监测封闭空间中的 CO₂ 浓度可用于指示新冠病毒感染风险的水平

每年全世界有 700 万人因暴露在污染的空气中而死亡。室内发现的空气污染是室外的 5 倍,室内空气质量目前是影响公众健康的五大环境风险之一,因为它会影响能效、性能、福祉和健康。

对室内空气质量产生负面影响的一个方面是二氧化碳 (CO2)。人类在代谢碳水化合物产生能量时自然产生 CO2,通过呼吸呼出 CO2。但是,如果空气中的 CO2 浓度增加,存在于肺部和吸入空气之间的固有 CO2 浓度梯度就会降低,身体排出这种气体的能力就会减弱。这会导致血液中的 CO2 水平升高,从而影响身体的重要功能。

冠状病毒可能通过可传播数十米的微液滴传播

除 CO2 之外,其他几种成分也会对室内空气质量产生负面影响:油漆和溶剂、动物毛发,以及在当今气候下可能最相关的细菌和病毒。截至 2020 年 10 月 16 日,目前的新冠病毒 (COVID-19) 疫情在全球范围内已感染超过 3800 万人,死亡人数现已超过 100 万。

与许多其他病毒一样,新冠肺炎病毒通过患者呼吸、咳嗽和打喷嚏时散发的飞沫传播,也通过与受污染表面的直接接触、共同接触传播。这些传染性疾病通常在较冷的月份更为流行,因为人们往往在室内度过更多的时间,而室内的空气质量更差。

为限制新冠肺炎病毒通过大的呼吸飞沫(落在呼吸位置附近,通常在 1-2 米内)传播,并减少与受污染表面的接触,提倡保持社交距离并增加洗手次数。然而,许多病毒的第三种传播方式是通过空气中的微小液滴 (≤5 µm),这可以传播几十米,很容易穿过一个房间。

2004 年,一组科学家分析了香港一个住宅小区爆发的严重急性呼吸综合征冠状病毒 (SARS-CoV)-1 病毒。他们使用计算气流动力学发现,大量的病例是由于空气中微小液滴造成的传播。最近,对当前冠状病毒 (SARS-CoV-2) 传播的多项研究表明,它也是以同样的方式传播的,这毫无疑问地表明,呼吸和交谈过程中释放的微小空气液滴会导致封闭环境中的感染传播。科学家们现在呼吁国家和国际机构认识到这种传播方式,并采取控制措施,尽量减少这种感染途径。

增加通风可以减少病毒传播

幸运的是,这种传播途径与 CO2 浓度一样,可以通过增加通风来轻松降低。一些建筑物安装有能够进行机械通风的供暖、通风和空调 (HVAC) 系统。对于没有机械通风的建筑物,如住宅和餐馆,打开门窗进行自然通风也是有效的,不过这种情况下的气流更多地取决于窗户能开多大、门窗的位置以及外部天气条件。

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CO2 监测器参考设计/来源:Sensirion AG

虽然不幸的是,空气中的病毒颗粒水平无法检测,但是使用 CO2 传感器测量 CO2 浓度相对容易。因此,使用 CO2 水平作为替代物来监测空气中传染性物质的水平可能是有效的。空气中的 CO2 水平可以被认为是一个“交通灯”系统:绿色介于 400–1000 ppm 之间,是室外空气中的 CO2 浓度;黄色介于 1000-1600 ppm 之间,80% 的人对感知的空气质量感到满意;红色是 ≥1'600 ppm,对人类健康和福祉有可察觉的负面影响。在这一水平,空气质量被认为较差,病毒传播的风险增加。

Sensirion CO2 传感器可以用作测量传染性物质水平的替代物

Sensirion 是全球领先的数字微型传感器制造商。它们提供两种 CO2 传感器:SCD30 和 SCD4x,采用 CMOSens 技术,利用光声测量原理(分别为 30 ppm 和 50 ppm),使用红外检测或 PASens 技术进行高精度 CO2 测量。这些传感器很小,SCD4x 尤其适合安装在 1 立方厘米的空间中,便于以相对较低的成本集成到 HVAC 系统中。然后,这些系统可以被设定为在二氧化碳水平达到 1000 ppm 时增加通风量。

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SCD30 和 SCD4x 的尺寸比较/来源:Sensirion AG

随着全球新冠病毒疫情在全球许多地区进入第二波,而且由于天气变冷,人们越来越多的时间呆在室内,通过自然或机械通风增加通风可能有助于最大限度地减少新冠肺炎感染的传播,从而挽救生命。


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