室内空气稳定性与气流场对多人感染风险的协同调控机制研究

本研究针对室内病毒气溶胶传播难题，通过CFD模拟揭示了上送下回式通风与空气不稳定状态(IAS)的协同效应：不稳定条件使呼吸微环境SF6浓度降低20.4%，湍流增强使污染物垂直扩散效率提升，16分钟后感染风险显著降低，为办公场所传染病防控提供了工程优化方案。

　　

在密闭的办公、会议室等场所，呼吸道传染病通过气溶胶传播的风险是开放环境的3倍。尽管通风策略被证明能有效降低感染风险，但室内垂直温度梯度形成的空气稳定性(IAS)如何影响病毒传播，特别是多人交互呼吸场景下的时空分布规律尚不明确。这一科学问题的解决，对后疫情时代公共场所的通风系统设计具有重大意义。

湖南省重点领域研发计划项目支持的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表论文，创新性地将计算流体力学(CFD)模拟与SF₆示踪技术结合，构建了四人对坐呼吸微环境的传播模型。通过对比稳定/不稳定条件下上送下回、上送上回等通风模式，首次量化了IAS对Wells-Riley模型计算的感染风险影响。

关键技术包括：1) 建立420万网格的CFD模型验证网格独立性；2) 采用SF₆替代传统CO₂示踪，避免背景干扰；3) 结合污染物扩散指数(CDI_b)和改良Wells-Riley模型进行双指标评估；4) 通过实验室四人对坐呼吸实验验证模型准确性。

【主要发现】

1. 气流场特征：不稳定状态配合上送下回模式时，平均风速达其他工况2倍，湍流脉动增强使污染物垂直扩散效率提升，打破积聚效应。
2. 污染物清除：不稳定条件下，呼吸区SF₆浓度较稳定状态降低20.4%，15-30分钟内CDI_b降低30%-65%，显示最优扩散能力。
3. 感染风险时空差异：稳定状态下感染者邻座瞬时风险较低，但16分钟后IAS影响凸显；上送下回+不稳定组合使三位易感者感染风险分别降低51.3%、35.6%和11.4%。

该研究揭示了多重浮力效应(MBE)调控污染物传播的新机制，提出"增强垂直扰动+定向气流组织"的协同控制策略。相较于传统层流通风，该方案能在不增加能耗的前提下，通过优化IAS实现呼吸微环境的快速净化，为修订公共场所通风标准提供了理论依据。特别是发现16分钟的关键时间阈值，对间歇性通风的精准控制具有重要指导价值。