【空调cs代表什么】“HVAC”《暖通空调》 |通过通风系统感染新型新冠病毒的风险评估模型

摘要

为了评估通风系统中可能发生的危险事件对室内病毒浓度或室内人口感染病毒概率的影响，根据新型新冠病毒传播机制，基于空气传染病概率模型和风险矩阵方法，提出了通过通风系统感染新型新冠病毒的风险评估模型。该模型包含对病毒传播有重要影响的危险事件发生概率、新鲜空气体积、呼吸通风量、暴露时间等主要参数。用结果的定量指标分析了室内人群感染病毒概率，结果表明，室内人群感染病毒概率与危险事件发生概率和结果严重程度同时受到影响。危险事件发生的可能性和通风系统的主要参数新风量及其对消灭效率的影响越大，易感人群平均感染概率越高。

关键词

通风系统新型新冠病毒；风险评估模型感染概率危险因素新风量消失效率病毒浓度

作者

王信1杨敏1不振2张泉州1孙志成2

1.上海理工大学2。上海建筑科学研究院有限公司。

0简介

新冠现在已经成为全球大流行病。世界卫生组织在2020年3月29日的科学简报中指出：“呼吸道感染是一种大小不同的飞沫传播，也就是说，当飞马颗粒的直径为5 ~ 10 m时，称为呼吸道泡沫。”直径小于5 m的话，称为泡沫核。到目前为止，呼吸道飞沫传播和附近的接触传播是被广泛认可的两条传输途径，新型新冠病毒是否通过泡沫核(即空气传播、气溶胶传播)扩散在业界存在争议。研究结果表明，新型新冠病毒气溶胶中半衰期仅为1.1 ~ 1.2H，但3 h后在空气中可以检测到，不能排除新型新冠病毒存在的可能性。

目前，WHO、欧洲空调通风学会(REHVA)、日本空调卫生公会(SHASE)

目前，建筑物内疫情防控的研究主要集中在新型新冠病毒传播途径(主要是空气传播的研究和探讨)、粒径分布和空气过滤、通风量增加、病毒清除等方面。通风系统内部故障事件不足及其对室内人员感染影响的风险评估因此，本文在风险评估指数(RAC)矩阵法(也称为风险矩阵法)的基础上，结合空调系统污染物保存或Wells-Riley传染病概率模型，提出了通过通风系统感染的新型新冠病毒风险评估模型。该模型为传染病期间空调系统的运行和管理提供了依据，为制定防疫标准提供了理论支持。

1通风系统病毒感染风险评估模型

疾病传播比较复杂，根据传染病的传播理论，空调通风系统和室内人员可以一起组成复杂的系统进行研究。针对系统复杂性、设备数量、环境复杂性的特点，采用风险矩阵方法，可以使风险分析结果更加准确。

风险矩阵法将确定风险事件风险大小的两个因素——风险因素发生的可能性(以下简称“可能性”)和风险程度或结果(以下简称“结果”)按特性划分为相应的等级，形成风险评估矩阵，并定性地衡量风险大小。可能性的等级分为D，结果的等级为C，相应的风险矩阵见表1。

综合可能性指标和结果指标，还可以得到风险评价指数R:

该模型以通风系统中可能影响传染病感染概率的残疾事件为危险因素，通风系统故障发生频率为危险因素，通风系统故障引起的室内人员感染影响程度为危险系数的结果。可能性是对空调系统的评价，结果是对室内情况的评价，如图1所示。

后一种情况介绍了可能性和结果的等级计算方法。

2通风系统发生故障的可能性分析

通风系统由于设计不当、系统污染、管理操作不当等系统故障事件，会对室内空气质量产生不利影响，危害室内人员的健康。本文通过通风系统感染新型新冠病毒风险评估模型，将通风系统中可能发生的通风障碍或通风不良可能发生的环境质量事件作为模型风险因素，统计风险因素发生频率作为可能性的定量评估。部分研究人员对空调通风系统进行了抽样调查，结果显示，公共场所通风系统中存在大量新鲜气流。(威廉莎士比亚，温德夏，空气，空气，空气，空气，空气，空气)。

