Меры противодействия системам кондиционирования воздуха в постэпидемический период

Благодаря решительным и эффективным мерам, принятым Китаю удалось взять эпидемию под контроль, жизнь вернулась в нормальное русло, а экономика работает нормально. Однако эпидемия все еще продолжается во всем мире, меры профилактики и контроля требуют нормализации. Проектирование и эксплуатационные контрмеры системы кондиционирования воздуха в постэпидемический период в Китае вызвали размышления у людей, поэтому нижеприведенное обсуждение различных взглядов и мер будет способствовать нормализации мер профилактики эпидемий в будущем.

В связи с тем, что контроль и профилактика эпидемий отличается от контроля и профилактики комфортных условий в немедицинских гражданских зданиях, в данной статье не рассматриваются систематически меры противодействия системам кондиционирования воздуха в постэпидемический период, а лишь излагаются некоторые соображения относительно цели мер противодействия, а также целей профилактики и контроля систем кондиционирования воздуха в постэпидемический период для вашей справки.

1. Правильныйпозиционированиек распространению нового коронавируса  

TheДдиагностику иTлечениеNовельCоронавирусPневмония(пробная версия 8), выпущенная 19 августа 2020 года, четко указывает на то, что новый коронавирус в основном распространяется воздушно-капельным путем и при тесном контакте, а также при контакте с зараженным вирусом предметом. Длительное воздействие в относительно закрытой среде с высокой концентрацией аэрозолей также может привести к передаче аэрозольным путем. «В связи с тем, что новый коронавирус может быть выделен из фекалий и мочи, следует уделять внимание предотвращению его загрязнения окружающей среды и приведения к контактной или аэрозольной передаче», что помогает нам правильно определить путь передачи COVID-19. Это также подтверждается большим количеством случаев заражения во время эпидемии. Ношение масок, соблюдение социальной дистанции и мытье рук были признаны наиболее эффективными мерами профилактики и контроля эпидемии.

Обычно, если вирус хорошо передается и диффузируется по воздуху, он будет непрерывно рассеиваться под действием воздушного потока и одновременно разбавляться, тогда концентрация вируса будет продолжать уменьшаться, в результате чего только небольшая доза бактерий может передаваться по воздуху. Кроме того, диспергированные частицы, переносимые бактериями, плавающими в воздухе, быстро ослабнут из-за воздействия тепла, влажности и ультрафиолетового света, если только он не обладает огромной жизнеспособностью (или не может выживать в воздухе в течение длительного времени). До сих пор не было обнаружено никаких доказательств того, что COVID-19 обладает двумя вышеуказанными характеристиками. Можно только сказать, что COVID-19 имеет небольшой шанс передаваться по воздуху в ограниченной степени, возможность заражения через воздух очень мала. ВОЗ по-прежнему считает, что аэрозоль SARS-CoV-2 может распространяться в душных или закрытых помещениях, однако это не основной путь, хотя открытое письмо, подписанное 239 учеными из 32 стран 6 июля, было опубликовано в журнале клинических инфекционных заболеваний (Oxford University Journal).

Поскольку инфицирующая доза в воздухе недостаточна для передачи, а капли не могут долго парить, чтобы распространяться на большие расстояния, то несколько суперпередач в эпидемии, упомянутых в открытом письме, сбивают с толку. Поэтому мы предлагаем гипотезу передачи через аэрозольное облако. Аэрозольное облако представляет собой двухфазный поток пара и жидкости, невидимый глазу.

Состояние аэрозольного облака может привести к тому, что капли, содержащие вирусные частицы, будут плавать, дрейфовать воздушным потоком. Путь и направление его передачи совершенно ясны.

