会造成病毒的大面积扩散和迅速蔓延。因此,对于北方寒冷地区,人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,冬季采暖应选择地板送风箱送风,或座椅靠背侧送风的通风形式。
4. 人员间安全距离
虽然对于人员密集的建筑,最有效的通风方式是置换通风,但是,由于人员要进行呼吸、说话、咳嗽、打喷嚏等正常的生理活动,排放或飞溅出大量污浊的气体,其中以呼吸为主,正常呼吸时呼出气流的速度约在0.15~0.2m/s之间,呼出气流方向为侧向下,与置换通风主流区气流方向成一定的角度。若是甲型H1N1病毒携带或发病者,病毒质点也随呼出气流排出,其运动轨迹见图4 病毒质点受力及运动示意图所示,为了使病毒不会传染周围人员,则人员之间应保持一定的安全距离,图4中C点横坐标x所示。
由于置换通风气流的流动呈现层流或低紊流的状态,典型病毒颗粒呈球状,直径为80 nm~120 nm,因此,病毒质点的运动符合斯托克斯运动模型[3]。
如图4所示,设上升气流速度为u,病毒质点密度为ρm,直径为d,空气密度为ρ,则病毒质点在重力G、浮力F、绕流阻力B作用下向上作加速或匀速运动,加速度为a,表达式如下:
16πd3ρma=16πd3ρg+3πμdu-16πd3ρmg
对于影剧院、会堂、学校教室等人员密集的建筑,在正常使用条件下,如会堂正在开会、教室学生正在上课,没有人员走动,通风区域干扰较少,流场稳定。当人员全部为站姿或坐姿时,不同人员之间嘴及呼吸器官鼻腔的高程差不会超过0.5m,图4中C点纵坐标y所示,综合考虑计算得出,人员之间病毒不会传染的安全距离x为0.6m。
根据置换通风特点,在不影响气流组织的条件下,适当提高送风速度,一方面增大病毒质点绕流阻力,有利于病毒質点的快速向上运动,尽可能快的远离人体呼吸区域;另一方面,送风速度提高,送风量也增大,有利于病毒的稀释,降低人体感染的几率。此外,在保证人体舒适性的前提下,适当降低送风温度,增大病毒与周围环境温度差,浮力增加,也有利于病毒质点的向上运动以及排放。
对于说话、咳嗽、打喷嚏等,喷溅出的气流速度大于呼吸气流速度,尤以打喷嚏为最大,速度可达160Km/h,而且方向与主流区气流方向基本垂直,安全距离远大于0.6m。因此,要呼吁全社会提高人们的生活素养和道德水准,养成良好的生活习惯。说话要小声随和,特别是在公共场所更不能大声喧哗且唾沫星飞溅;不要随地吐谈;咳嗽、打喷嚏时不要面对别人,最好远离人群,以免病毒飞溅扩散,造成病毒感染。
5. 结论
5.1 人员密集的建筑如影剧院、会堂、学校教室等,防止甲型H1N1流感病毒传播扩散最有效的通风方式是置换通风。
5.2 置换通风方式下,当建筑房间中的人员比较密集时,为防止甲型H1N1流感病毒传染,人体之间应保持0.6m以上的安全距离。
5.3 在不影响气流组织和人体舒适性的条件下,适当提高送风速度,降低送风温度,有利于病毒质点的向上运动和排放,降低人体感染的几率。
5.4 北方寒冷地区,人员密集的建筑,冬季采暖应选择地板送风,或座椅靠背侧送风的通风形式,能够有效抑制病毒在房间的扩散和蔓延。
参考文献
[1]倪波置换通风的实验研究[J]暖通空调2000年第5期2~4
[2] 马国彬魏学孟置换通风气流组织的特性研究[J]洁净与空调技术2002年第1期9~12
[3] 蔡增基龙天渝流体力学泵与风机[M]北京中国建筑工业出版社2007
[4] 孔琼香俞炳丰办公楼地板送风系统应用与研究现状 [J] 暖通空调2004年第4期
[文章编号]1006-7619(2010)03-24-214
[作者简介] 陈俊俊(1964.3-),男,内蒙古呼和浩特人,硕士,副教授,主要从事流体力学等课程教学和室内环境检测与治理研究工作。