综述：影响室内环境静态与动态情景下空气颗粒传播关键因素的重要综述

《ARCHIVES OF COMPUTATIONAL METHODS IN ENGINEERING》：A Critical Review of Critical Factors Influencing Airborne Particle Transmission in Indoor Environments Under Stationary and Dynamic Scenarios

本综述系统分析了影响室内空气病毒传播的关键因素，重点探讨了静态与动态情景下颗粒物传播机制。文章指出，气溶胶（<5-10μm）传播风险占比23.1%，其传染性可达大颗粒的100倍；有效通风策略（如置换通风DV）及适宜温湿度（20-25°C，40-60% RH）是降低风险的关键。特别强调，人体运动可通过诱导尾流、颗粒再悬浮等机制，使空气与气溶胶交换量增加约33%，显著改变病毒传播动力学。

　　

空气传播病毒在室内环境中的传播机制

呼吸道传染病长期以来对全球公共卫生构成严重威胁。理解空气传播病毒在室内环境中的扩散是一个复杂挑战，涉及物理、环境和化学因素的相互作用。呼吸道病原体主要通过感染者呼吸、咳嗽、打喷嚏或说话时排出的飞沫和气溶胶进行传播。在通风不良的密闭空间中，这些颗粒的行为对于理解疾病传播至关重要。

呼吸道病毒的主要传播模式

呼吸道病毒主要通过三种途径传播：飞沫传播、空气传播（直接传播）以及接触传播（间接传播）。根据尺寸和空气动力学行为，参与呼吸道传播的空气颗粒可分为两类：直径小于5-10微米的微小颗粒（气溶胶）和直径大于20微米的大飞沫。气溶胶可以随气流短距离和长距离传播，并能深入肺部，而大飞沫主要受重力影响，沉降较快。

研究表明，气溶胶是病毒传播的主要模式。例如，在一次游轮疫情中，59%的传播归因于气溶胶吸入。气溶胶约贡献23.1%的传播风险。在小于0.5米的距离内，感染概率超过70%，但在2米处降至20%以下，凸显了近距离飞沫传播的重要作用。颗粒尺寸至关重要，呼吸和说话产生的颗粒80-90%约为1微米，属于气溶胶。小于5-10微米的颗粒不仅更易到达下呼吸道，其传染性最高可达大颗粒的100倍。

影响病毒传播的关键因素

病毒在密闭空间中的传播受到多种相互关联因素的影响，可归纳为四大类：环境因素、病原体相关因素、宿主相关因素和人类活动因素。

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  环境因素
  环境因素包括空气质量、通风系统和室内空间的物理特性。空气污染物，特别是颗粒物（PM），如PM_2.5和PM₁₀，会影响病毒传播并加重COVID-19等症状。相对湿度（RH）和温度对飞沫行为和病毒存活至关重要。在低湿度（20-50%）、高温（>25°C）环境中，呼吸道飞沫迅速蒸发，形成更小的残留颗粒，延长悬浮时间。而在高湿度（约80%）、低温（5-15°C）条件下，飞沫蒸发慢，沉降快。通风系统（如自然通风、机械通风）通过换气率、气流方向和分布模式显著影响室内空气质量和病毒传播风险。世界卫生组织（WHO）为不同场所设定了最小通风率要求。
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  病原体相关因素
  颗粒尺寸和成分是关键。飞沫和气溶胶的空气动力学行为不同，小气溶胶（<10μm）可长时间悬浮并深入呼吸道，而大飞沫沉降快。颗粒主要来源于唾液（约99%水和1%非挥发性成分），其成分影响蒸发速率和最终尺寸，从而影响轨迹和沉积模式。
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  宿主相关因素
  呼出速度是重要因素。不同活动（呼吸、咳嗽、打喷嚏）产生的飞沫浓度和初速不同。较高呼出速度能显著增加飞沫传播距离。例如，呼吸飞沫通常传播小于1米，而咳嗽或打喷嚏飞沫可达4-7米。
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  人类活动因素
  人体运动是改变空气传播动力学的主要因素。运动产生的气流可以分散污染物，其影响在运动停止后可持续一分钟以上。行走可将污染物传播至7米远，在通风不良空间将高风险区从1.5米扩大至3米以外。运动能增强空气循环混合，延长颗粒悬浮时间。行走速度影响显著，快速行走（>1 m/s）可减少空气中飞沫持续存在，但也会造成更强烈的气流扰动和更长的尾流。人体运动诱导的尾流、颗粒再悬浮和增强的病原体扩散等现象复杂化了传播风险。研究表明，与静态条件相比，人体运动可使累积空气和气溶胶交换量增加约33%。

静态与动态条件下的传播

在静态条件下，颗粒传播主要受环境因素和初始动力的影响。而在动态条件下，人体运动引入了新的变量。移动的人体如同钝体，会产生复杂的尾流结构，包括再循环区和涡旋，这些流动会扰乱原有的通风气流模式，重新悬浮已沉降的颗粒，并改变病毒颗粒的轨迹。多人运动（如并排或交错行走）会产生连续的低压区，进一步增强空气混合和病毒的横向运动。在医疗环境（如隔离室、手术室）中，人员走动会增加污染物泄漏风险（可达28.6%），并产生复杂气流。

结论与展望

本综述强调了气溶胶在室内病毒传播中的主导作用，以及通风策略、环境温湿度和人体运动在调控传播风险中的重要性。有效的干预措施应包括优化通风系统（特别是置换通风DV）、将室内温湿度维持在适宜范围（20-25°C，40-60% RH），以及在室内空间设计和风险管理中充分考虑人体运动的影响。未来的研究需要更深入地探索人体运动与室内气流模式之间的复杂相互作用，以及多种因素（如运动、通风配置、相对湿度）在 ventilated 和非 ventilated 空间中的协同效应，以改进模型预测并制定更有效的室内空气质量控制策略。