近期，课题组硕士研究生汤文昊、博士生李艺群（导师：叶蔚副教授）对公共卫生间场景下电动牙刷刷牙行为引发的颗粒物传播情况进行了深入探究。基于文献调研、受试者刷牙实验、口腔模型刷牙实验、数值模拟等方法，建立了一套综合评估方法，为公共卫生间的通风优化提供了参考，研究成果发表在Building and Environment（Q1，IF：7.1）。

论文信息

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.112435

研究背景

电动牙刷在使用过程中会产生潜在携带病原体的气溶胶颗粒，可能成为公共卫生间内空气传播疾病的重要来源。然而，关于其排放速率和传播风险的研究尚不充分。目前标准主要关注化学安全和清洁效果，忽视了潜在的气溶胶散发问题。虽然少量研究在受控环境下探讨了其释放速率，但未涵盖复杂的公共卫生间场景。针对这一问题，本研究旨在通过计算流体动力学（CFD）方法，建立一套综合方法来模拟电动牙刷产生的颗粒物潜在传播情况。通过文献调研、受试者刷牙实验、基于PIV的口腔模型刷牙实验等，确定了散发速率、粒径分布等关键输入参数。研究分析了不同换气次数（ACH）、排气口位置和人员存在等因素对颗粒物传播、滞留和扩散的影响，基于真实场景进行了模拟研究，为优化公共卫生间的通风策略提供了参考。

研究结论

.基于真实条件建立了一个机场公共卫生间模型，包含一名刷牙者和一名潜在易感者，研究得出以下结论：

1）当ACH在5-8 h⁻¹范围内时，初始传播和混合效果较差，导致明显的分层现象。当ACH达到9 h⁻¹或更高时，颗粒物几乎立即扩散开。

2）当排气口更接近刷牙者时，可有效引导颗粒物排出卫生间，减少滞留。相反，不恰当的排气口位置可能降低通风效率，增加传播风险。

3）卫生间内占用人数也影响颗粒物的传播。当只有刷牙者存在时，颗粒物传播主要集中在刷牙者周围。然而，当刷牙者和另一名接受者同时存在时，热羽流与排气气流的共同作用使颗粒物传播路径更加复杂。

提出以下降低电动牙刷使用相关呼吸道疾病传播风险的通风策略：

1）建议的通风策略：通风效果在ACH增加时显著提高，但达到一定值后趋于平稳。因此，ACH的设定需要在净化效率和运行成本之间取得平衡。研究表明，维持8-9 h⁻¹的ACH可最大限度提高控制效果，低于该范围效果减弱，而超过9 h⁻¹则成本增加但控制效果提升有限。

2）排气口的距离优化：刷牙者与排气口之间的距离对减少传播风险至关重要，去除效率可能相差高达30.1%。由于通风系统难以覆盖所有潜在感染源，优化人与排气口的距离在疫情期间尤为重要。

3）过滤和消毒设备：排气过程中的气溶胶和其他颗粒物容易引发交叉感染。当排气未直接排向室外时，在排气管道中安装过滤和消毒设备至关重要，以降低再次扩散的风险。

以下为论文中部分图示：

图1.刷牙行为的关键组成部分

图2.典型时刻的颗粒物分布