室內(nèi)空氣穩(wěn)定性對人體呼吸微環(huán)境的影響.pdf

1、越來越多的研究開始關注人的呼吸活動以及人體周圍微環(huán)境，因為這個靠近身體的吸氣及呼氣區(qū)域直接關系到人體健康和疾病的傳播。但是，人的呼吸活動非常復雜，受到很多因素的影響，例如，人體代謝水平及活動狀態(tài)、通風策略、室內(nèi)空氣穩(wěn)定性、人體周圍空氣溫度、濕度及速度等。本文主要針對室內(nèi)空氣穩(wěn)定性與人體呼吸微環(huán)境的關系進行詳細的研究。
　　一些研究指出當室內(nèi)采用置換通風方式時，由于溫度分層的存在，可能造成呼氣中的污染物如CO2、飛沫等在一定的高度分

2、層凝滯，因而對室內(nèi)其他人員造成潛在的疾病傳播風險。本文利用室內(nèi)空氣穩(wěn)定性的概念對這一現(xiàn)象進行解釋。室內(nèi)空氣穩(wěn)定性指室內(nèi)空氣抵抗豎直方向運動的能力，可以通過室內(nèi)溫度梯度的方向進行判定。通過利用假人實驗、真人實驗以及仿真人體模型計算三種手段，針對混合通風形成的中性狀態(tài)以及置換通風形成的穩(wěn)定狀態(tài)對人體呼吸周圍微環(huán)境的影響進行研究。
　　三種方法相互驗證。按可靠性高低排序，依次為真人實驗、假人實驗以及CFD模擬，但操作難度及實驗成本的依次

3、降低。本文的真人實驗研究填補了目前關于室內(nèi)人體呼吸測試的空白，也為其他兩種方法提供了可靠的實驗驗證。假人模型及計算機人體模型在一定程度上能夠模擬人體的呼吸特點，但是，由于模型的簡化可能導致模擬結果與實際人體呼吸之間的偏差，更準確可靠的模型及模擬方法需要進一步的研究。
　　本文的另一條主線是圍繞室內(nèi)空氣穩(wěn)定對人體呼吸微環(huán)境的作用展開。利用上述三種方法對人體呼氣氣流擴散規(guī)律以及身體周圍熱羽流發(fā)展進行了詳細的研究，主要得到如下幾個結論：

4、
　　（1）通過煙氣可視化實驗，發(fā)現(xiàn)通過假人嘴巴的間歇呼氣與持續(xù)射流有很多相似之處，比如卷吸作用、射流形狀等。利用峰值速度描述脈動的呼氣氣流速度剖面時，發(fā)現(xiàn)了與自由射流類似的速度分布特點。據(jù)此，呼氣速度、濃度與溫度衰減規(guī)律利用與自由射流相似的表達式進行描述。無論是持續(xù)呼氣還是間歇呼氣，氣流軌跡及彎曲程度都會受到呼氣初始角度、阿基米德數(shù)（Ar）、室內(nèi)空氣穩(wěn)定性以及身體散熱量的影響?？梢杂^察到，穩(wěn)定狀態(tài)的空氣會抑制呼氣氣流向上彎曲的程

5、度，并會削弱呼氣氣流發(fā)展過程中的卷吸作用，降低了呼氣與周圍空氣的摻混的能力。
　?。?）不同的氣流組織形式及不同的身體代謝水平導致人體周圍氣流分布特點不同，并且造成呼氣氣流穿透距離以及速度與濃度衰減率不同。穩(wěn)定狀態(tài)導致呼出的污染物濃度分層，而中性狀態(tài)下污染物可以迅速地被通風稀釋。隨著溫度梯度的增大，污染物在室內(nèi)分層的高度會下降。室內(nèi)空氣穩(wěn)定性影響呼氣的速度及濃度在水平方向的衰減速率。置換通風由于帶來穩(wěn)定的室內(nèi)溫度層結，在一定程度上

6、會抑制污染物在豎直方向的擴散，因此不適合如病房、診所等有污染源的場合。
　?。?）通過對比實驗結果發(fā)現(xiàn)，人體模型的尺寸對于身體周圍氣流分布影響明顯，利用與人體尺寸接近的數(shù)值模型對于研究人體微環(huán)境問題更具有優(yōu)勢。而且，模擬結果發(fā)現(xiàn)，研究此類問題時選擇適當?shù)暮粑Ｊ揭卜浅Ｖ匾?。?shù)值模擬方法一方面彌補了實驗方法的不足，提供了更詳盡的人體呼吸微環(huán)境的信息，另一方面數(shù)值模擬的可靠性需要通過實驗數(shù)據(jù)進行驗證。模擬結果顯示，室內(nèi)空氣穩(wěn)定性作用隨

7、著溫度梯度的增大而增強，進而對身體熱羽流的抑制作用以及對呼氣彎曲趨勢的抑制作用增強。穩(wěn)定的空氣除了抑制氣流豎直方向運動以外，還可能造成水平方向的呼氣氣流擴散作用增強。
　　室內(nèi)空氣穩(wěn)定性對呼吸的作用主要體現(xiàn)在影響呼氣氣流的擴散、抑制身體周圍熱羽流的發(fā)展以及改變?nèi)梭w周圍污染物分布等方面。不同的通風策略可能形成不同的穩(wěn)定性條件，進而影響呼氣中污染物在室內(nèi)的擴散規(guī)律，為了降低疾病傳播風險，充分考慮特定氣流組織形式下的室內(nèi)空氣穩(wěn)定性特點是