Аэрозольное облако может собирать вирусные частицы, которые трудно рассеивать и передавать, с более длительным временем выживания, поэтому легко накапливать большое количество вируса локально и поддерживать дозу заражения в течение длительного времени на большом расстоянии. Считается, что образование аэрозольного облака связано с такими факторами, как закрытая среда в помещении, плохая вентиляция, высокая плотность персонала, высокая влажность (рис. 1), а также размер капель и т. д. Тогда гипотеза аэрозольного облака может хорошо объяснить эти события суперпередачи. Похожие гипотезы можно найти и в иностранных документах (рис. 3), хотя определения и объяснения различаются. Факторы окружающей среды, такие как температура, влажность и загрязнение, могут влиять на способность вируса к выживанию COVID-19, повреждая его белок на поверхности и его липидную мембрану. Текущая теория предполагает, что его стабильность будет повышаться при более высокой влажности (≥80%）（рис. 1).

Рис.1. Зависимость между продолжительностью жизни вирусных капель и диаметром частиц и относительной влажностью.

Рис.2 Диаметры капель и дальность их пропускания

Рис. 3 Чихание, кашель, выдыхание облаков и дальность их распространения

2.Контрмеры с воздуха-система кондиционирования в посте-период эпидемии

Поскольку методы профилактики и контроля патогенов, а также требования и меры контроля за микроклиматом в помещениях при эпидемиях отличаются от требований к комфортным кондиционерам, то методы контроля патогенов невозможно понять на основе логических рассуждений и здравого смысла.

2.1. Особое внимание уделено контролю распространения аэрозольных облаков.

Контроль распространения COVID-19 в воздухе помещений заключается не столько в контроле за передачей аэрозольного облака.

Результаты показывают, что аэрозольное облако имеет хорошие характеристики отслеживания воздушного потока, узкий путь распространения и четкое направление.

В отличие от передачи по воздуху, которая может распространяться широко и распространяться по всему пространству. Аэрозольное облако дрейфует вместе с воздухом к близлежащим дыхательным органам восприимчивых людей (рис. 4), которые могут быть вдыхаемы и вызвать инфекцию, даже если они находятся на безопасном социальном расстоянии. Неопределенность передачи аэрозольного облака раскрыла случайность заражения, что бросает вызов нашей традиционной теории вентиляции или профилактики и контроля инфекции, такой как безопасная социальная дистанция, личная защита, время воздействия, риск или вероятность заражения.

Рис. 4 Моделирование передачи аэрозольного облака

С точки зрения контроля распространения аэрозольного облака существует три способа:

1) Самым основным способом является предотвращение образования аэрозольного облака, которое позволяет снизить его возникновение (например, ношение масок, контроль плотности персонала, быстрое осаждение капель потоком воздуха в помещении) и поддержание хорошей вентиляции в помещении (разбавление загрязнений в помещении и предотвращение накопления влажности в помещении).

2) После того, как аэрозольное облако сформировано, неопределенность передачи и случайность заражения, по-видимому, выходят из-под контроля. Фактически, самый простой способ заблокировать передачу аэрозольного облака — это избежать горизонтального потока воздуха в помещении и заставить его быстро оседать, а затем выбрасывать через нижнее выпускное (возвратное) отверстие под действием вентиляции.

3) Самый простой способ устранения передачи аэрозольного облака - это рассеивание аэрозольного облака внешней силой, поток воздуха вентиляции будет непрерывно нарушать или рассеивать аэрозольное облако, пока инфекционные частицы децентрализованы и концентрация падает, тогда оно не передается. Конечно, снижение уровня влажности в помещении до 40% -50% также является методом контроля, но с большим потреблением энергии.

2.2 Сосредоточение внимания на профилактике и борьбе с патогенами

Идея профилактики и контроля патогенов во время эпидемии чем-то похожа на контроль окружающей среды фармацевтического и медицинского лечения. Но она отличается от технологии биологической очистки, это мера по предотвращению коронавируса в зоне обслуживания комфортного кондиционирования воздуха. Сначала мы извлекаем уроки из концепций фармацевтического и медицинского контроля, чтобы объяснить разницу между этим и комфортными кондиционерами воздуха.

Рис.1 Различия между идеями профилактики и контроля патогенов и идеями вентиляционных кондиционеров.

