时间：2025-06-26 点击量：
“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室建造环境（BERL）课题组张稼昕博士在中科院一区Top期刊《Building Simulation》（影响因子IF：6.1）上发表了利用节能、热舒适更好的主动式冷梁诱导空气净化去除病房中病原微生物气溶胶的靶向控制新方法。
双通道主动式冷梁诱导空气净化靶向去除病房病毒效果及机理分析
The targeted removal effect and mechanism analysis of two-way active chilled beam induced purification on virus in wards
Jiaxin Zhang (张稼昕), Junjie Liu (刘俊杰), Jinyu Liu (刘进宇), Longhui Xu (徐龙辉), Shihao Wen (文诗豪), Sumei Liu (刘素梅 通讯作者)
· 为医院病房设计了一款兼顾高效排污和节能降耗的靶向通风系统——改进型主动式冷梁（ACB）系统。
· 改进型ACB系统可提升靶向排污性能41.9%~62.5%，可实现节能5.7%~33.3%。
· 提出了一种靶向通风定性快速识别方法。
· 基于碰撞射流理论分析获得了ACB系统的最佳通风量。
在COVID-19大流行期间，医院病房是救治患者最重要的医疗基础设施。医院病房已有全空气循环或风机盘管+新风系统因能耗高、污染物去除效果差而饱受诟病。本研究介绍了一款适用于病房的靶向通风系统——改进型主动式冷梁（ACB）系统。该系统将静电过滤模块与ACB集成在一起，利用ACB的送风射流和诱导卷吸回风在病房内营造定向流动，实现生物气溶胶的靶向高效净化去除同时节能、提升热舒适性。首先，采用经验证的CFD模型模拟ACB营造的气流组织和患者呼出的生物气溶胶的运动轨迹。采用粒子图像测速（PIV）技术对冷梁营造的自下而上的循环定向流动进行拍摄。同时采用靶向（TARGETING）指标对ACB的排污性能进行评估。针对TARGETING指标计算繁琐的问题，本研究提出了一种靶向通风定性快速识别方法。最后，基于碰撞射流理论优化了ACB系统在多人病房中的净化效果。与传统系统相比，改进型ACB系统的靶向排污性能提高了41.9%~62.5%，并实现节能5.7%~33.3%。在多人病房中，ACB系统可降低80.5%~91.0%的交叉感染风险。
运行原理：ACB实物图及运行原理如图1所示。新鲜洁净空气作为一次风送入ACB的静压箱，经喷嘴形成高速射流进入ACB的混合室，该射流会卷吸ACB混合室内的空气导致混合室内形成负压，从而使得混合室与房间内形成压差。受压差驱动会诱导房间内的空气进入混合室，先经过低阻力高效（过滤效率≥99.9%）双极静电模块用于灭活生物气溶胶，再途经位于ACB底部的换热盘管对房间内的空气进行冷却或加热，最后诱导风与一次风混合后被送入室内。
图1 (a) ACB实物图，(b) ACB的运行原理图
气流分布：观察Z=1.4 m截面，气流由ACB喷口射出后延屋面贴附流动，与两侧壁面碰撞后向下流动受湍流耗散的影响速度逐渐降低。最终受患者热羽流夹带的影响及ACB诱导的影响在房间中部形成自下而上的定向流。观察X=1.5 m截面，流经患者呼吸区的气流定向流入ACB实现净化。
图2 主动式冷梁在病房内营造的流场
PIV技术对ACB营造的定向流进行呈现验证：在舱内形成自下而上的定向流。
图3 验证及可视化ACB在舱内营造的定向流
粒子轨迹：图4展示了病房内生物气溶胶在不同通风系统下的运动轨迹，可以看出在使用ACB系统时，生物气溶胶定向运动至ACB底部完成净化，而采用上送顶回及上送底回系统时，生物气溶胶在室内运动轨迹杂乱无章，去除效果极差。为定量描述通风系统对污染物的定向去除性能，我们的已往研究提出TARGETING评价指标，其计算公式如式(1)所示。TARGETING指标定义为污染物实际去除距离与污染物理想去除距离的比值。TARGETING越接近于1说明通风系统的靶向排污性能越好，TARGETING越高说明通风系统的靶向排污性能越差。
图4 (a) ACB系统生物气溶胶的运动轨迹，(b) 上送顶回系统气溶胶的运动轨迹，(c) 上送底回系统气溶胶的运动轨迹
定量评估：采用上述指标对不同通风系统靶向排污性能进行定量评估，如图5所示。与上送顶回及上送底回系统相比，ACB系统靶向排污性能提升41.9%-62.5%。
图5 不同通风系统靶向排污性能的定量评估
靶向通风快速识别方法：
1. 计算流场，2. 截取连接源与排风口处截面，3. 绘制流线，4. 计算散度。
图6 气溶胶时空分布及流场散度分析
理论优化：基于碰撞射流理论优化ACB一次风风量，优化后可进一步降低多人病房交叉感染风险9.0%-10.8%。
表1 优化后ACB系统的通风效果分析
本研究介绍了一款为医院病房设计的靶向通风系统——改进型ACB系统，其可有效降低室内污染物浓度提高能效。本研究计算了通风系统的靶向排污性能以及医院病房环境中的气溶胶时空分布。在本研究范围内，可以得出以下结论：
1. 在单人病房中使用ACB系统可以在房间内营造定向流动，实现气溶胶的靶向去除。与传统上送顶回和上送底回系统相比，ACB系统可将靶向排污性能提升41.9%~62.5%，气溶胶去除量提高1.7~20.1倍。
2. 通过绘制流线和计算散度可快速识别靶向通风系统，节约计算粒子轨迹所需的时间。
3. 在多人病房中，ACB系统优于传统的上送顶回和上送底回系统，交叉感染风险分别降低了80.5%和91.0%。经过优化后，交叉感染风险可进一步降低9.0%-10.8%。最后，ACB系统可实现5.7%-33.3%的节能。
本文引用格式: Zhang, J., Liu, J., Liu, J. et al. The targeted removal effect and mechanism analysis of two-way active chilled beam induced purification on virus in wards. Build. Simul. (2025). https://doi.org/10.1007/s12273-025-1294-y.
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稿件编辑：张稼昕
稿件审核：刘俊杰、田媛
