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监测封闭空间CO₂浓度可预测新冠感染风险水平

2022-11-11

监测封闭空间CO₂浓度可预测新冠感染风险水平

作者:Sofia Deloudi,传感器专家

每年全球有7百万人因暴露于污染空气而死亡。室内空气污染比室外严重5倍,而室内空气质量对能效以及人们的表现、健康和福祉都有影响,因此室内空气质量现已成为影响公众健康的前五大环境风险之一。

二氧化碳(CO₂)是危害室内空气质量的一个重要因素。人体代谢碳水化合物提供能量会自然产生CO₂并通过呼吸排出。如果空气中的CO₂浓度增加,肺部和吸入空气之间固有的 CO₂ 浓度梯度就会减少,人体排出CO₂的水平也会随之下降,从而导致血液中的CO₂浓度增加,影响人体关键机能。

新冠病毒可能通过漂浮数十米的小飞沫传播

除CO₂以外,还有几大因素会对室内空气造成污染,包括油漆和溶剂、动物毛发,以及也许是当今最受关注的细菌和病毒。截至2020年10月16号,全球新冠疫情感染人数已超过3800万,死亡人数超过100万。

新冠病毒和许多其它病毒一样也通过呼吸道飞沫传播。感染患者通过呼吸、咳嗽、打喷嚏产生飞沫,也可以通过直接、共同接触受污染的物体表面传播。传染病一般在寒冷季节更容易传播,因为人们在室内的时间更长,而室内空气质量往往更糟糕。

众所周知,保持社交距离和勤洗手可减少新冠病毒通过大飞沫(一般落在距离呼出点1至2米范围内)传播,也可降低与污染表面的接触。然而,还有第三种常见病毒传播方式——小飞沫(≤5 µm)传播。小飞沫可在空气中漂浮数十米,快速弥漫整个房间。

2004年,科学家团队分析了香港某住宅区的一次严重急性呼吸综合征(SARS-CoV-1)病毒群体爆发。他们结合计算气流动力学发现,大量病例是通过空气中的小飞沫传播的。最近,许多关于新冠病毒(SARS-CoV-2)传播的研究表明,其传播方式也是如此。这更进一步证明呼吸和交谈时产生至空气中的小飞沫可导致封闭环境内出现病毒传染。目前,科学家纷纷呼吁国内外组织认识到此传播方式,并采取控制措施最大程度减少该传播途径。

勤通风,减少病毒传播

幸运的是,该传播途径和CO₂浓度一样,可通过勤通风有效控制。部分建筑安装了暖通空调(HVAC)系统进行机械通风。而对于住宅和餐馆等缺少机械通风的建筑,则可打开门窗实现有效的自然通风。不过气流流通程度更取决于门窗的位置和打开角度以及室外天气情况。

图片 - 二氧化碳监测器参考设计/来源:Sensirion AG二氧化碳监测器参考设计/来源:Sensirion AG

虽然空气中的病毒颗粒水平无法检测,但利用CO₂ 传感器测量CO₂浓度相对较容易实现。因此,将CO₂浓度视为监测空气中感染性物质水平的替代物同样行之有效。空气中的CO₂水平就像“红绿灯”:绿色代表CO₂浓度为400至1000ppm,与室外持平;黄色代表1000至1600ppm,体感空气质量满意度为80%;红色代表1600ppm及以上,此时会对人体健康和福祉造成明显危害。当CO₂浓度达到红色水平时,空气质量糟糕,病毒传播风险也会增加。

Sensirion CO₂传感器代替测量传染物质水平

Sensirion是全球领先的数字微型传感器制造商。其生产的两款CO₂ 传感器SCD30和SCD4x都配备CMOSens®技术,可利用红外线检测或基于光声测量原理的PASens技术进行CO₂测量,且测量精度分别达到±30ppm和±50ppm。两款传感器的尺寸都很小——SCD4x甚至可容入1立方厘米的空间——因此可在成本相对较低的同时轻松将传感器集成至HVAC系统。4,5HVAC系统则可通过进一步编程,在CO₂水平达到1000ppm时改善通风。

图片 - Size comparison of SCD30 and SCD4x / Source: Sensirion AGSize comparison of SCD30 and SCD4x / Source: Sensirion AG

目前,全球不少国家爆发第二轮新冠疫情。随着天气逐渐变冷,人们在室内的时间越来越长,通过自然或机械方式增加通风可以最大程度减少新冠病毒传播风险,保护生命。


本文转载自sensirion.com,版权归盛思锐所有。

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