CN113883632A - 一种护理消毒用通风系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种护理消毒用通风系统，空气经通风入口处的压缩机进入主管道，主管道的上游依次设置过滤器、射流雾化器和缓冲室，主管道的下游依次设置加湿器、离子发生器、空气离子计、冲击器、真空泵、空气离子计、风速计，空气经送风格栅排入病房；缓冲室内设置加热器、控制器、离心风机；根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行分层通风，可大大降低医院病房医护人员的暴露风险。

Description

一种护理消毒用通风系统
技术领域
本发明涉及护理领域，更具体地说，涉及一种护理消毒用通风系统。
背景技术
空气传播病原体是医院病房感染传播中的首要感染源。为保护医护人员免受呼吸道感染，应降低病房内污染物浓度，降低医护人员的接触风险。病房通风的主要任务是稀释呼吸区的污染空气，并为医护人员提供清洁空气。一方面，换气率应足够高，以稀释污染物。另一方面，医院病房的气流组织应该设计得很好，因为气流组织对污染物的分布有很大的影响。近年来，人们对医院病房常规通风系统中污染物的扩散进行了研究，发现携带病原体的气溶胶不仅存在于病人的下游，而且也存在于上游地区，这表明医护人员即使在上游工作，仍然面临着巨大的暴露风险。现有的如混合通风、置换通风等通风方式，无法有效稀释污染物和降低医护人员的暴露风险。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的一种护理消毒用通风系统，根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行分层通风，可大大降低医院病房医护人员的暴露风险。
本发明提出的一种护理消毒用通风系统，包括：通风入口、压缩机、过滤器、射流雾化器、缓冲室、加热器、控制器、离心风机、加湿器、离子发生器、空气离子计、冲击器、真空泵、空气离子计、风速计、通风出口、主管道、送风格栅、排气百叶窗；
空气经通风入口处的压缩机进入主管道，主管道的上游依次设置过滤器、射流雾化器和缓冲室，主管道的下游依次设置加湿器、离子发生器、空气离子计、冲击器、真空泵、空气离子计、风速计，空气经送风格栅排入病房；缓冲室内设置加热器、控制器、离心风机；
其中，流经管道系统的空气由两个过滤器过滤，其中一个过滤器安装在管道系统的通风入口端，以预处理进入的空气，另一个过滤器安装在排气百叶窗端，在将空气排之前过滤任何残留的空气病原体；
控制器通过改变离心风机的转速来改变主管道的风速；
用射流雾化器对空气进行雾化，雾化后的空气通过距离心风机叶轮进口侧的管道输送；
离子发生器包括一个正离子发生器和一个负离子发生器，每个电离器都有一个离子发射头和一个装在缓冲室的电源组，负离子发生器的离子发射头由一条软导线组成，正离子发生器的离子发射头为刷型；通过将离子发射头插入主管道底部位置“A”处以安装每个电离器。
单级冲击器被放置在下游位置“B”处，以采集空气中的微生物浓度，冲击器连接至真空泵。
采用极性可调的空气离子计测量离子浓度，并设置温度/湿度计测量主管道空气的温度和相对湿度，将空气离子计插入主管道的底部，与位置“C”处的气流方向相反。
便携式热风速计组成的多功能室内空气质量计测量管道中的空气速度，测量探针通过主管道的开口插入，并在垂直于流动方向的中心平面处进行调整。
本发明的一种护理消毒用通风系统的控制参数优化方法，包括如下步骤：
S1、建立病房模型：
所述病房模型为包括两个病人和一个医护人员的两床病房模式，四个送风格栅安装在床头板对面的墙上，中心高度高出地板1.5m；排气百叶窗位于床头附近墙上地面以上0.15m处；
S2、选定效果评估指标：
污染物去除效率用于评估系统在去除呼吸区污染物方面的性能，如果污染物去除效率为零，则表示污染物在室内循环而未被排出；如果污染物去除效率等于1，则污染物与气流完全混合并排出；如果污染物去除效率为无穷大，则污染源就在排气口处，污染物瞬间离开该区域。污染物去除效率表示为：
Figure BDA0003224109690000021