В постэпидемический период три эффективные меры профилактики и контроля, а именно ношение масок, соблюдение социальной дистанции и мытье рук, могут больше не применяться. Но контроль плотности персонала все еще необходимо рассмотреть. Мера противодействия системы кондиционирования воздуха в постэпидемический период заключается в предотвращении коронавируса. Различия в методах контроля см. в таблице 1. За исключением предположений о мерах противодействия системы кондиционирования воздуха, основанных на логических рассуждениях или здравом смысле, на какие опасения следует обратить внимание? Некоторые меры противодействия могут быть интегрированы в комфортную систему кондиционирования воздуха, но некоторые могут использоваться только в качестве резервной схемы. Вот несколько примеров:

1) Общий контроль или контроль ключевых точек

Люди, которые занимаются кондиционированием воздуха, привыкли рассматривать вещи из общей ситуации, например, контролировать параметры температуры, влажности и концентрации углекислого газа для всего пространства. Люди, которые занимаются контролем инфекций, сосредотачиваются на деталях и ключевых моментах, отсекая пути заражения в соответствии с характеристиками источника заражения. Даже детали компоновки приточного и вытяжного воздуха заслуживают внимания. Бесчисленные случаи показали, что детали определяют успех или провал контроля инфекций. Детали — монстры.

2) Разбавление всей камеры или осаждение на месте

Самым большим загрязнителем комфортных кондиционеров является CO2, люди находятся повсюду в комнате, каждый может производить CO2, это большой площадной источник. Бактерии в помещении в общих местах выдыхаются отдельными пациентами и распространяются на небольшом расстоянии, это точечный источник. Поэтому меры контроля не могут разбавить всю комнату свежим воздухом, чтобы контролировать точечную инфекцию, как контроль CO2, он также не может контролировать объем свежего воздуха с помощью датчика CO2. Капли, выдыхаемые пациентами с коронавирусом, могут напрямую заражать соседние и не ждут, пока они будут разбавлены. После того, как возбудитель выдохнут, его следует быстро осесть на месте, чтобы предотвратить передачу. Расселение на месте является наиболее эффективным способом снижения воздействия. Контроль точечной инфекции путем создания многократного объема воздуха в помещении для разбавления не только приводит к высокому потреблению энергии, но и имеет плохой эффект.

3) Стерилизация или фильтрация

Мы все знаем, что свежий воздух не переносит патогены, и главная цель фильтрации свежего воздуха - удаление пыли. Если в помещении есть патогены, фильтр обратного воздуха должен быть в состоянии предотвратить попадание патогенов в систему. Однако сопротивление фильтра HEPA довольно высокое, что затрудняет или делает невозможным его использование в гражданских зданиях. Из-за ограниченного внутреннего пространства выдыхаемые капли не могут испаряться в жидкое ядро ​​в виде мелких частиц в течение короткого времени, а фильтрация обратного воздуха в основном предназначена для удаления капель в виде крупных частиц. Наша цель контроля - предотвратить накопление патогенов в пространстве, поэтому при выборе фильтров обратного воздуха следует учитывать эффективность стерилизации и сопротивление фильтра.

Статья 7.1.11 свода правил GB 51039-2014 по проектированию зданий многопрофильных больниц указывает:

Выпускное отверстие возвратного воздуха центральной системы кондиционирования и фанкойла должно быть оснащено фильтрующим оборудованием с начальным сопротивлением не более 50 Па, первичной скоростью прохождения микроорганизмов не более 10%, а скорость прохождения взвешенных частиц за один раз не должна превышать 5%.

По этой же причине ASHRAE рекомендовал MERV13 в качестве фильтра обратного воздуха. Для аэрозольного облака фильтры могут не только отфильтровывать некоторые частицы в воздухе, но и рассеивать аэрозольное облако, делая его невозможным для существования в системах.

