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后大流行时期的生活113——乘车与感染风险

淡斋达原 淡斋达原 2023-12-24
随着生活逐渐“恢复正常”,与各种公共交通相比,乘车出行在某种程度上来说是后大流行时期相对最为安全的城际交通方式之一。因为乘车出行通常是单人或熟悉的人一起(拼车不在此列),所以风险主要来自于情况未知的司机。本期的分享就来讨论一下乘车出行时的一些问题。

本期内容主要包括:
  • 车内空气净化设备的影响
  • 打开车窗的影响


和搭车相比,独自驾车出行显然是最理想的选择,但对多数人来说这并不现实,所以在很多情况下需要两个人或更多的人一起乘车。根据相关研究,在有感染者的情况下,大约仅需20秒的时间就可以使得含有病毒的飞沫与气溶胶迅速蔓延到汽车内部的空间中,通常我们可以依靠车内的空气净化设备或者打开车窗来降低感染风险。另外在可能的情况下,尽量选择远离车内其他人的位置,比如呈对角线坐落。

一、车内空气净化设备的效果

(一)车载空调
车内空气净化系统主要是依靠汽车的空调来实现净化空气的目标。现在大部分汽车的空调都装有HEPA滤网,在开启空调的时候,可以过滤车内的空气,在一定程度上降低车内的感染风险。根据日本的一项研究,可以看到车载空调的换气效率是很高的。

大约1.5分钟可以完成一次车内换气(42ACH)。

开到最大时可以达到81ACH的换气效率,理论上确实可以通过车载空调达到降低感染风险的目的。

(二)车载空气净化器
尽管多数情况下装有车载空调的汽车并不需要额外的空气净化设备,但考虑到有所车载空调并非处于开启状态,所以市场上还有很多小型的车载空气净化器在售,可以简单的理为小空间内增加一台小型空气净化装置来辅助过滤车内空气。但这种车载空气净化设备因为体积限制使得其风量值通常不会很高,完全无法和汽车自带净化系统相比,更多的是依靠额外的去味效果保持车内无异味。从快速过滤颗粒物的角度来说,有效,但又不是很有效。不过对一些没有车内空气净化系统的老型号车辆来说,确实是一个不错的选择。
上图为某款车载空气净化器的产品参数,风量数值30m³/h,在同类产品中属于较高的。但和前一段我们提到的车辆自带的车内空气净化系统(通常190m³/h,最大380m³/h)依然相去甚远。
所以看起来只要依靠汽车自带的空气净化系统再加上辅助的车载空气净化器就能很好地在乘车时保护自己?答案很可能是否定的
因为这里有一个现实问题,那就是多数情况下我们并不能准确知道所乘坐汽车的HEPA滤网剩余的实际过滤效率,一些偷懒的车主或型号较老的汽车则可能根本就没有HEPA过滤系统。而且在以前的分享中我们提到过,狭小空间内由于距离比较近,即便尽量提高单位时间的换气次数或者说CADR值,也无法避免气溶胶的传播风险。就是说不同于相对开阔的空间比如办公室或商场,尽管车载空气净化系统很有效,但在乘车时也并不能完全依赖于汽车空调或车载空气净化器的过滤功能。


二、打开车窗的效果

由于汽车在多数时候都处于行驶状态,所以由于外部压力变化,会使得打开车窗时的气流变化和我们开启房间窗户时的效果不同。

为了观察不同开窗模式对车内气溶胶风险的影响,研究人员设计了6中不同的车窗模式,然后模拟了单次行驶速度v=22m/s(79km/h)时,车内换气效率和气溶胶的影响。

(一)气压影响下的车内气流

行驶中的外部压力对气流的影响是多方面的,举例来说,当RL和FR车窗打开时,流速约10m/s气流从RL车窗进入车厢,并沿着汽车后座流动,流过坐在车厢RR侧的乘客。之后气流在关闭的RR窗处转向,向前移动,大部分空气在车辆F 侧打开的窗户处排出驾驶室。由于该处外部压力低于大气压,会有一部分气流从这里进入车窗,在接触到乘客后转向,继续在车厢内部,其中一小部分会通过RL窗口流出。