Ce、Cs和
Figure BDA0003224109690000022
分别是排气、供气处的污染物浓度和呼吸区的平均污染物浓度。
相对污染物浓度用于表示一个体积内污染物浓度与源浓度的比值，计算公式如下：
Figure BDA0003224109690000031
Cex是呼出气流中的污染物浓度。
通风率用于评估局部热不适，指感觉到干燥的人员的百分比，计算公式如下：
DR＝(34-ta)(v-0.05)0.62(0.37×v×Tu+3.14) (3)
式中，ta是空气温度；v是气流速度；Tu是湍流强度。
S3、设定边界条件：
S31、确定污染源：
使用二氧化碳作为示踪气体来呈现病人呼出的液滴核。
S32、边界条件设置：
污染源的位置、排放速率和方向会影响污染物的空间分布。考虑病人躺在床上或坐在床上、呼吸或咳嗽时，污染物在不同情况下的扩散情况。在第一种情况中，两个病人都躺在床上。在在第二种情况中中，P1病人坐着，P2病人躺在床上。
对比不同气流分布下污染物浓度分布和去除效果，进行稳态模拟，比较两种情况下病人呼气中污染物的扩散情况。比较不同气流组织对污染物的稀释性能，进行瞬态模拟，对于瞬态模拟，考虑单次咳嗽对暴露的影响。对于分层通风，送风速度垂直于壁面，送风温度设置为24℃。
S33、效果评价计算
采用雷诺平均纳维-斯托克斯湍流模型求解气流，RNG k-ε模型被用作湍流模型。对于近壁处理，采用标准壁函数。采用离散纵坐标辐射模型，模拟了居住者表面、灯光和其他室内表面之间的辐射换热。
质量、动量、能量、k和ε的守恒方程的一般形式为：
Figure BDA0003224109690000032
式中ρ为流体密度；
Figure BDA0003224109690000033
表示变量；t为流动时间；
Figure BDA0003224109690000034
为速度矢量；
Figure BDA0003224109690000035
表示每个变量的有效扩散系数；
Figure BDA0003224109690000036
为源项。
采用转移模型解决CO2的扩散问题，如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000041
式中，Yi是CO2的局部质量分数；
Figure BDA0003224109690000042
是CO2的扩散通量；Ri是净生产率，为0；Si是源速率。
其中将离子发生器的电位差、电场和负离子作为标量处理，如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000043
Figure BDA0003224109690000044
Figure BDA0003224109690000045
式(6)中给出的电势和式(6)中给出的电场分别由泊松方程和高斯方程控制。Φ是等离子体单位的电势，单位为V，e是基本电荷，1.6×10-19C，ε0为自由空间的介电常数，8.854×10-12C2/Nm2，E为电场，单位为V/m，n为负离子浓度，单位为i/m3，u为通风管道内的空气流速，单位为m/s，μp为离子迁移率，1.35×10-4m2/Vs，Dp为离子扩散系数，3.5×10m2/s。在纳维-斯托克斯方程收敛之后，式(8)表示的负离子方程被求解。
带电粒子产生的电力将通过在动量上添加源项来影响气流，如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000046
其中ρ是空气密度，单位为kg/m3，μ是动态粘度，单位为N·s/m2，P是压力，单位为Pa。
细菌浓度的连续性方程如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000047
Si＝Sd+Sion (11)
式中，Ci是i组中特定粒径的颗粒浓度，单位为CFU/m3，vs,i是颗粒沉降速度，单位为m/s，εp是颗粒涡流扩散率，单位为m2/s；对于小颗粒，假设εp/vt＝1，其中vt是湍流流体粘度。Di是布朗扩散系数，单位是m2/s。Si是源项，它包括两部分：在墙壁上的沉积的细菌Sd和被负离子消毒的细菌Sion。