4) Профилактическая централизованная система кондиционирования воздуха или профилактическая децентрализованная система кондиционирования воздуха

Согласно нашему здравому смыслу, центральная система кондиционирования воздуха обслуживает несколько комнат, как только бактерии появились в одной комнате, остальные будут заражены. В начале эпидемии централизованная система кондиционирования воздуха была ключевой целью профилактики, а децентрализованная — нет.

Как только инфицированный человек появляется в общественных местах, выдыхаемый им газ всасывается в систему кондиционирования воздуха, но инфекционная доза в подаваемом воздухе должна быть уменьшена после процесса высокоскоростного вращения вентилятора, нескольких фильтров, компонентов обработки тепла и влажности и смешанного разбавления свежего воздуха. Даже если в помещении есть аэрозольные облака, при центральной системе вентиляции и кондиционирования воздуха, обслуживающей несколько помещений, маловероятно, что это вызовет перекрестное заражение. До сих пор не было зарегистрировано крупномасштабного заражения, вызванного централизованным кондиционированием воздуха. Однако децентрализованное кондиционирование воздуха, такое как сплит-система кондиционирования воздуха, фанкойл, VRV, используемое в ресторанах, барах, автобусах, развлекательных заведениях, их схема воздушного потока вызовет горизонтальный поток воздуха в помещении, заставляя аэрозольное облако дрейфовать вокруг (рис. 4).

В период эпидемии время от времени наблюдались случаи агрегации случаев заражения в некоторых местах, где использовалось децентрализованное кондиционирование воздуха, что также является типичным местом распространения аэрозольного облака.

5) Равномерное распределение или сдерживание воздушного потока

Система кондиционирования воздуха подчеркивает равномерное распределение параметров температуры и влажности. Теоретически говоря, наружный свежий воздух продолжает смешиваться и разбавляться с воздухом в помещении, воздушный поток распределяется равномерно, поэтому концентрация вируса будет продолжать падать, но анализируя детали процесса распределения с другой точки зрения, это может помочь патогенам распространяться объективно. Следовательно, имеет значение направление распределения воздушного потока, поэтому очищающее пространство в медицинской, фармацевтической, электронной областях делает упор на схему воздушного потока, который подается сверху и возвращается вниз. Он в полной мере использует сдерживающую роль воздушного потока, заставляя точечное загрязнение оседать как можно скорее и предотвращая его дрейф и рассеивание, значительно сокращая время воздействия. Сдерживание воздушного потока гораздо важнее равномерного распределения. Централизованная система кондиционирования воздуха может легко реализовать схему воздушного потока, которая будет подаваться сверху и возвращаться вниз, в то время как децентрализованные кондиционеры, которые интегрируют обработку и распределение воздуха, труднодостижимы.

6) Предотвращение подачи воздуха или предотвращение утечки

После того, как воздух в помещении загрязняется, и кондиционеры подают загрязненный воздух в помещение, происходит вторичное загрязнение воздуха, называемое косвенным загрязнением.

С точки зрения нашего здравого смысла, бактерии в помещении, поставляемые системой кондиционирования воздуха, являются самой ужасной вещью. Не говоря уже о том, что вирус не может распространяться в центральной системе кондиционирования воздуха, даже если это возможно, пока есть эффективный воздушный фильтр на выходе подачи воздуха или выходе возвратного воздуха, вывести вирус трудно. С точки зрения очистной техники, существует мало случаев загрязнения утечками, вызванных фильтрами и их установкой в ​​текущей системе строительства и приема. Однако слепое увеличение объема свежего воздуха без учета контроля перепада давления выведет упорядоченное градиентное давление из-под контроля в этой области, и воздух в помещении, содержащий загрязнение (вирус), будет напрямую вытекать, часто вызывая случаи загрязнения (инфекции). Этот вид загрязнения, вызванный утечкой загрязнения в помещении, называется прямым загрязнением, что еще более ужасно, беспорядочная утечка воздушного потока делает место заражения труднопредсказуемым. Вот почему стандарты или нормы для строительства больниц в стране или за рубежом не требуют фильтров высокого уровня для терминала подачи воздуха в ключевых отделениях, но подчеркивают региональный упорядоченный градиентный контроль перепада давления.