(二)不同方案下的换气效率

结果很明显,4扇窗户都打开的情况下换气效率高最高,大约有250ACH;4扇窗户都关闭仅依靠汽车空调时换气效率最低约为62ACH;令人意外的是方案2的情况,仅比方案一不开窗时高一点,约为89ACH;其余三个方案不管是开启两扇窗户还是三扇窗户,都达到了150ACH,也就是说一旦达成了交叉风路,额外开启的窗户对换气效果影响很小。
(三)不同方案下的气溶胶影响
1、驾驶员呼出气溶胶的影响
为此研究人员模拟了6种车窗状态下驾驶员呼出的气溶胶在车内的分布情况,从结论上来说,随着车窗开启数量的增加,总体风险是降低的,但不同的开窗方式带来的效果又有所不同。

方案1:车窗全部关闭,仅开启车内空调。

实际效果最差,尽管车载空调的换气速度非常快,但由于空间狭小,还有气溶胶抵达了后方乘客的位置。

方案2:驾驶员和乘客开启自己身边的窗户,呈对角线分布。

效果好于窗全部关闭的状态,大部分气溶胶在司机的位置循环,但仍有部分气溶胶抵达了乘客的位置,浓度尚可。但这种模式无法冲散驾驶员所在位置的气溶胶,当车辆停止时这部分气溶胶很可能会扩散到乘客的位置。

方案3:驾驶员和乘客开启自非自己相邻的窗户,呈对角线分布。

从RL窗口进入的清洁气流会部分地冲击到乘客(坐在RR座位上),这部分气流还可以充当“风幕”来阻挡从前方逸散来的气溶胶。

方案4:开启除驾驶员身边的另外三扇窗户。

由于气流的变动,导致冲向乘客位置的气溶胶增多,由于“风幕”的存在,依旧可以阻挡部分气溶胶,但效果有所减弱。

方案5:开启除乘客身边的另外三扇窗户。

当前方两个窗户开启时,会大幅降低驾驶员所在位置的气溶胶浓度,从而使得到达乘客位置的气溶胶进一步降低。

方案6:车窗全部开启。

效果最好,几乎没有气溶胶达到乘客的位置。
如果以抵达乘客位置的气溶胶浓度作为评判标准,从好到差的排序依次是:6、5、3、4、2、1。
2.乘客呼出气溶胶的影响
如果把视角转换到乘客呼出的气溶胶,则会发现不管何种开窗方式,对驾驶员的影响都相对较小。即便所有窗户都处于关闭状态,但由于车载空调的气流影响,驾驶员的风险也是相对较低的。

不管从乘客还是驾驶员的角度,在汽车车厢内部通过建立交叉风路的方式,可以最大限度地降低车辆成员内部的感染风险。开启全部窗户是最有效的方案,因为这可以在车厢内部形成两条不同的气流路径,还能有提高整体的换气效率。但是通常情况下由于气温、降水、室外空气污染等原因可能无法总是将全部或整扇车窗开启。
那么总结一下:
  • 车载空调尽管换气效率很高,但实际效果并不理想。

  • 受限于体积和功率,车载空气净化器作用有限。

  • 开启全部窗户是最好的选择。

  • 只开启驾驶员和乘客身边的窗户有效,但并不是最好的选择。

  • 如果不能开启全部窗户,开启与驾驶员和乘客不相邻的两扇窗户是更好的选择。

  • 即便不完全开启整扇窗户,依然可以形成交叉风路。

  • 坐在后排和驾驶员呈对角线是相对风险较低的选择。

  • 换气次数和车速呈线性关系,车速越慢换气效率越低,风险也就越高。

  • 驾驶员的感染风险远低于乘客的感染风险。


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(文中所有图片均来自网络公开渠道)
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