Figure BDA0003224109690000051
Figure BDA0003224109690000052
式(12)中的求和项是靠近墙的直接层的所有面之和。vd是沉积速度，单位为m/s。Aw是细胞表面的法向量面积，单位为m2，Vcell是细胞体积，单位为m3。
式(13)用于描述由于存在离子而被消毒的细菌。C0是空气中细菌的初始浓度，等于上游浓度，单位为CFU/m3，Z是微生物对负离子的敏感性常数，单位为CFU/ions，Nion是到达单个细菌的负离子数，单位为ion/CFU。
常数Z通过暴露于通风室内负离子的空气微生物的存活率来确定，如式(14)所示：
ln(Con/Coff)＝-Z·Nion (14)
其中Coff是空气中微生物的初始浓度，Con是暴露于负离子后空气中微生物的平均浓度。通过调节离子强度实验确定Z，拟合线的斜率为Z。
S34、最优参数设置：
根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行通风。
本发明提供的一种护理消毒用通风系统，根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行分层通风，地面以上1.3～1.7m的呼吸区污染物浓度较低，污染物去除效果相对较高，气流模式将医护人员定位在污染源上游，在分层通风条件下，咳嗽污染物被迅速稀释，高浓度点大大减少，可大大降低医院病房医护人员的暴露风险。
附图说明
图1是本发明的一种护理消毒用通风系统应用于病房的示意图。
图2是本发明的一种护理消毒用通风系统的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提出的一种护理消毒用通风系统，包括：通风入口1、压缩机2、过滤器3、雾化器4、缓冲室5、加热器6、控制器7、离心风机8、加湿器9、离子发生器10、空气离子计11、冲击器12、真空泵13、空气离子计14、风速计15、通风出口16、主管道17、送风格栅18、排气百叶窗19；
空气经通风入口1处的压缩机2进入主管道17，主管道17的上游依次设置过滤器3、射流雾化器4和缓冲室5，主管道17的下游依次设置加湿器9、离子发生器10、空气离子计11、冲击器12、真空泵13、空气离子计14、风速计15，空气经送风格栅18排入病房；缓冲室5内设置加热器6、控制器7、离心风机8；
其中，流经管道系统的空气由两个过滤器过滤，其中一个过滤器3安装在管道系统的通风入口1端，以预处理进入的空气，另一个过滤器安装在排气百叶窗19端，在将空气排之前过滤任何残留的空气病原体；
控制器7通过改变离心风机8的转速来改变主管道17的风速；
用射流雾化器4对空气进行雾化，雾化后的空气通过距离心风机8叶轮进口侧的管道输送，而不是直接输送到缓冲室内，以减少缓冲室内可能的雾化损失并提高输送效率。由于强大的气流吸引，可快速到达下游的离子发生器10。
离子发生器10包括一个正离子发生器和一个负离子发生器，每个电离器都有一个离子发射头和一个装在缓冲室5的电源组。负离子发生器的离子发射头由一条软导线组成，而正离子发生器的离子发射头为刷型。通过将离子发射头插入主管道17底部位置“A”处以安装每个电离器。
一个单级冲击器12被放置在下游位置“B”处，以采集空气中的微生物浓度，冲击器连接至真空泵13。
采用极性可调的空气离子计14测量离子浓度，并设置温度/湿度计测量主管道17空气的温度和相对湿度。将空气离子计14插入主管道17的底部，并与位置“C”处的气流方向相反。为了测量管道中的空气速度，使用由便携式热风速计组成的多功能室内空气质量计11。测量探针通过主管道17的开口插入，并在垂直于流动方向的中心平面处进行调整。
优选的，过滤器为高效粒子过滤器。
一种护理消毒用通风系统的控制参数优化方法，包括如下步骤：
S1、建立病房模型：
所述病房模型为包括两个病人和一个医护人员的两床病房模式，热源是两个病人P1和P2、一个医护人员N和三个吊灯。医护人员面对的是1号病人，四个送风格栅18安装在床头板对面的墙上，中心高度高出地板1.5m，约为医护人员房间的鼻子的高度。排气百叶窗19位于床头附近墙上地面以上0.15m处。送风格栅和扩散器以及排气百叶窗的尺寸为0.2m×0.2m。