7) Прерывистый или непрерывный режим работы

Опасаясь передачи вируса в системе кондиционирования воздуха, часто требуется прерывистая работа системы кондиционирования воздуха. То есть кондиционер будет выключен после работы в течение определенного периода времени, а затем будет работать естественная или механическая вентиляция. Требуется 2-3 раза в день в течение как минимум 30 минут. Мы все знаем, что большое количество свежего воздуха, поступающего внутрь, наносит ущерб комфортной среде в помещении, но мы не знали, что комфортная среда, создаваемая кондиционерами, также может рассматриваться как противоэпидемическая мера. Ход эпидемии показывает, что COVID-19 по-прежнему сохраняет сильную инфекционность независимо от низкой или высокой температуры. В то время как активность вируса достигает нижнего уровня при комнатной температуре 22-25 ℃ и относительной влажности 50% -60% (рис. 5).

Прямое поступление сильного потока свежего воздуха также нарушает баланс разницы давления между различными помещениями, что приводит к беспорядочному движению потока воздуха утечки.

Поэтому, пока система кондиционирования воздуха находится в соответствии, она не только должна работать непрерывно, но и запускаться заранее и откладывать выключение. Стабильная и контролируемая среда является реальным требованием для нормализации профилактики и контроля эпидемий.

Рис. 5 Уровень выживаемости нового коронавируса и температура и влажность

8) Регулировка задержек или предотвращение ограничений

Управление кондиционированием воздуха в помещении осуществляется с помощью датчика температуры и влажности, который корректируется системой после того, как датчик обнаруживает отклонение температуры или влажности; такой процесс называется запаздывающей регулировкой.

Условно говоря, уровень температуры и влажности очень высок, конструкция внутреннего ограждения и оборудование также обладают теплоемкостью, поэтому для изменения температуры в помещении на 1℃ требуется больше энергии или она не будет сильно колебаться.

Даже если температура и влажность комфортных кондиционеров имеют положительные и отрицательные требования к контролю отклонения, время регулировки, как правило, не является проблемой. Эта функция также является основой для комфортных кондиционеров, чтобы принять регулирование переменного объема воздуха.

Условно говоря, уровень концентрации пыли очень мал, при небольшой невнимательности отклонение частиц составит десяток или даже более сотни.

Как только концентрация бактерий и пыли превысит стандарт, могут возникнуть проблемы. Параметры должны быть установлены ниже предела, прежде чем бактерии и пыль будут обнаружены как чрезмерные.

Вмешательство должно быть сделано, если оно достигает линии сдерживания. Время от исправления отклонения чрезмерной концентрации бактерий и пыли до состояния установки называется динамическим самоочищением загрязнения. Это важный параметр для управления контролируемой средой. Но, конечно, он связан с требованиями контроля уровня риска обработки.

9) Проветривание окон или поддержание температуры в помещении

Проветривание окон может быть самым экономичным и эффективным методом профилактики и контроля, но оно малоэффективно в больших помещениях. COVID-19 — это самокупируемое заболевание, специального лечения не существует. Иммунитет — лучший врач и лучшее медицинское лечение. Независимо от того, зимой или летом, необходимо поддерживать подходящую температуру в помещении. Конечно, она может быть не такой точной, чтобы приносить больше свежего воздуха. Ее можно контролировать в пределах от 16℃ до 28℃, если это не навредит вашему иммунитету, поскольку повышение собственного иммунитета во время эпидемии превыше всего. В какой-то момент поддержание стабильной температуры в помещении становится важнее, чем открытие окон для проветривания.

Что касается аэрозольного облака, то переменное направление воздушного потока иногда может стать движущей силой распространения аэрозольного облака.

