课题组于满江博士生在BAE上发表头戴式送风系统在医疗环境中应用的相关成果

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[发布时间]: 2024-09-29[阅读次数]: 30

学术研究丨头戴式送风系统在隔离病房中对医护人员的保护效果：一项数值模拟研究

论文解读

我们团队提出的头戴式通风系统（HAS）能为佩戴者呼吸区提供过滤后的清洁空气，提供呼吸保护，其在工业环境中的保护效果已经得到了研究。本研究探讨了一种新型头戴式空气供应（HAS）系统对COVID-19隔离病房中的医疗工作者（HCWs）的保护效果。提出了HAS有效性的指标，并改进了经典的Wells-Riley方程以计算非均匀混合的病房空间中佩戴不同有效性HAS的医护人员感染COVID-19的概率。该研究采用计算流体动力学（CFD）来探讨HAS的有效性以及在患者持续呼气和咳嗽时医疗工作者的感染概率。研究还分析了每小时空气更换次数（ACH）和隔离病房排气口位置对医疗工作者感染概率的影响。此外，还比较了HAS与各种常见口罩的有效性。结果表明，在最佳运行条件下，HAS可以大幅度降低医护人员的感染概率，并有效降低病人咳嗽带来的影响。并且，当病房换气次数增加时，医疗工作者的感染概率会降低；同时，佩戴HAS可以减轻病房换气次数变化的影响。在实验设置下，具有适当参数的HAS可能比常用口罩在降低佩戴者感染概率方面更为有效。这些发现为在医院环境中应用可穿戴通风提供了有价值的参考。该成果发表在中科院一区期刊《Building and Environment》，影响因子为7.1，论文第一作者为高军教授，第二作者为课题组在读博士生于满江，通讯作者为魏晓宾博士。

论文信息

研究背景

我们团队提出的一种头戴式通风系统（HAS），为佩戴者呼吸区提供过滤后的清洁空气，提供呼吸保护。已经研究了其在工业环境中对佩戴者的保护效果，以及行走、转弯与环境气流对保护效果的影响。结果显示，HAS可以为佩戴者提供安全的呼吸环境，是一种创新且有效的个人防护手段。在环境干扰下，HAS风量设置达到一定数值时，也可以有效保护佩戴者基于现有研究成果，本研究旨在探讨HAS在COVID-19隔离病房环境中对医护人员的保护效果。HAS被改造成头戴式送风装置与穿戴式过滤装置一体化的系统。本研究探索了HAS降低医护人员感染概率的有效性，探讨感染者咳嗽行为、病房通风设计对感染概率的影响，并将头戴式送风防护效果与常用的防护口罩进行比较。研究结果将为HAS在COVID-19隔离病房环境中的应用提供科学指导。

研究结果

HAS的流量和净化效率显著影响其有效性以及医护人员感染概率。结果比较显示了最佳参数范围：流量为6-10升/秒，净化效率为100%。在这个范围内的HAS可以将医护人员的感染概率从约30%（无保护措施）降低到低于0.18%。
患者的咳嗽行为增加了医护人员呼吸区域的污染物浓度，导致医护人员短期内感染概率明显增加。佩戴HAS可以有效降低感染概率并减轻患者咳嗽的影响。
病房进行大量空气更换可降低医护人员的暴露浓度。佩戴HAS可以缓解病房换气次数变化的影响，当换气次数达到9或更高时，医护人员的感染概率不会有进一步显著变化。天花板级别的排气口比地板级别的排气口更有利于清除病房中的污染物，排气口位置的改变对HAS的有效性没有明显影响。
在CFD模拟和与人体模型进行的面对面实验比较中，HAS在优化条件下比各种类型的口罩表现出更高的有效性。