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