S2、选定效果评估指标：
污染物去除效率用于评估系统在去除呼吸区污染物方面的性能。污染物去除效率取决于气流模式、污染源的性质和位置。污染物去除效率越小，污染物去除性能越差。如果污染物去除效率为零，则表示污染物在室内循环而未被排出；如果污染物去除效率等于1，则污染物与气流完全混合并排出；如果污染物去除效率为无穷大，则污染源就在排气口处，污染物瞬间离开该区域。污染物去除效率表示为：
Figure BDA0003224109690000071
Ce、Cs和
Figure BDA0003224109690000072
分别是排气、供气处的污染物浓度和呼吸区的平均污染物浓度。其中呼吸区为地面以上1.3–1.7m的区域。
相对污染物浓度用于表示一个体积内污染物浓度与源浓度的比值，计算公式如下：
Figure BDA0003224109690000073
Cex是呼出气流中的污染物浓度。
通风率用于评估局部热不适。通风率是指感觉到干燥的人员的百分比，不应超过20％。
DR＝(34-ta)(v-0.05)0.62(0.37×v×Tu+3.14) (3)
式中，ta是空气温度；v是气流速度；Tu是湍流强度。
S3、设定边界条件：
S31、确定污染源：
直径在0.5到10μm之间的较小粒子可以在空气中停留很长时间，它们的传输模式类似于气体。液滴核的直径在0.25到42μm之间，其中97％分布在0.5到2μm之间。尽管携带病原体的液滴核是小颗粒，但示踪气体预测的污染物分布轮廓与小颗粒预测的相似。使用二氧化碳作为示踪气体来呈现病人呼出的液滴核。
S32、边界条件设置：
污染源的位置、排放速率和方向会影响污染物的空间分布。考虑病人躺在床上或坐在床上、呼吸或咳嗽时，污染物在不同情况下的扩散情况。在第一种情况中，两个病人都躺在床上。在在第二种情况中中，P1病人坐着，P2病人躺在床上。
对比不同气流分布下污染物浓度分布和去除效果，进行了稳态模拟，比较两种情况下病人呼气中污染物的扩散情况。为了比较不同气流组织对污染物的稀释性能，进行了瞬态模拟。以稳态下的气流场作为病人P1咳嗽前的初始条件，咳嗽持续1s，比较病人P1咳嗽后不同时刻的示踪气体浓度。
病人呼吸或咳嗽产生的二氧化碳浓度为40000ppm。呼吸流速为0.89m/s，咳嗽流速为20m/s。嘴的大小为0.02×0.02m2。对于稳定状态，当两名病人P1和P2呼吸时，来自空气供应的二氧化碳浓度为400ppm。呼出气流中各种污染物的具体浓度未知。用CO2浓度作为评价不同气流分布下呼出污染物相对浓度的指标。根据实际情况选择CO2浓度。对于瞬态模拟，考虑单次咳嗽对暴露的影响。当病人P1咳嗽时，咳嗽气流是唯一的二氧化碳来源。咳嗽过后，病人继续呼吸P1，病人P2一直在呼吸。送风量为12次/小时，无回风。对于分层通风，送风速度垂直于壁面。由于分层通风的热中性温度较高，送风温度设置的较高，为24℃。
S33、效果评价计算
采用雷诺平均纳维-斯托克斯湍流模型求解气流。RNG k-ε模型被用作湍流模型，因为它在室内通风中表现良好。对于近壁处理，采用标准壁函数。采用离散纵坐标辐射模型，模拟了居住者表面、灯光和其他室内表面之间的辐射换热。
质量、动量、能量、k和ε的守恒方程的一般形式为：
Figure BDA0003224109690000091
式中ρ为流体密度；
Figure BDA0003224109690000092
表示变量；t为流动时间；
Figure BDA0003224109690000093
为速度矢量；
Figure BDA0003224109690000094
表示每个变量的有效扩散系数；
Figure BDA0003224109690000095
为源项。
为了解决CO2的扩散问题，采用了转移模型，如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000096
式中，Yi是CO2的局部质量分数；
Figure BDA0003224109690000097
是CO2的扩散通量；Ri是净生产率，为0；Si是源速率。
