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【HVAC】病毒能否通过空气传播:空调专家有话说!

2020-03-10 11:09发布   3111次浏览
【HVAC】病毒能否通过空气传播:空调专家有话说!
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  • 摘要:赵红平:大家好,谢谢您继续关注平乓台的节目,我是赵红平。疫情之下第七期的嘉宾是两位专家:罗锐,清华大学教授;陈清焰,美国普渡大学教授,国际行业顶级期刊《建筑与环境...
     赵红平:大家好,谢谢您继续关注“平乓台”的节目,我是赵红平。疫情之下第七期的嘉宾是两位专家:罗锐,清华大学教授;陈清焰,美国普渡大学教授,国际行业顶级期刊《建筑与环境》主编。我的问题是:
     
     1)空气传播在“钻石公主”号事件中扮演了什么角色?
     2)新冠肺炎病毒的传播方式是怎样的?
     3)复工之时,大家应该如何规避病毒传染风险?

     欢迎二位做客《疫情之下》,那么首先请二位先简单地介绍一下自己。

     陈清焰:好,我叫陈清焰,是美国普渡大学的教授。2004年开始我在美国联邦航空局FAA底下的一个研究中心担任主任,主要从事大型客机座舱环境方面的研究。在这个研究里头,我们做了很多关于在密闭空间,尤其像大飞机这种空间里头污染物的传播,其中包括像SARS病菌等等。除此之外,我们后期还研究一些像大型邮轮里面流感病毒的传播,所以在过去十几年里还是做了一些工作。

     
     罗锐:我是清华大学热能系的教授,实际上我们一直在做关于多相流的工作,可能也涉及到气溶胶,也就是颗粒大一点。实际上这个气溶胶是个比较含糊的说法,颗粒的大小范围很大,但实际上颗粒到了一定尺度,就不是一个气溶胶问题。我们也研究过微粒在空气中到底怎么来运动这样一些课题,这个可能跟病毒传播方面,我们想还是有一定的关系。因此,微小的液滴到底在空气中是怎么传播的,在这个方面要搞清楚。
     
     赵红平:新冠肺炎来势凶猛,中国政府采取了封城封户的措施,快速地兴建了方舱医院。另一方面现在特别迫切的是复工,这个问题已经提到了议事日程,如何减少和避免公共交通系统,包括公共建筑,的病毒传播的途径是大家特别关心的问题,所以今天特别请二位来讨论一下这个问题。我看到很多很多话题了,第一个想到的就是“钻石公主号”邮轮,是一个非常惨的事件,2600多人的邮轮,800多船员,最后有700多个病例。正好刚才陈教授也讲了在2015年就系统做过流感在邮轮上的传染途径,能不能在这方面给我们介绍一下这方面的研究成果,分析一下钻石公主号的这个问题?
     
