民航关键运输环节感染类病毒气溶胶传播机理及消毒关键技术研究

　　1、项目背景

　　在如今高流动性社会背景下，感染类病毒通过航空运输跨地域传播越来越迅速，非典SARS、新冠感染等重大新发突发传染性疾病不断考验着全球各国的卫生体系和航空运输体系。这些传染病在给人体健康与生命安全造成巨大威胁的同时，也会给社会经济发展造成难以估量的损失。作为国内外人员/货物快速流通的重要通道，民航公共卫生安全关系到国家安全，涉及广大旅客和民航从业人员的健康。客舱和机场区域是民航运输环节中的主要人员聚集场所，从业人员结构复杂、往来人员众多，且多为聚集密闭空间，极易发生交叉感染，导致疫情在不同地区间蔓延。

　　民航领域现有预防和消毒手段主要还是使用化学消毒剂进行预防性消毒、随时消毒和终末消毒三种，然而自SARS以来，除直接传播和接触传播外，病原体通过空气气溶胶的传播途径引起越来越多的重视，尤其在人员密集和交通枢纽场所。然而，民航在关键运输环节上(特别是机舱内部和航站楼)预防和控制病原体通过空气传播上机理研究不足，且缺乏针对性的消毒手段。

　　航科院(北京)科技发展有限公司、中国民航科学技术研究院、民用航空医学中心、北京华能达电力技术应用有限责任公司、宁夏华能达环保科技开发有限公司联合对民航运输环节感染类病毒空气传播机理及消毒关键技术开展研究，优化消毒技术，提升民航在疫情防控领域的能力。

　　2、研究内容

　　针对民航运输环节中的主要人员聚集场所--客舱和航站楼，开展气溶胶随空气及空调系统的传播规律、扩散过程等机理研究，并针对性开展用于集中空调系统的空气消毒技术研究，形成工程化应用产品及体系化航空器消毒技术方案。

　　3、研究方案

　　建立飞机客舱内空气流动、气载颗粒物流动和扩散的计算流体力学(CFD)模型，以及候机厅气溶胶污染物扩散的CFD模型，为消毒技术研究提供理论基础;仿真对比验证集中空调系统的消毒性能提升对候机厅内气溶胶污染物扩散的遏制作用，测试验证民用航空器空调系统中空气过滤器滤网对微生物扩散的遏制作用，为消毒产品研究提供技术基础，并建立航空器消毒技术方案;研发基于径流式、高电压的空气消毒净化系统，并验证其在不同通风控制状态(全新风或70%回风)、空气循环状态(单次通过或循环通过)等工况下的消毒效率，形成工程化应用产品，并指导集中空调系统的使用方式。

　　4、研究成果

　　1)针对飞机客舱内病毒飞沫传播，建立了飞机客舱内空气流动和气载颗粒物流动和扩散的计算流体力学(CFD)模型。模型同时考虑了飞沫在空气中的空气动力学、热力学耦合问题，伴随多尺度、多相流动、相变等特点，以及环境温度、湿度、压力、气-液相对速度等多耦合因素的影响。模型计算了在不同客舱送风模式、不同呼吸模式(飞沫初速度以及角度)、不同飞沫粒径情况下，飞沫在机舱内的传播范围、沉积规律。在 CFD分析的基础上，给出了消毒平面位置对消杀效果的影响，并给出了优化飞沫载带病毒传播控制的客舱送风方案及消毒方案。

　　2)通过航空器空调系统高效过滤器滤网表面微生物菌落鉴定和病毒传播遏制作用的研究，明确了客舱内病毒传播防控和消毒重点，并研究编制了涵盖民用航空器消毒对象、规程方法、消毒效果评价等全体系的航空器消毒技术手册。

　　3)CFD仿真验证了候机厅内气溶胶污染物通过集中空调系统的传播过程，对比验证了集中空调的消毒性能提升对病毒扩散的遏制作用。

　　4)形成了具有实时消毒、空气质量在线监测和自动清洁功能的径流式高电压双电场空气消毒净化系统，利用强电场效应、等离子体效应、径流式路径等消毒原理提升消毒净化效果，如图 1。经权威机构检验，突破了传统消毒设备对空气中微生物一次性消毒效率较低的瓶颈，对微生物单次通过净化效率为99.4%，新冠病毒经该消毒净化系统单次净化和循环净化杀灭率均为100%，对PM2.5单次通过净化效率为97.3%。并验证了安装该系统后混风(3新风:7回风)运行模式的净化和消毒效果明显优于全新风运行模式，从而可显著降低疫情防控状态下的空调系统能耗。该系统体积小、阻力小，与现有空调系统适配性高，实现了在现有空调机组上的简便安装，适用于机场等大型公共场所使用。

　　径流式高电压双电场空气消毒净化系统

　　5)针对机场航站楼空调通风系统清洁消毒难题，综合考虑安装操作方便、作业安全环保制造成本等因素，设计了一种适用于空气处理机组的自动清洗装置及清洗方法，保证了清洗过程的环保安全性，降低了空气处理机组的人工维护频次和感染风险。

　　委托某单位评价径流式高电压双电场空气消毒净化系统对新型冠状病毒的消毒杀灭效果，结果表明，不管是单次净化，开启净化系统后直接在出口处采样，或是循环净化，净化系统循环通风30分钟后采样，该系统对新冠病毒的净化效率都是100%，

　　5、实施效果

　　项目已授权实用新型专利3件，公开发表学术论文3篇。成果已在国内的机场、会议厅、礼堂等大型公共聚集场所得到示范应用。