其中将离子发生器的电位差、电场和负离子作为标量处理，如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000098
Figure BDA0003224109690000099
Figure BDA00032241096900000910
式(6)中给出的电势和式(6)中给出的电场分别由泊松方程和高斯方程控制。Φ是等离子体单位的电势，单位为V，e是基本电荷，1.6×10-19C，ε0为自由空间的介电常数，8.854×10-12C2/Nm2，E为电场，单位为V/m，n为负离子浓度，单位为i/m3，u为通风管道内的空气流速，单位为m/s，μp为离子迁移率，1.35×10-4m2/Vs，Dp为离子扩散系数，3.5×10m2/s。在纳维-斯托克斯方程收敛之后，式(8)表示的负离子方程被求解。
带电粒子产生的电力将通过在动量上添加源项来影响气流，如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000101
其中ρ是空气密度，单位为kg/m3，μ是动态粘度，单位为N·s/m2，P是压力，单位为Pa。
细菌浓度的连续性方程如下公式所示：
Figure BDA0003224109690000102
Si＝Sd+Sion (11)
式中，Ci是i组中特定粒径的颗粒浓度，单位为CFU/m3，vs,i是颗粒沉降速度，单位为m/s，εp是颗粒涡流扩散率，单位为m2/s；对于小颗粒，假设εp/vt＝1，其中vt是湍流流体粘度。Di是布朗扩散系数，单位是m2/s。Si是源项，它包括两部分：在墙壁上的沉积的细菌Sd和被负离子消毒的细菌Sion。
Figure BDA0003224109690000103
Figure BDA0003224109690000104
式(12)中的求和项是靠近墙的直接层的所有面之和。vd是沉积速度，单位为m/s。Aw是细胞表面的法向量面积，单位为m2，Vcell是细胞体积，单位为m3。
式(13)用于描述由于存在离子而被消毒的细菌。C0是空气中细菌的初始浓度，等于上游浓度，单位为CFU/m3，Z是微生物对负离子的敏感性常数，单位为CFU/ions，Nion是到达单个细菌的负离子数，单位为ion/CFU。
常数Z通过暴露于通风室内负离子的空气微生物的存活率来确定，如式(14)所示：
ln(Con/Coff)＝-Z·Nion (14)
其中Coff是空气中微生物的初始浓度，Con是暴露于负离子后空气中微生物的平均浓度。通过调节离子强度实验确定Z，拟合线的斜率为Z。
S34、最优参数设置：
根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行通风。
其中稳态模拟时，两名病人呼吸时的污染物分布为：分层通风较冷的送风直接送至呼吸区，由于浮力作用逐渐向下流动。当气流进入占领区时，其速度衰减到0.6m/s。呼吸区气流速度高于病房上下两区。呼吸区的温度低于病房上下两区的温度，形成夹层气流场和温度场。尽管分层通风条件下，病房内人员占用区域内的气流速度较高，但送风温度升高可补偿气流感觉。在病房内人员附近气流速度降低到0.4m/s以下，通风率小于13.9％。
其中瞬态模拟时：病人P1咳嗽后呼吸区的平均相对污染物浓度。污染物浓度随时间而降低。咳嗽3分钟后，病例间的浓度差异缩小。由于新鲜空气直接供应到呼吸区，分层通风去除了医护人员附近的污染物。咳嗽后的第一分钟，病人P1的邻近区域和排气百叶窗被污染。污染物也会扩散到病房的另一边。3分钟后，病房右侧的污染物浓度较高。5分钟后，浓度分布较低且较均匀。在分层通风下下，新鲜空气直接供给呼吸区，因此污染物去除效率高。当病人P1躺着时，咳嗽气流侵入医护人员的呼吸区。当病人P1坐着时，污染源更靠近呼吸区。因此，污染物在第一分钟的分布更高。然而，医护人员呼吸区的污染物浓度较低有两个原因：沿着水平气流流线向上游流动；以及咳嗽的污染物被迅速稀释，因为供给的空气会立即持续地稀释呼吸区。这两种机制的协同作用大大降低了医护人员的暴露风险。在中压条件下，污染物与室内空气混合良好，气流速度较高。因此，在某些情况下，污染物的去除效率可以很高。然而，占领区内的空气流速很低，而且没有明确的方向。新鲜空气和旧空气的混合导致污染物在呼吸区扩散。