     陈清焰:好。邮轮里的舱位,靠近海边的叫外舱,还有一些舱位在中间,是内舱,没有窗户,所有的空气都通过中央空调送下来。还有,这些船员大多数都在底舱,也就是住在水面底下。所以他们的空气也都是通过中央空调送下来。中央空调平时在邮轮运行里是没有任何问题的,因为提供了一部分外面的新风,也就是说质量比较好的空气送到各个舱位,让大家保证有足够的氧气。然后为了省能,空调系统会把一部分回风抽回去,虽然二氧化碳浓度比较高,但是温度还是比较合适,所以就跟外面的新风进行混合,过滤以后再送到这个舱内。这种空调系统跟我们大型商场办公楼的中央空调系统一般来说的话都很相似,所以平时是没有任何问题的。这次为什么这个邮轮出了大问题呢? 就是因为抽回去的空气里可能含有病毒。我们这里当然做了一个比较大的假设,就是说病毒是可以通过空气传播的。刚才罗教授也说了,病毒可以浮在颗粒物上。气溶胶通常的英文名称叫Aerosol,它的定义与颗粒物particle的定义不太一样,我们觉得从科学角度来说叫颗粒物会好一点。对颗粒物来说,抽回去以后也会过滤,所以有一部分会附在过滤器上,因为轮船上用的过滤器都是粗效和中效的,它跟建筑是一样的,过滤比较大的颗粒物没有问题。但是如果是比较小的颗粒物,比如说人体呼吸出来的颗粒物的话,就有一定的困难,因为人体呼吸出来的颗粒物直径最大在20μm,然后最小0.1μm。病毒,比如说SARS,以前测过直径是0.2μm。所以就是说一般人呼吸出来的颗粒物是可以被空气携带。但是就是25μm以下颗粒物,尤其是粒径在3μm以下的颗粒物,这些粗效和中效过滤器基本上都挡不住。所以我觉得很大的可能性,也就是说我怀疑,病毒通过过滤器送到没有病人的舱位里面,这就导致在钻石号内有接近超过20%的人员受到感染。因为如果只是通常所谓的吐沫、接触的这个感染的话呢,我觉得可能比例不会这么大。因为(隔离期间)即便是在内舱里头的人,每天送出去放风也就一两个小时,接触的可能性不是特别大。另一方面出去的话肯定也是有经过一定的要求和训练,不要很近的距离等等。平时吃饭都是送到门口,然后拿进来吃。所以我觉得接触的可能性的话会有,但是没有那么大。所以,很大的可能性是病毒通过中央空调系统的回风进来了。而且这件事情最近报章也提到,很多的空调系统的运行没有纯新风系统,还是用回风系统,所以这是这次日本没有做好的一个原因,导致大面积感染。
     
     赵红平:这里我插一句就是关于这个事情实际上有个挺好的文章,记得在我们空调专业班群里,大家也有共享,就是《思考钻石公主号游轮空调系统》,作者是同济大学的教授谭洪卫。这里有一个简单的背景的介绍,就是说这段实际上时间非常地长,说是香港的一位80岁的旅客在1月20号的时候从横滨登船出发,实际上他1月19号就已经出现咳嗽症状。25号在香港下船,2月1号在香港确诊感染新冠病毒肺炎。然后这个航行还在继续,一直到了2月4号去横滨港的时候,被日本拒绝登岸。这时候卫生防疫部门才提出隔离请求。所以呢,最后一直发生到2月十几号。最后造成这么大的感染。所以开始根本没有隔离的情况下一共是16天,整个在船上,没有任何人意识到这个问题。虽然1月23号已经封城,这个信息应该是通过中国那些游客的微信等,他们应该知道,但是我这里有一个猜测,当时谁也不会想到这个问题会这么严重,所以他们没有想到这里会有从武汉来的游客,或者说能传到这地方,以为是太平的,他们没有当回事儿,也没有去报道,也没有去考虑,任何人没有概念,所以这个事儿就当没有事儿一样发生。后来到了2月4号被拒绝入港,他们才开始隔离。所以这里分两个阶段,所以为什么造成这么大的一个范围。那请问罗教授你对这个问题,有什么评论?
     
      罗锐:就像陈教授说的,空调过滤不了比较小的颗粒,比如说可以呼吸的那种几微米的颗粒。一般来说,以前我们都把这个PM10作为空气质量的标准,但是后来为什么降到PM2.5,就是发现PM10以上的粒子不太容易长时间停留在空气中,很快会沉降。真正能呼吸到呼吸道里,这可能是一个比较小的粒径范围。这么小的颗粒携带病毒的能力不会像大颗粒,比如说飞沫,飞沫可能可以达到100μm,这个传播的危险性确实是比较高的。如果是说有一个人在船上,他(可能)呼吸出来的微粒通过空调系统传播,这个可能性不大,我觉得是很小的。如果你这个船上有100个病人,空调的系统运行不能过滤很小的颗粒的话,这个问题就比较大。从钻石公主号邮轮的实际情况看,肯定是一开始有个别人,比如刚才说香港上船的那个老人,这个可能的传播途径在一开始我估计还是接触,直接面对面的交谈传播可能性会比较大,还是飞沫传播。飞沫在空气中比较大的会沉降在器物表面,船上的人肯定要活动,接触很多人,手会接触到有病毒的器物上,接触传染的可能性比较大。所以我就觉得,空调系统在传染源也就是病人不是很多的情况下应该说不会传染,因为它有很大的稀释性,把房间的病毒颗粒吸出来再混合稀释效果还是很显著的。源太少的话被稀释,病毒要感染人几乎是不太可能的,这是我的观点。
     
