空气流动研究可以减少疾病和污染的传播

房间里的气流会影响COVID-19等病毒的传播。

德克萨斯州农工大学农业生命研究中心的科学家正在研究如何加热、通风和空调暖通空调、系统配置和建筑设计可以减轻包括病毒在内的有害人体健康的微生物的传播。

玛丽亚·金博士是生物与农业工程系农业空气质量工程与科学中心主任，她将研究病原体在空气中的传播途径保健设施．这项研究将揭示建筑设计中一个很大程度上看不见的方面，它对人类健康有很大的影响。

金说，这项研究连接了包括生物学、病毒学、计算模型从工程到应用研究，以一种令人兴奋和创新的方式。这项研究也是在世界花了几年时间应对主要通过空气传播的COVID-19疫情之后进行的。

这种创新的工程视角正在对设施的外观产生重大影响空气流金说。

她说:“用工程学来看待生命科学问题，对我们看待疾病预防的方式有很大的不同。”“我们正在意识到工程工具和观点在解决卫生问题或处理影响人类健康的微生物和有机体方面的潜力。”

跨学科研究使用模型和模拟来模拟气流

通风系统是大多数建筑环境的一部分，因此研究空气特性对雾化病毒的影响至关重要。研究人员将使用气流建模和模拟来直观地描绘病原体如何根据各种因素在空间内移动。金的研究将回答有关这一运动的基本问题。

金希望这个新项目能让科学家和工程师了解病毒是如何以各种生物气溶胶的形式在空间中传播的，比如咳嗽或打喷嚏时的飞沫。

其目标是帮助制定和实施跨学科的通风策略和指南，以设计、管理和监测卫生保健设施中的疾病，并可应用于其他建筑环境。

她说，此外，该团队还试图了解温度、湿度和风速等因素是如何在具有不同配置、尺寸、表面特征和其他特征的空间中运输各种大小的液滴的。了解导致病原体较高暴露的条件可以指导减少病原体夹带和传播的设计。

King之前已经表明，结合建模和采样方法可以通过通风减轻空气中传染性微生物的运动。

例如，King通过建模模拟研究了肉类加工厂内的空气流动，以展示屏障(就像杂货店收银台上的透明塑料屏蔽一样)如何影响在加工线上相互工作的人之间的病原体传播。该模型显示，屏障会影响空气流动，但在每个工人上方增加屏蔽会显著提高保护效果。

King说，气流建模和模拟需要大量的数据输入和复杂的计算技术，在德克萨斯A&M高性能研究计算小组资源中正确地可视化气流模式。研究小组还将使用高风量生物气溶胶收集器，研究病毒如何在不同进排气配置和空气交换率的HVAC系统中传播。

除了King，研究团队还包括最近被任命为陶氏化学捐赠教授的Sandun Fernando博士和生物与农业工程系的Zivko Nikolov博士。该团队的另一名成员是Gabriel Hamer博士，昆虫学系副教授。

该团队还将在通风病房的3/4比例模型和真实的医院环境中进行实验。

金说:“对我来说，这项研究最令人兴奋的方面是我们团队的专业知识，以及我们用来了解这项研究所提出的复杂挑战的技术和独特设施。”“创新研究始于合适的团队，我们有一个伟大的跨学科团队，并得到了系里和农业与生命科学学院的全面支持。这是一个非常协同的工作环境。”

重新思考建筑，暖通空调配置

模拟和建模已经揭示了通风的某些方面，如建筑设计或每小时换气次数的影响，可能会对卫生或感染预防产生反效果。

金说，例如，医院可能会采用高乙酰胆碱，假设空气中的颗粒可以更快地去除。但是，根据布局的不同，ACH可能会像搅拌机一样在房间里移动颗粒，这大大增加了暴露量。

在另一个例子中，在一个肉类加工厂，暖通空调进气装置位于牛圈附近。入口位置增加了有害细菌、真菌或其他微生物影响肉类加工设施敏感区域卫生的机会。

金说，虽然这项研究的重点是医疗保健设施，但这项研究有无数的应用，包括学校、食品加工行业、杂货店、办公室和军事设施。

金说:“这些例子现在看来似乎很明显，但在配置设施时，他们没有从空气流动的角度考虑。”“这些例子说明了理解建模如何帮助优化建筑设计和规划阶段的特定目标的价值。所以，我们很高兴看到这项研究将我们带向何方，因为我们相信这些发现对关键基础设施非常重要，也适用于我们生活的日常方面。”