本发明提供的一种护理消毒用通风系统，根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行分层通风，地面以上1.3～1.7m的呼吸区污染物浓度较低，污染物去除效果相对较高，气流模式将医护人员定位在污染源上游，在分层通风条件下，咳嗽污染物被迅速稀释，高浓度点大大减少，可大大降低医院病房医护人员的暴露风险。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种护理消毒用通风系统，其特征在于，包括：通风入口、压缩机、过滤器、射流雾化器、缓冲室、加热器、控制器、离心风机、加湿器、离子发生器、空气离子计、冲击器、真空泵、空气离子计、风速计、通风出口、主管道、送风格栅、排气百叶窗；
空气经通风入口处的压缩机进入主管道，主管道的上游依次设置过滤器3、射流雾化器和缓冲室，主管道的下游依次设置加湿器、离子发生器、空气离子计、冲击器、真空泵、空气离子计、风速计，空气经送风格栅排入病房；缓冲室内设置加热器、控制器、离心风机；
其中，流经管道系统的空气由两个过滤器过滤，其中一个过滤器安装在管道系统的通风入口端，以预处理进入的空气，另一个过滤器安装在排气百叶窗端，在将空气排之前过滤任何残留的空气病原体；
控制器通过改变离心风机的转速来改变主管道的风速；
用射流雾化器对空气进行雾化，雾化后的空气通过距离心风机叶轮进口侧的管道输送；
离子发生器包括一个正离子发生器和一个负离子发生器，每个电离器都有一个离子发射头和一个装在缓冲室的电源组，负离子发生器的离子发射头由一条软导线组成，正离子发生器的离子发射头为刷型；通过将离子发射头插入主管道底部位置“A”处以安装每个电离器；
单级冲击器被放置在下游位置“B”处，以采集空气中的微生物浓度，冲击器连接至真空泵；
采用极性可调的空气离子计测量离子浓度，并设置温度/湿度计测量主管道空气的温度和相对湿度，将空气离子计插入主管道的底部，与位置“C”处的气流方向相反；
便携式热风速计组成的多功能室内空气质量计测量管道中的空气速度，测量探针通过主管道的开口插入，并在垂直于流动方向的中心平面处进行调整。
2.根据权利要求1-2所述的一种护理消毒用通风系统，其特征在于，过滤器为高效粒子过滤器。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的一种护理消毒用通风系统的控制参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立病房模型：
所述病房模型为包括两个病人和一个医护人员的两床病房模式，四个送风格栅安装在床头板对面的墙上，中心高度高出地板1.5m；排气百叶窗位于床头附近墙上地面以上0.15m处；
S2、选定效果评估指标：
污染物去除效率用于评估系统在去除呼吸区污染物方面的性能，如果污染物去除效率为零，则表示污染物在室内循环而未被排出；如果污染物去除效率等于1，则污染物与气流完全混合并排出；如果污染物去除效率为无穷大，则污染源就在排气口处，污染物瞬间离开该区域；污染物去除效率表示为：
Figure FDA0003224109680000021
Ce、Cs和
Figure FDA0003224109680000022
分别是排气、供气处的污染物浓度和呼吸区的平均污染物浓度；
相对污染物浓度用于表示一个体积内污染物浓度与源浓度的比值，计算公式如下：
Figure FDA0003224109680000023
Cex是呼出气流中的污染物浓度；
通风率用于评估局部热不适，指感觉到干燥的人员的百分比，计算公式如下：
DR＝(34-ta)(v-0.05)0.62(0.37×v×Tu+3.14) (3)
式中，ta是空气温度；v是气流速度；Tu是湍流强度；
S3、设定边界条件：
S31、确定污染源：
使用二氧化碳作为示踪气体来呈现病人呼出的液滴核；
S32、边界条件设置：
污染源的位置、排放速率和方向会影响污染物的空间分布；考虑病人躺在床上或坐在床上、呼吸或咳嗽时，污染物在不同情况下的扩散情况；在第一种情况中，两个病人都躺在床上；在在第二种情况中中，P1病人坐着，P2病人躺在床上；
