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2021/1/22

你平常待的空間是哪種空調系統?


作者:

最近迎來了冷颼颼的冬天,大家都想待在暖呼呼的室內。然而,研究發現,COVID-19幾乎所有的群聚感染案例都發生在室內,使用空調系統的大樓更是高風險場所(註1)。為了維持安全的室內活動,劍橋大學的數學家們研究起室內通風對COVID-19傳播的影響。

傳染跟密閉空間裡的那些因素有關呢?大家可以先想想看,不外乎是:

❶ 房間裡人數(S)

❷ 帶原者數目(Γ)

❸ 呼吸快慢(比方說在辦公室跟健身房的呼吸速度就不一樣)(q)

❹ 待的時間(t)

❺ 通風程度(Q)

以上這些因素都會增加傳染力道。它們彼此的交互關係,可以用Wells-Riley equation描述,其中等號左邊的I表示最後受感染的人數:I=S(1- exp(-qΓt/Q))

在模型中我們可以知道,房間裡的人數S越少、呼吸速度q越慢、待的時間t越短,感染人數I就越小;而當Q越大,也就是通風速率越快,最後受感染的人數I也會越小。指數、倍數的關係透過模型也一目了然。

然而,數學家們透過實驗發現,還有一個重要因素不在模型裡:不同的通風系統目前的通風系統主要分為「混合式(mixing ventilation)」和「置換式(displacement ventilation) 」。

▍前者顧名思義,就是把整個空間的空氣混和在一起,出風口和排氣口都在天花板,因此汙染物會均勻散布在整個空間。不幸的是,通常一般使用空調的大樓都是採這種通風方式。

▍置換式通風則是將出風口設置在靠近地面的位置,空氣會分成上層暖區及下層冷區,一旦空氣因為人為活動而變暖,暖空氣就會因為熱對流而上升,從上方排出室外,新鮮的冷空氣再從接近地面的出風口灌入。

從上述介紹,我們可以把混合式想成攪拌一大鍋湯,裡面的料全部混在一起;置換式則是有一股垂直的風,一直由下往上吹入新鮮空氣,顯然置換式比較能保護我們。

不過要特別注意的是,置換式通風系統也無法一勞永逸,還有很多因素會影響室內空氣的流向,包括人們移動的路線、開關門、電器散發的熱能等,特別是人呼吸、說話、咳嗽或大笑時呼出的熱氣,都可能會讓髒空氣還沒對流到天花板,就再次被別人吸進去。

要怎麼減低這樣的影響呢?答案依然是:「戴口罩」!配戴口罩不只可以擋住較大的飛沫、降低飛沫和氣溶膠的速度,還阻止熱能往外擴散,讓髒空氣可以順著身體的熱能一起向上移動到暖層,順著排氣口排出室外。(註3)

最後,大家一定很好奇,想知道怎麼區別自己待的室內空間是使用哪種通風系統?其實很簡單,只要沒有在低處找到通風口,應該就是使用混和式通風。我們在留言處有貼一張使用置換式空調的照片,大家可以環顧看看自己腳邊,是否也有這個過去我們沒注意到,但其實比較能防禦傳染病傳播的通風口。一般住家如果沒有特殊設計,普通的分離式空調多半也以混和式為主。

疫情帶來了各種災難,可同時給了科學家更多機會去檢視現有的許多技術,找出更好的方案。或許多年後回顧,也許真的是帶來轉機的危機。

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PS:

① 台灣討論通風系統的文章偏少,無法確認一般建築物常用的通風系統,只知道一般的分離式冷氣並不具備換氣功能。歐美已經以置換式通風系統為標準,因此公共場所應都採置換式通風系統。

② 一般住家的傳統排氣方式是將各層住戶的廢氣集中至單一管線,較先進的技術是採當層排氣,也就是直接把同一層的廢氣排出戶外。如果沒有特殊的工程設計,依照圖片的分類,應該都屬於混和排氣系統。

其他參考資料:

通風系統和空調:台灣討論通風系統的文章偏少,無法確認一般建築物常用的通風系統,只知道一般的分離式冷氣並不具備換氣功能。歐美已經以置換式通風系統為標準,因此公共場所應都採置換式通風系統。一般住家的傳統排氣方式是將各層住戶的廢氣集中至單一管線,較先進的技術是採當層排氣,也就是直接把同一層的廢氣排出戶外。如果沒有特殊的工程設計,依照圖片的分類,應該都屬於混和排氣系統。

1.http://www.ciche.org.tw/……/DB4406-P024-%E5%AE%A4……

2.https://www.searchome.net/article.aspx?id=23662

3.https://www.cute.edu.tw/……/96final/b/B3201/B3201-3.pdf

文章來源:https://plus.maths.org/content/node/7349

註1)https://www.medrxiv.org/……/10.1101/2020.04.04.20053058v1

註2)http://www.suzukipublicschool.ca/……/displacement……

註3)https://preview.redd.it/pzyj7y8hguq41.gif?format=mp4……

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