根据本文提出的风险评估模型所需，统计了文献调研所得数据,并将其按照1～5分的等级进行统一，建立了通风系统病毒感染风险评估模型的风险因子发生的可能性及其分值d,如表2所示。

3 病毒感染后果定量分析

当考虑稳态情况下的室内人员总体感染风险时，室内病毒浓度CN越大，室内人员感染风险就越高。若要针对不同的个体分析其感染概率，则需要考虑其工作时间及呼吸参数，并可以计算出个体感染概率P。本文根据不同需求采用以下几种评价指标来量化评价病毒感染后果。

3.1 指标1:室内病毒浓度CN

为计算室内病毒浓度，引入传染病学上“quanta”概念。这一概念是病毒研究学者Wells于1955年提出的,其定义为使一个人致病的最少病原体数目。

以简化通风系统及其控制的室内环境场为分析对象，如图2所示。定义受控室内环境为控制体1,其配套的通风系统为控制体2。基于质量平衡原理，稳态时，可建立控制体1与控制体2的病毒污染物计数浓度守恒方程：

式（2）、（3）中 Qs为空调送风量，m3/h；Cs为送风中污染物（病毒）浓度，quanta/m3；q为一个感染者的quanta产生率，quanta/（人·h）；I为感染人数，人；CN为室内污染物（病毒）浓度，quanta/m3；Qp为排风量，m3/h；Qw为新风量，m3/h；Cw为新风中污染物（病毒）浓度，quanta/m3。

为简化分析，忽略空气处理及输送过程中污染物的减少；假设排风量与新风量相等，即Qp=Qw,新风为无菌空气，即Cw=0。联立式（2）、（3）可得到室内病毒浓度CN:

　　 由式（4）可以看出，室内病毒浓度CN主要受一个感染者的quanta产生率q、感染人数I及新风量Qw的影响。本文以CN作为风险评估模型中后果的量化指标。

3.2 指标2:基于Wells-Riley模型的通风系统个体感染概率P修正计算

Wells指出，吸入一个quanta的人平均感染概率服从泊松分布,也就是有63.2%（即1-e-1）的概率会感染空气传染病。根据这个理论，Riley等人根据古典的传染病感染概率预测方程发展了空气途径传染病概率方程——Wells-Riley方程。Wells-Riley方程以定量感染的概念为基础，该方程可以表示为

式中 S为易感人数，人；p为呼吸通风量，m3/h；t为暴露时间，h；Q为房间通风量，m3/h。

Seppaenen等人考虑了空气过滤器和颗粒沉降效果，发展了Wells-Riley方程，得出如下方程:

式中 V为房间体积，m3；nv为换气次数，h-1,nv=Q/V；nf为过滤效率，h-1；nd为飞沫核沉积效率，h-1。

Fennelly等人考虑了口罩等的作用，将Wells-Riley模型发展为

式中 θ为口罩的渗透系数，取值范围为0～1,θ=1时，表示飞沫核能够完全渗透到人的呼吸区，属未戴口罩或者口罩完全不起作用的情况。

在实际的通风系统中，受控房间的送风由新风和回风共同组成，对房间病毒污染浓度有消减作用的新风实际上受送风、回风及能耗所限，新风占比因运行工况不同会有所不同。另一方面，在空调箱对送风进行热湿处理时，增加了净化功能段，可对新风回风中的病毒进行消杀处理。在利用Wells-Riley模型描述风险评估模型的定量后果时，应在模型中反映出通风系统中净化消杀功能段对新风回风携带病毒污染浓度的消减，以及不同通风系统中新风回风占比的不同，故由此修正Wells-Riley模型：