     赵红平:我觉得你讲的非常重要,而且这也是我们想传递的信息,就是实际上在一般的空调系统,在一般的情况下,问题不应该特别大,比如说WHO联合调查组作了调查后有个发布会,关于传播途径的定义就说得非常清楚,因为这是大家最关心的内容,到底是什么途径。目前认为新冠肺炎传播途径主要是呼吸道飞沫传播和接触传播。这也是为什么我看到在班群里老陈说“洗手,洗手,再洗手”,这是你对大家的一个忠告,我觉得这点非常的明确。这里,也有证据显示在部分确诊患者的粪便当中,检测出了新冠病毒,所以可能有所谓的粪口传播的途径。另外还提到一些案例提示,这是非常弱的提示,不排除在一个密封,相对小的空间内存在呼吸道气溶胶传播的可能性。实际上,就是刚才罗教授说的,这个所谓的气溶胶就是我们以前说的空气传播,只不过大家换了个名字。这就说明,实际上最主要的传播方式还是呼吸道的飞沫唾液和接触,这两个是最主要的方式。所以只要不是密闭的,比如说像邮轮或者是飞机,这种情况下空调系统应该做一个特殊考虑,一般的我估计在空调系统里传播的可能性相对比较少,我不知道你们同意不同意?
     
     陈清焰:这个问题我说几句。因为在封闭空间里头的这个空调系统的种类也不一样,我刚才也说过,我做过很多在大型客机里头的这个污染物的传播。在大型客机里的过滤器是hyper filter,高效过滤器。高效过滤器基本上对于3μm以上的颗粒物的话都能够过滤,过滤最小到0.3μm。就是说在0.3μm以上的病毒和颗粒物全都过滤掉,所以我们测量过在飞机上送风出来基本上不含任何颗粒物,那也就是说病毒也进不来。但是在2003年,国航117次航班从香港飞北京,一共两个半小时的飞行。其中坐在飞机紧急出口后面一排有一个旅客是super infector,在这两个半小时导致了20多人在飞机内受传染,最终4人死亡。现在也很难说到底这个传播是什么原因引起的,因为空气进来是干净的,但是仍然传播,就是说接触、飞沫,因为你在上下飞机过程都存在。但是如果看座位图,在这一个人前后两三排受到影响得病的人还是比较多的。这篇文章在新英格兰医学杂志上发表,非常权威的杂志,这也证明就是说空气传播有一定的可能性。但是我也同意大家的说法,接触传播、飞沫传播可能是主要原因。粪口的也有,非典期间香港淘大花园好多人回忆是粪口传播。但是空气传播我觉得不能排除,因为除了这个例子以外,更早一次阿拉斯加航空公司有一架飞机空调系统需要修理,结果在这三个小时里头,这些旅客没有下飞机,导致大概是百分之六七十的人最后都得了流感。那个时候大家都坐在飞机里没有动,所以不可能就是一整架飞机都通过飞沫传播,那么多人都在哇哇说话不太可能,所以那是空气传播一个很典型的例子,而且最近,去年或前年有马里兰大学的Don Milton教授,他是哈佛的公共卫生大学的教授做流感研究,他证明流感在空气里传播是可能的。但是就像刚才罗教授所说的,因为飞沫的颗粒很大,可以达到100μm。所以一个飞沫可以相当于很多那个微小的颗粒,可能成千上万个微小的颗粒的总和的体积还要大,所以你让飞沫打中的话就可能得病。但是空气里的颗粒污染已经比较小,可能就不是那么太容易被传播。所以说传播途径的话,我觉得最危险当然是接触了。包括最近就发现在香港去庙里拜佛,结果跪的那个垫子上都发现带有新冠病毒。所以这种直接传播的话就非常厉害,飞沫传播也非常厉害。空气传播我是觉得是会有,但是可能没那么厉害。但是从钻石邮轮这件事情看,空气传播应该起了非常关键的作用。因为早期他们没有很好防范,接触传播或飞沫传播是可能的,但是后期他们船上分区隔离14天。很多人14天以后查的没有病了,结果回到他们自己国家以后又犯病。所以这从另一个角度来看的话,空气传播的可能性还是存在。
     
     赵红平:但是这里我有一个问题就是在船上隔离14天,他们当时在船上已经有病还是没有得病?

