研究揭示了车内气流如何影响COVID-19传播风险

罗德岛普罗维登斯[布朗大学]——一项关于汽车客舱内气流模式的新研究为在与他人共享乘车时潜在地降低COVID-19传播风险提供了一些建议。

这项研究是由布朗大学的一个研究小组进行的，他们使用计算机模型来模拟一辆小型汽车内部的气流，汽车的窗户有不同的开启或关闭方式。模拟结果显示，打开窗户——窗户越多越好——会产生一种气流模式，这种气流模式极大地降低了司机和一名乘客之间空气中交换粒子的浓度。研究人员发现，炸毁汽车的通风系统并不能像打开几扇窗户那样使空气流通。这项研究观察了司机和乘客在不同车窗配置下共享悬浮颗粒的风险。颜色越红表示粒子越多。当窗口关闭时(左上角)，风险更高，而当窗口打开时风险降低。最好的情况是打开所有窗口(右下角)。

“根据我们的计算机模拟，开着车窗开着空调或暖气开车肯定是最糟糕的情况，”布朗大学工程学院的研究生、该研究的主要作者之一阿西曼舒·达斯(Asimanshu Das)说。“我们发现，最好的情况是四扇窗户都开着，但即使只有一两个窗户开着，也比全都关着好得多。”

达斯与Varghese Mathai共同领导了这项研究，Varghese Mathai曾是布朗大学的博士后研究员，现在是马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的物理学助理教授。这项研究发表在《科学进展》杂志上。 

研究人员强调，没有办法完全消除风险——当然，美国疾病控制中心(CDC)目前的指导意见指出，推迟旅行并呆在家里是保护个人和社区健康的最好方法。这项研究的目的仅仅是研究汽车内部气流的变化是如何使病原体传播的风险恶化或降低的。

研究中使用的计算机模型模拟了一辆汽车，大致基于丰田普锐斯，车内有两个人——一名司机和一名乘客坐在司机对面的后座上。研究人员之所以选择这样的座位安排，是因为这样可以最大化两人之间的物理距离(不过仍低于CDC推荐的6英尺)。这些模型模拟了以每小时50英里的速度行驶的汽车周围和车内的气流，以及来自司机和乘客的气溶胶的运动和浓度。气溶胶是微小的颗粒，可以在空气中停留很长一段时间。它们被认为是SARS-CoV-2病毒传播的一种方式，特别是在封闭的空间。

打开车窗更有利于气溶胶的传播，部分原因是它增加了车内每小时的换气次数，有助于降低气溶胶的总体浓度。但研究人员说，乙酰胆碱只是故事的一部分。研究表明，不同的车窗组合会在车内产生不同的气流，从而增加或减少残留的悬浮微粒。

由于空气在汽车外部流动的方式，后窗附近的气压往往比前窗的气压要高。因此，空气往往从后窗进入汽车，从前窗排出。所有的窗户都是开着的，这种趋势在客舱的两侧创造了两个或多或少独立的气流。由于模拟中的居住者坐在舱内相对的两侧，很少有粒子最终会在两者之间转移。在这种情况下，驾驶员的风险略高于乘客，因为车内的平均气流是从后到前的，但与其他情况相比，两名乘客所经历的颗粒转移都要少得多。

对一些但不是所有windows关闭的场景的模拟产生了一些可能违反直觉的结果。例如，人们可能认为打开每个居住者旁边的窗户可能是减少暴露的最简单方法。模拟发现，虽然这种配置比完全没有窗户好，但与在每个居住者对面放下窗户相比，它有更高的暴露风险。

打开与乘客座位相对的窗户，会形成一种气流模式，减少微粒在司机和乘客之间的传播。

“当窗户对面住户是开放的,你会得到一个流进入后面的那辆车的司机,扫过乘客后面的小屋,然后出去风格的窗口前,“肯尼·布鲁尔说,布朗和工程教授研究的资深作者。“这种模式有助于减少司机和乘客之间的交叉污染。”

研究人员说，需要注意的是，气流调节并不能代替车内乘客戴口罩。而且这些发现仅限于暴露在可能含有病原体的悬浮微粒中。这项研究没有模拟更大的呼吸道飞沫或实际被病毒感染的风险。

尽管如此，研究人员说，这项研究为汽车乘客车厢内的空气循环模式提供了有价值的新见解——这在以前很少受到关注。

“这是我们所知道的第一个真正观察汽车内部小气候的研究，”布劳伊尔说。“有一些研究调查了有多少外部污染进入了汽车，或者香烟烟雾在汽车里停留了多长时间。但这是第一次有人仔细研究气流模式。”

这项研究是由在布朗大学成立的COVID-19研究小组开展的，该小组旨在收集该校各方面的专业知识，以应对疫情的各个方面。病理学和检验医学副教授、《气流研究》的合著者杰弗里·贝利(Jeffrey Bailey)领导着该小组。贝利对研究进展如此之快印象深刻，马泰伊建议在布朗大学的实验室研究因疫情暂停时使用计算机模拟。

贝利说:“这确实是一个很好的例子，说明不同学科如何能够迅速汇集在一起，并产生有价值的发现。”我和Kenny简单地讨论了这个想法，在三四天内，他的团队已经开始做一些初步的测试了。这是在布朗这样的地方工作的一大好处，这里的人们都渴望跨领域的合作和工作。”