式（8）、（9）中 ηs为消杀效率，取值与消杀采用的手段、消杀位置、周期等有关，取值范围为0～1；m为送风中新风百分比。

将式（9）代入式（8）可得

风险因子带来的后果为室内易感者平均感染概率P,即后果可以依据室内易感者平均感染概率P进行等级划分，如表3所示。

对于以上2个指标，笔者认为二者各有所长。在指标1中，以传染病学quanta这一概念对室内病毒浓度进行量化，可以更加直接地体现出室内某特定病毒浓度的危险程度，并且其求解过程较为简单，更加适合于工程应用。在指标2中，考虑了个体的呼吸量、暴露时间及通风系统的消杀作用、新风比等关键参数，且对感染概率划分了后果等级，对通风系统的管理运行更具指导作用。

4 算例分析

以新风量不足作为风险因子，选取指标2作为后果的评价指标，用本文提出的模型对空调通风系统影响下的室内人员新冠病毒感染风险进行评估。

假设一间办公室通风系统的送风量Qs为4900 m3/h, 办公人员属于安静状态，其新冠病毒quanta产生率q=98.1 quanta/（人·h）,消杀效率ηs=70%,此时新风百分比m=10%,易感者（办公人员）呼吸通风量p=0.3 m3/h,暴露时间t=8 h。

由表2可知，风险因子新风量不足的可能性为可能发生，即d=3。由式（10）计算室内平均感染概率P,得P=49.7%。

根据表3可得此时后果等级为严重的，分值C=2.485。由式（1）可得风险评价指数R=7.455。根据表1可知此时风险为检查，即需要采取措施，让风险在合理可行的范围内尽量降低。

根据式（10）计算不同感染人数I时的平均感染概率随新风百分比和消杀效率的变化，结果分别如图3、4所示。由图3、4可以看出，当室内感染人数为4时，即使全新风运行或消杀效率为100%,平均感染概率仍然较高，可达20%以上，因此非常有必要控制参数I,即感染人数。如在疫情暴发期，各公共建筑采用对入内人员进行体温检测的措施，设置临时检疫站筛查感染人群，相当于发现并隔离传染源。

当室内感染人数确定时，若室内感染人数I=1人，根据式（1）、（10）可以计算出不同可能性大小时风险指数随新风百分比和消杀效率的变化，结果分别如图5、6所示。由图5、6可以看出：当某个风险因子可以使新风量或消杀效率减小程度很大时，尽管发生的可能性小，但其带来的风险仍然不容忽视，对这类风险因子应当尽量避免其发生；反之，当某个风险因子对新风量或消杀效率的影响较小时，尽管发生的可能性大，但其带来的风险较小，可结合其他方面（如经济性、室内环境舒适性等）综合考虑是否对其采取措施。

5 结论及展望

1）新风百分比或消杀效率相同时，室内感染人数越多，人员平均感染概率越大。

2）室内人员平均感染概率受新风量和消杀效率的影响，新风量越大，消杀效率越高，越有利于稀释室内病毒浓度，从而减小感染概率。

3）当风险因子对新风量或消杀效率的影响程度相同时，其风险指数的大小取决于风险因子发生的可能性。可能性越大，风险指数越大，越应该引起人们的重视，并应该或必须对其采取措施。

4）当风险因子发生的可能性相同时，其风险指数的大小取决于后果，即对新风量或消杀效率的影响程度大小，影响程度越大，风险指数越大，越应该引起人们的重视，并应该或必须对其采取措施。

5）本文是在已知新冠病毒感染特征和quanta产生率等前提下，对通风系统中的风险因子进行风险评估，未考虑室内个体与感染者距离等因素，随着新冠病毒病理逐步明确，研究可进一步深化。

本文主要将通风系统与疫情防疫相结合进行风险评估研究，尚未将通风系统及室内环境等其他因素纳入考虑。因此，今后可将通风系统与防疫、能耗、室内环境三方面结合起来综合研究，根据实际情况调整三者的重要性权重，做到既兼顾又有侧重。这对既有通风系统的运行管理、通风系统的设计及改造具有重要意义。

本文引用格式：王昕，杨敏，卜震，等．通过通风系统感染新冠病毒的风险评估模型［Ｊ］．暖通空调，2022,52（2）：108-112,40．