     陈清焰:他们在船上没有得病,下船的时候体温还是正常的。这些人下船以后还觉得都没事儿,有的日本人还到寿司店去搓一顿,有的人有坐公共汽车就回去了。还有包括美国的这些乘客,他们在当初查是没有病的,就是用飞机运回来了,在美国的军事基地里隔离的时候,再次隔离的时候发现他们得病了。
     
     赵红平:所以刚才讲得特别对,当然空调系统就是空气传播或者气溶胶传播,比前两个传播方式相对弱一些,但是你刚才举的这个例子在飞机上,这个是一个非常好的例子,包括钻石公主号。那要在这么小的密闭空间里边,而且当时,我相信,在空调系统也没有用特殊的过滤,这样的密闭空间确实要出问题。现在这里就有一个问题,马上要复工的话,大家想坐,比如说,地铁等等,这个问题是现实的,那都是一个密闭的、非常小的空间,这时候实际上应该说是有危险的。
     
     陈清焰:这个危险是这样,就是说你一个人得病的话,除了这个浓度有影响,还有跟他暴露的时间有关系。因为钻石号为什么得病率会这么高?就是因为它隔离14天,也就是说这14天里,空气里头如果含有病毒的话,一直在接触,就导致他的病例会很高。这个在科学上头有一个非常有名的方程叫做Wells -Riley方程,就是由哈佛公共卫生学院在上个世纪发明的,这个就可以预测你大概能够得病的概率有多少,跟接触的时间有关系的。但是话说回来,如果是坐地铁,就坐两站路,就那么几分钟,可能有几个病毒,但是这个得病的概率要比在钻石号邮轮里待上14天得病的概率是不一样的。
     
     赵红平:明白,这就是所谓的量变。这就是他们讲的,你身体染病一定是里边病毒的量到了一定的程度,它才发生作用。否则没有。罗教授你对此有什么评价?
     
     罗锐:我首先说明白,我没有专门在研究过这个问题,但是肯定是像陈教授刚刚说的,3~5μm的微粒长时间在空气中存在,然后又是很长时间暴露,这肯定是危险性很高的,因为能够吸到体内总量,随着时间的增加是肯定的。我有个观点,浓度水平要达到一定的水平有个限值,当然时间长了以后,这种浓度限值水平会降低一点。飞机从人均体积来算是一个高度密集的空间,如果没有开空调,过滤器也不起作用的话,飞机这么小,体积里面所有的人很快都应该接触到比较高浓度的带有病毒微粒,这是肯定的。实际上现在很典型的隔离病房,里面的病毒浓度肯定很高,因为病人长期在里面待。但是如果是有一定的防护,比如说口罩,可以隔离掉几微米病毒的颗粒,这个应该说是比较安全。我看隔离病房人穿的防护服不是那个所谓的正压防护服,就是相当于可以过滤病毒的口罩这种情况。
     
     赵红平:所以现在的这种防护服,不是正压的,它实际上只是一个过滤的作用。
     
     陈清焰:就是一个密闭作用。正压防护服要看P4实验室,那个衣服上都有带一根管子给他们送空气的,所以就一直能够保证人体处于正压,空间处于负压状态。
     
     罗锐:实际上正压防护服也是过滤器,只不过效率更高。不是那种普通靠人的动力来输送空气,他实际上有一个风机增加过滤的洁净度,可以这样认为吧。所以这还是有一个问题,空气传播实际上传播的还是微粒。就是说一般情况下,如果不是一个密闭空间,或者体积很小的空间,特别是有用新风再稀释的话,应该说传播的可能性还是非常非常小,这是我的观点,但是,要说一个体积里面有一个病人,这个体积很小,说明源的强度可能很大。如果说一个体积大一点,比如说比较空旷的房间,或者说很多很多房间,那么这一个病人病毒源的强度就小多了。这样再加了口罩,经过过滤实际上吸收进去的病毒浓度是非常非常低的。
     
