第35期:建造环境中远紫外线消杀系统的优化设计
2024年9月21日上午,由中国环境科学学会室内环境与健康分会主办、中国环境科学学会室内环境与健康分会青年委员会承办、室内空气质量评价与控制北京市重点实验室和清华大学生态规划与绿色建筑教育部重点实验室协办的“菲兰建筑环境与健康系列学术论坛”第三十五期线上学术论坛成功举办。数百名师生通过腾讯会议和视频号直播的形式参加了本期学术论坛。
第三十五期学术论坛特邀香港中文大学机械与自动化工程学系副教授陈淳做线上学术报告,主题为《建造环境中远紫外线消杀系统的优化设计》。
陈老师首先介绍了研究背景。对于经空气传播的传染病,控制空气传播和对污染表面进行消毒是至关重要的,而222nm的远紫外线(far-UVC)相较于传统波长的紫外线,在具有相近杀菌效果的同时,还具有更高的安全,适用于人员存在的环境的病菌消杀。如何针对建筑环境设计高效安全的far-UVC系统成为亟待探索的问题。
基于此,陈老师进行了关于far-UVC系统的实验研究和模拟优化。对于空气中的生物气溶胶,设计了专门的实验舱。实验过程中对实验舱进行机械通风,放置假人并释放病菌,在不同时间段和空间点进行采样并培养得到空气中病菌浓度的时空分布,此外还对不同换气次数的工况条件、不同病菌类型进行了实验。
对于表面沉积的生物气溶胶,选取了具有不同孔隙程度、粗糙度、电荷状况、湿润状态等材料性质的多种表面,采用沉积加载法去模拟气溶胶的真实沉积过程,测量了不同far-UVC设计下病菌的衰亡情况。
经过实验证明了far-UVC可以对空气中和表面的病菌进行有效消杀,进一步采用模拟方法对far-UVC系统进行优化设计。基于view factor利用非结构化网格建立了辐照度模型,对整体辐照度分布进行预测;利用拉格朗日粒子追踪模型对颗粒物的消杀情况进行累积计算,并考虑了生物气溶胶的生存概率;从而得到了far-UVC系统对空气中和表面的病菌消杀情况,并且模拟结果与实验测量趋势一致。该方法被用于研究牙科诊室、办公室、地铁等场景中的病菌消杀情况。
为了提高设计效率,开发了基于马尔科夫链的快速计算模型,预测了不同安装位置下的消杀情况;此外还结合贝叶斯优化法,准确高效地计算出far-UVC安装位置的优化组合。
在交流讨论环节中,与会师生积极提问,围绕生物气溶胶样品的制备释放、定量检测以及雾化过程中存活率的测量,far-UVC的安全性能以及针对不同病菌场景的优化设计等问题,与陈老师进行了深入交流,进一步开拓了研究思路和学术视野,与会人员纷纷表示受益良多。
会议最后,举办方再次向本期学术论坛主讲人陈老师和其他与会人员表示诚挚感谢,精彩的学术报告、前沿的研究成果、深入的学术探讨共同促成了本期论坛的成功举办。本期“菲兰建筑环境与健康系列学术论坛”至此圆满落幕,诚挚期待下期论坛与诸位专家学者的线上相聚,同时热烈欢迎各高校师生的与会交流!
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