基于上室紫外线照射技术的肺结核空气传染控制策略研究

摘要

我国约有活动性的传染性肺结核患者140万人；此外，每年新发耐多药结核病患者数约为12万，患者人数居全球第二位。因此，从肺结核的传播途径着手降低传染风险，是其防控策略极其重要的一环。鉴于肺结核主要通过空气传播，本研究结合室内气流组织设计，探讨基于上室紫外线照射杀菌技术(UR-UVGI)的肺结核空气传染控制策略。
　　为提高UR-UVGI杀菌效率，本研究使用吊扇促进上下空气混合，将在房间下方产生的带菌飞沫核迅速及时地送入上方的紫外线照射区域，并保证其有足够暴露时间。在研究中应用了基于计算流体力学(CFD)的数值模拟方法：采用旋转参考系简化吊扇模型，以节省计算时间；采用漂移通量法简化带菌飞沫核在空气中传播并被消毒的过程，考虑了重力对此的影响。
　　本研究首先参照以往生物实验建立虚拟环境实验室，并通过与实验结果的比较，验证了上述数值模拟方法在UR-UVGI杀菌效果评估方面的有效性和可靠性。其次，利用虚拟环境实验室考察了换气次数（2ACH，4ACH，6ACH）、吊扇转向（向上,向下）和转速（40rpm,80rpm,150rpm,235rpm）对UR-UVGI消毒效果的影响，从能耗和室内空气净化效果着眼探讨室内通风、吊扇和UR-UVGI的综合应用策略。最后，参照实际的传染病房建立虚拟病房，考察上述策略的实际应用效果，以及实际情况下的不利湿度条件对UR-UVGI杀菌效率的影响。
　　虚拟环境实验室的模拟结果表明，UR-UVGI杀菌效率主要取决于换气次数，并与之成反比；在换气次数为2ACH且吊扇转速大于等于150rpm时，吊扇转向和转速影响甚微。另一方面，相对于换气次数为2ACH且不使用UV和吊扇的基准工况，在其他使用UR-UVGI的工况中微生物残余比虽然随着换气次数和吊扇转速的增加而降低，但下降幅度很小。在换气次数为2ACH且吊扇转速大于等于150rpm时，室内微生物残余比基本不受吊扇转向和转速的影响。综上所述，本研究建议在使用UR-UVGI时，换气次数设为2ACH，吊扇转速设为150rpm。
　　虚拟病房的模拟结果显示，在上述推荐工况下，相比于常用壁挂式空调，在采用上送下回的送风方式的条件下，UR-UVGI有更好的杀菌效果。另外，当湿度达到95％、导致结核病菌对紫外线敏感系数Z下降42.5%时，能够在保证人体安全的前提下通过提高紫外线辐射强度来维持UR-UVGI杀菌效果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题来源和选题背景

1.2 研究目的和意义

1.3 研究内容、方法与技术路线

1.3研究概念与界定

1.4 论文框架

2 国内外研究现状

2.1 结核病的蔓延与UR-UVGI系统的应用

2.2 UR-UVGI和吊扇的CFD综合研究

2.3 国内外研究现状、不足及发展方向

3 基于上室紫外线技术的模拟验证

3.1 数学模型

3.2 数值模拟方法

3.3 数值模拟方法的验证

3.4 结果与讨论

4 不同室内环境条件对UR-UVGI杀菌效率的影响

4.1 室内环境设定

4.2通风换气次数的影响

4.3 吊扇工况的影响

4.4结果与讨论

5 传染病房设计应用

5.1 实际病房情况

5.2不同空调送风方式的传染病房数值研究

5.3不利湿度条件下的应用

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录