     赵红平:对,当然这里有太多的话题可以谈,但是我相信作为每一个老百姓最关心的就是我在出行的时候,是否能够避免一些风险。飞机的这个问题,我们必须假设飞机整个系统工作是好的,那么大家只要注意了,我相信有这么多科研人员在做,应该是可以的。那么邮轮的问题比较复杂,现在暂时不是所有人都会坐,或者大部分都不在坐。但是对国内,我估计现在老百姓最关心的就是我坐地铁的危险性有多大。然后我在家里隔离的时候,有没有下水道互相传染。那么就这两个问题,我不知道你们怎么样来评估它的危险性,比如说坐地铁,能不能先讲一下。
     
     陈清焰:我说一下吧。坐地铁的话,我个人认为最大的危险性在接触传染。因为地铁,你看,人能坐在椅子上也好,抓扶手也好,都是大面积的接触。刚才我说了,在香港的庙里跪的那个垫子上头,都可以检测出来新冠病毒的话,那你坐在椅子上,椅子上也会有这种病毒。一旦你身上有病毒的话,你手摸到,再接触到脸的话,你可能就中枪了。这些扶手虽然每天消毒一到两次,但是你想想看,从一站到下一站的话,这期间有多少只手摸过那个扶手,我觉得这是一个接触的感染源。第二,在地铁上大家还会说话。尽管你口罩是能够减少一定的唾沫,但是不能完全消除。我们作过研究,就是N95口罩还是会有很多漏出去。有的人戴口罩的方式也不正确。所以口罩本身能够过滤95%,但是在接缝处的话,基本上就直接跑出去了。所以,如果像我这个人比较高,我要站在人家旁边的话,刚好一说话热气就跑到我这边来了。所以这些接触传染是非常重要的。但是在地铁里,空气传染当然还会有,但我刚才说过,毕竟你在里头时间不会特别长,而且地铁列车门经常开关,就是有病毒的话也很容易冲淡。所以我觉得地铁里空气传播风险相对于接触传播来说的话,会小很多。
     
     赵红平:很有意思,罗教授你觉得呢?
     
     罗锐:肯定是这样的,这就是为什么我们强调密闭空间一定要人少一点,还要戴口罩。有些时候可能没有办法避免,比如电梯间。你肯定要坐电梯,可能你坐的时间很短,但是如果坐电梯的时候十几个人挤在一起,有一些病人在里头,如果是他呼出的气体病毒浓度很高的话,那些近距离的人有很大的风险,这是肯定的。我们想还是要回到空气传播这个原理,还是刚刚我说的,能够通过空气比较远距离地传播的,就是那些微小颗粒。这些微小颗粒只要不是说浓度特别高,源不是特别强,就是相对来说可以用一个单位体积,或者单位容积表述源的强度,接触时间也不是特别长,应该说风险不是特别大。但是还是要避免长时间在这个小空间内与不明情况的人在一起,这十几个人有一个是病人的概率是比较小,但是以防万一,戴口罩肯定是比不戴口罩就好得多。双方都戴口罩,病人也戴,健康的人也戴,空气中够达到病毒的这种微粒含量会小得多。现在一些地方房屋中央空调系统不能开了,好多办公室窗户也不能开了。那么这种情况下,你选择一下到底是开空调系统好,还是不开空调系统好。我想应该是开空调系统好,优于不开空调系统。因为不开空调系统,室内完全没有空气流动,更加增加了飞沫传播、接触传播的危险性,我想这方面要更明确一点。
     
     赵红平:是,说到室内,比如说大家很多人都在家里隔离,这是一个情况。还有一个情况就是大家现在已经开始复工,回到办公室。当然大家会采取一些措施,比如说轮流去,可能办公室有十个人,我们可能是三个人三个人这样去。但是毕竟还是室内空间,是开空调还是不开空调?是开窗还是不开窗?到底应该怎么做,陈教授,你的意见呢?
     