10) Отключение передачи или меры по профилактике и контролю

Какова цель принятия мер противодействия системой кондиционирования воздуха в постэпидемический период? Работа с пациентами с COVID-19 в помещениях? Или прекращение распространения COVID-19?

В постэпидемический период контрмеры системы кондиционирования воздуха являются мерами профилактики и контроля, которые могут предотвратить или уменьшить возникновение перекрестной инфекции в случае возникновения индивидуального случая. Могут быть приняты технические меры для предотвращения его колонизации, размножения и передачи, вирус может быть занесен только пациентами, но не может быть занесен с наружным воздухом или, как плесень и бактерии, которые есть повсюду в естественной среде.

Даже если система кондиционирования воздуха оснащена строгими профилактическими мерами, после подтверждения случая коронавируса или подозрения на него необходимо закрыть объект и немедленно отключить кондиционеры, своевременно сообщить об этом в местное агентство здравоохранения и профилактики эпидемий для оказания экстренной помощи, а также провести тщательную уборку и дезинфекцию.

Использование чрезмерных мер профилактики и контроля, которые потребляют энергию и деньги, малополезно. Короче говоря, каковы цели системы кондиционирования воздуха в постэпидемический период? Каковы цели контроля бактерий? Если профилактика и контроль коронавируса по-прежнему являются целью, то ношение масок, соблюдение социальной дистанции и мытье рук являются предпосылкой. Эти действия лучше любых других мощных мер системы кондиционирования воздуха, если все, включая пациентов с COVID-19, могут это делать.

Если целью контроля является предотвращение и контроль перекрестной инфекции бактерий в общем смысле, то при подготовке был принят во внимание GB 51039-2014 «Кодекс для проектирования зданий больниц общего профиля», то есть в общественных местах, мы можем принять три меры, которые являются обычными мерами контроля, используемыми в общей медицинской среде, это разумная вентиляция, подача воздуха сверху и возврат воздуха снизу и надлежащая фильтрация в выпускном отверстии обратного воздуха. Эти меры доказали свою экономичность, низкое потребление энергии, эффективность и зрелость на практике за последние годы. Если позволяют условия, можно использовать кондиционеры с постоянным перепадом давления и переменным объемом свежего воздуха.

3.Заключение

В статье предполагается, что основным путем передачи COVID-19 является воздушно-капельный и тесный контакт. Заразиться аэрозольным путем можно, если длительное время находиться в закрытой среде с высокой концентрацией аэрозолей, что доказано почти 30 миллионами случаев заражения в период эпидемии. Ношение масок, соблюдение социальной дистанции и мытье рук признаны наиболее эффективными мерами профилактики и контроля эпидемии.

Частая агрегация инфекций, происходящая в ограниченном пространстве, весьма вероятно вызвана аэрозольным облаком.

Существующие неопознанные случаи суперпередачи можно разумно объяснить теорией передачи аэрозольного облака. Несложно смоделировать передачу аэрозольного облака с помощью CFD, но это бесполезно без поддержки большого количества эпидемиологических исследований. Хотя неопределенность и случайность передачи аэрозольного облака бросают вызов традиционным теориям и контрмерам в профилактике и контроле инфекций, но несложно контролировать передачу аэрозольного облака.

Система кондиционирования воздуха в постэпидемический период должна сначала определить цель контрмер и цели контроля. Она должна избегать спекуляций контрмер и целей контроля с точки зрения логики и здравого смысла.

Немедицинская система кондиционирования воздуха в постэпидемический период может принять три меры, которые обычно используются при контроле общей медицинской среды, а именно разумную вентиляцию, распределение воздушного потока и надлежащую фильтрацию возвратного воздуха. Эти меры являются низкоэнергетическими, недорогими и имеют сильную осуществимость. Излишние меры профилактики и контроля не нужны. Одним словом, контрмеры системы кондиционирования воздуха в постэпидемический период должны быть соответствующими, уместными и разумными.

Авторы: Шэнь Цзиньмин и Лю Яньмин на HVAC