如何通过湿度控制降低病毒传染性和存活时间

2020/06/15 蒙特集团 浏览:80次

根据我们收集的研究资料(参见白皮书),湿度与各种病毒的传染性和存活时间之间存在着明显的联系。相关研究表明,在相对湿度(RH)处于40%-50%时,许多常见的有害病毒(如流感病毒和冠状病毒)的惰性化速度比相对湿度小于等于20%时要快得多。 研究有力证明了,冬季室外温度低和室内湿度低的地区为病毒传播提供了有利环境。在存在上述环境的地区,可通过室内环境控制限制有害病毒的传播。

研究分析

同行评议的文献综述中提到的以下脂质包膜病毒,其存活率与相对湿度和温度息息相关:

  • 流感病毒
  • 冠状病毒(包括严重的急性呼吸综合征相关冠状病毒)
  • 呼吸道合胞病毒
  • 副流感病毒
  • 麻疹、风疹
  • 水痘带状疱疹病毒

另一方面,非脂质包膜病毒倾向于在较高(通常为70%以上)的相对湿度下存活更长的时间。具体包括:

  • 呼吸道腺病毒
  • 鼻病毒
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温度与湿度的关系

本文档使用了下列定义作为参考:

  • 绝对湿度(AH)——每千克(干燥)空气中含有的水蒸气克数(克/千克)。
  • 相对湿度(RH) ——特定温度环境中空气中的实际水蒸气量与空气中能够包含的水蒸气最大量之间的比率(%)。相对湿度为100%表示空气已饱和,无法承载更多的水分。如果温度出现下降,会出现冷凝现象。

绝对湿度是在不同温度环境(例如室内和室外环境)之间转换相对湿度水平的有效计算手段。对于有室外通风措施的室内环境,在无其它的湿负荷时,如果室外相对湿度发生变化,会影响室内相对湿度水平。

下图所示为温度和湿度之间的关系。在这三种环境中,绝对湿度(6克水汽)和空气质量(1千克空气)都是恒定的。

随着温度的提升,空气体积会膨胀,其相对湿度和水蒸气分压力也会随之变化。计算室内湿度水平时,应考虑典型的室外相对湿度和绝对湿度水平。假设室外空气可进入空旷的室内空间,而且加热时无明显的湿负荷(例如空气渗漏、建筑材料渗透、明火燃烧或无人员散湿等),可确定不同温度下室内和室外湿度水平之间的直接关系。

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为了证明这一点,下表根据2020年3月12日至13日公布的伦敦的室外空气参数,显示了如上段所述的室内空间中可能出现的相对湿度水平。

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根据表1所示的室外条件,在室内温度为20℃时,室内相对湿度水平处于24%-31%。如果室内温度升至24℃,则室内相对湿度水平为19%-24%。

通过使用焓湿图,可轻松直观地显示特定绝对湿度水平下气温改变对相对湿度水平的影响。通过表1中3月12日09:00时的绝对湿度的测量值(4g/kg),4℃和20℃温度下的相对湿度水平之间的联系显而易见。

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湿度对流感病毒传播的影响

引起呼吸系统疾病的病毒通常通过病毒颗粒传播,这些颗粒倾向于通过咳嗽、打喷嚏、说话和呼吸散发(8)。这些活动产生了直径在几毫米到<1微米之间的悬浮微粒,大液滴颗粒(直径> 50微米几乎立即沉降在地面上),以及直径为10–50微米的颗粒(会在几分钟内沉降)。小颗粒(<10 μm),包括较大颗粒蒸发后形成的液滴核,可在空气中停留数小时,并且很容易被吸入呼吸道深处。吸入之后,随着时间的流逝,它们会沉降在呼吸道表面上(9)。除了颗粒大小以外,气流和气候也会影响这些颗粒在空气中停留的时间。

表1中列出的气候条件可以与图3和图4相互参照,以推断雾化流感颗粒的传染性和传播效率。

下方的图3显示了不同大小的雾化颗粒的流感传染性与相对湿度之间的关系。

根据表A中的数据,如果室内气温稳定于20℃,在相对湿度24至31%范围内,所有尺寸颗粒物的传染性超过70%。如果将相对湿度控制在45%至50%的范围内,相同气温环境中传染性迅速下降至20%以下。

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颗粒稳定性与传输效率之间的关系如图4所示,相对湿度的影响再次起主要作用,相对湿度为50%左右时,传播效率显著下降。根据表1中的数据,在20℃室内温度和24%至31%相对湿度范围环境中,传播效率介于80%至90%之间,增长较为明显。

其他研究(4)显示绝对湿度与流感的存活、传播和基本传染数(R0)之间有很强的联系。作为参考,R0表示在完全易感人群中普通感染者将产生的继发感染数量。下图说明了绝对湿度和基本传染数R0之间的关系。

同样,图5中显示的数据显示了绝对湿度与病毒传播之间的直接联系,即与低室外绝对湿度水平直接相关的室内相对湿度水平将导致相同程度的病毒传播。

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湿度在冠状病毒传播中的作用

冠状病毒具有脂质包膜,并受湿度变化的影响。但是,由于操作SARS-CoV和相关病毒的固有风险,需由经过专门培训的人员在生物安全级别3级(BSL-3)的实验室环境中进行研究。也就是说,这种病毒的研究面临很大挑战,关于病毒存活率与环境压力之间关系的数据有限。

使用替代冠状病毒有可能克服这些挑战,并可扩展表面冠状病毒存活相关的可用数据。一项研究使用了传播性胃肠炎病毒(TGEV)和小鼠肝炎病毒(MHV)来确定AT和相对湿度对冠状病毒在不锈钢上存活的影响的研究。

在4℃时,传染性病毒会持续长达28天,其失活程度在相对湿度为20%时最低。在所有湿度条件下,病毒的失活在20℃比在4℃时发生得更快;病毒持续5至28天,在低相对湿度条件下其失活发生得最慢。这两种病毒均在40℃时比20℃时失活速度更快。失活与相对湿度之间的关系并非一成不变,并且在低相对湿度(20%)和高相对湿度(80%)时比中度相对湿度(50%)时更易存活或更易受到保护。

如果我们再次使用表1中的环境数据(在20℃室内温度和24%至31%相对湿度范围环境),可再次强有力地证明,将室内相对湿度保持在约50%的水平,可降低此类冠状病毒在硬质表面上的存活时间。

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结论

控制室内相对湿度水平,可降低有害病毒的传播性和存活时间。通过可精确控制室内相对湿度环境的湿度控制方案,可实现上述控制。这种湿度控制方案适用于所有季节,尤其适用于室外温度和绝对湿度较低的典型“流感季”。

本文件中引用的研究表明,将室内相对湿度水平维持在40%到50%之间,可最大程度发挥对雾化和沉降的病毒颗粒的防护作用。”保持上述湿度范围,有助于实现更健康更安全的环境。

 

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