对比不同气流分布下污染物浓度分布和去除效果，进行稳态模拟，比较两种情况下病人呼气中污染物的扩散情况；比较不同气流组织对污染物的稀释性能，进行瞬态模拟，对于瞬态模拟，考虑单次咳嗽对暴露的影响；对于分层通风，送风速度垂直于壁面，送风温度设置为24℃；
S33、效果评价计算
采用雷诺平均纳维-斯托克斯湍流模型求解气流，RNG k-ε模型被用作湍流模型；对于近壁处理，采用标准壁函数；采用离散纵坐标辐射模型，模拟了居住者表面、灯光和其他室内表面之间的辐射换热；
质量、动量、能量、k和ε的守恒方程的一般形式为：
Figure FDA0003224109680000031
式中ρ为流体密度；
Figure FDA00032241096800000310
表示变量；t为流动时间；
Figure FDA0003224109680000032
为速度矢量；
Figure FDA0003224109680000033
表示每个变量的有效扩散系数；
Figure FDA0003224109680000034
为源项；
采用转移模型解决CO2的扩散问题，如下公式所示：
Figure FDA0003224109680000035
式中，Yi是CO2的局部质量分数；
Figure FDA0003224109680000036
是CO2的扩散通量；Ri是净生产率，为0；Si是源速率；
其中将离子发生器的电位差、电场和负离子作为标量处理，如下公式所示：
Figure FDA0003224109680000037
Figure FDA0003224109680000038
Figure FDA0003224109680000039
式(6)中给出的电势和式(6)中给出的电场分别由泊松方程和高斯方程控制；Φ是等离子体单位的电势，单位为V，e是基本电荷，1.6×10-19C，ε0为自由空间的介电常数，8.854×10-12C2/Nm2，E为电场，单位为V/m，n为负离子浓度，单位为i/m3，u为通风管道内的空气流速，单位为m/s，μp为离子迁移率，1.35×10-4m2/Vs，Dp为离子扩散系数，3.5×10m2/s；在纳维-斯托克斯方程收敛之后，式(8)表示的负离子方程被求解；
带电粒子产生的电力将通过在动量上添加源项来影响气流，如下公式所示：
Figure FDA0003224109680000041
其中ρ是空气密度，单位为kg/m3，μ是动态粘度，单位为N·s/m2，P是压力，单位为Pa；
细菌浓度的连续性方程如下公式所示：
Figure FDA0003224109680000042
Si＝Sd+Sion (11)
式中，Ci是i组中特定粒径的颗粒浓度，单位为CFU/m3，vs,i是颗粒沉降速度，单位为m/s，εp是颗粒涡流扩散率，单位为m2/s；对于小颗粒，假设εp/vt＝1，其中vt是湍流流体粘度；Di是布朗扩散系数，单位是m2/s；Si是源项，它包括两部分：在墙壁上的沉积的细菌Sd和被负离子消毒的细菌Sion；
Figure FDA0003224109680000043
Figure FDA0003224109680000044
式(12)中的求和项是靠近墙的直接层的所有面之和；vd是沉积速度，单位为m/s；Aw是细胞表面的法向量面积，单位为m2，Vcell是细胞体积，单位为m3；
式(13)用于描述由于存在离子而被消毒的细菌；C0是空气中细菌的初始浓度，等于上游浓度，单位为CFU/m3，Z是微生物对负离子的敏感性常数，单位为CFU/ions，Nion是到达单个细菌的负离子数，单位为ion/CFU；
常数Z通过暴露于通风室内负离子的空气微生物的存活率来确定，如式(14)所示：
ln(Con/Coff)＝-Z·Nion (14)
其中Coff是空气中微生物的初始浓度，Con是暴露于负离子后空气中微生物的平均浓度；通过调节离子强度实验确定Z，拟合线的斜率为Z；
S34、最优参数设置：
根据稳态模拟和瞬态模拟的效果评估指标，获得最优的控制参数，控制器将最优的控制参数传送至各控制部件进行通风。
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