     陈清焰:如果你有机会开窗户的话,那开窗户。因为开窗户的话呢,外头空气进来基本上是干净的。就是说偶尔有那么一两粒这个病毒的话,那相当于在室内了来说的话,几乎是可以忽略不计的。而且开窗户的话,自然通风的换气量相对比空调系统来说的话还是蛮大的。所以开窗户肯定能够保证室内的空气质量比较好。空调开的话,刚才罗教授也说了,也是有帮助,因为毕竟还是新风进来。但是空调仍然还是会采用回风。所以我建议现在办公室在这个疫情期间,关掉回风,就全部只送新风。全部送新风有的时候可能耗能量会大一点,新风量毕竟比较小,可能会导致不是太舒服。但是我觉得还是活命比舒适更加重要一点,所以我建议全部送新风,这是我的观点。
     
     赵红平:对,因为很多空调系统要全部是新风的情况肯定达不到设计的舒适度,比如说21~22℃,但是就像陈教授说的,活命重于舒适,毫无疑问是这样一个选择。我们有太多的问题讨论,这是第一次,最后不知你们两位在这个问题上是否有进一步补充?
     
     罗锐:全新风的方法,都是想到的。我倒觉得有点回风,有的时候可能更有利。比如说整个系统里边有一个房间是有病毒的,可以稀释一下。有回风的话,风力也比较大,稀释一下。回风开得小一点,新风尽量提高比例,这个应该对病毒传播不会有太大的影响。
     
     陈清焰:全新风也有回风,只是说不把这个回风与新风混合再送回来,就是等于直流式的。你送的新风到这个房间,把它稀释了,然后回风直接排到室外去。因为回风过滤器过滤不干净的,除非你是在电子厂房,用的是高效过滤器。否则的话,基本上就是没办法过滤掉这么小的颗粒物。

     赵红平:我知道稀释作用也很重要。但是我估计大家比较会有一些疑问的是,要是回风加进去以后,比如正好这个房间,或几个房间里有病毒的话,虽然把病毒稀释了,但是还是把它送回去了。
     
     陈清焰:这就是钻石号的问题,对不对?我的意思还是这样,从目前看,各种资讯看起来就是各种各样的传播形式都存在。虽然我个人实际上是做空调的,做空气比较多,但是个人倾向还是就是飞沫传播、接触传播的话还是主要的这个传播形式。空气传播会存在,但是毕竟空气都或多或少会经过过滤等等,所以浓度不至于像接触传播、飞沫传播那么厉害,一下子就到你身上。所以空气传播风险稍微小一点儿,仍然还是存在的。要做好个人防护的话,我一直都在说洗手、洗手、再洗手,因为你的手这摸那摸、七碰八碰,有意无意的,每天都接触到脸,次数是相当相当得多。所以洗手还要很认真地洗手,有时候我就看厕所里头,有人洗手两三秒就洗完了,那是不行的。因为实际上洗手的话,这个过程是靠水把这病毒冲掉。你打的那些肥皂之类的,实际也不可能很快把病毒都搞死掉,所以洗手还是很重要的一个做法。
     
     赵红平:特别好。那么罗教授,请最后来个总结性的发言吧。
     
     罗锐:我就简单说一下。实际上这个空气传播,后来说是气溶胶,可能弄得人心惶惶。我的观点就是对于普通大众,根本不要关心这个。空气肯定是不会传播病毒的,除非你到ICU病房里呆上一天,没有做好防护,这里空气传播是可能的,一般情况下不用太担心。比如说我们学校里,说气溶胶传播甚至好几十米,楼上楼下有一些空气对流就把这个病毒传过来了,这个是完全不可能的。这个一定要说清楚,现在老说空气传播气溶胶传播“不确定”,对公众的影响太大了,所以各种各样极端的防护设施都出来了。这个实际上是毫无帮助的,就说这些。
     
     赵红平:特别好,我觉得非常专业。非常感谢!