学校(和孩子们)需要呼吸新鲜空气
2213字
2020-10-16 21:19
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火星译客

三月的一天,孩子们在那里。第二天,一个人也没有了。然后,在8月的一个周六,一名男子拿着一箱干冰来到波士顿郊区的一所空无一人的公立学校,试图想办法让学生们回到自己的桌前。

自一月份以来,哈佛大学公共卫生学院的约瑟夫·艾伦教授就一直在对任何愿意倾听空气的人说,空气——每个人都呼吸但没人在意的东西——必须行动起来。在封锁之前,他实验室的白板上写满了关于SARS-CoV-2冠状病毒可能在室内传播的笔记。他被困在家里,写了大量专栏文章,与记者交谈,并审阅了一封致世界卫生组织(World Health Organization)的公告,要求该组织承认病毒可以通过空气中的微小颗粒传播。

随着滚滚的干冰,艾伦、他的团队和学校的维修人员进行了实验,测量了不同建筑的空气流动。如果艾伦对此有什么要说的话,今年秋天,在一些教室里,你可能会看到一个带褶皱的白色HEPA过滤器的电扇。在墙壁上,通风系统也可以安装过滤器。只要天气允许,学校就会打开窗户,在田野上搭起婚礼帐篷,学校管理人员正专注于一项看似既简单又艰巨的任务:移动空气。过滤器。稀释它。

虽然保持物理距离和戴口罩有助于减少通过大飞沫传播,但在空气传播方面,通风和过滤也将是使室内空间更安全的关键,因为它可以降低悬浮在空气中的病毒浓度。

艾伦在进入学术界之前是一名安全建筑顾问,他一直在帮助学校、大学和日托中心制定重新开放的计划。“我经常听到这样的评论,‘哦!你是我们听到的第一个谈论通风的人!”艾伦说。“这是非常有关。”

这种流行病凸显了一个问题,艾伦和他的同事们已经知道了很多年,但大多数人却不知道:学校的通风条件长期不足。一个常用的空气流动标准规定,每个人进入教室的空气流量至少要达到每分钟15立方英尺(cfm);艾伦说,为了预防Covid,他建议每小时30分钟。但研究表明,许多美国教室的平均通风率仅为每人6到11立方米。

即使在没有大流行的情况下,这也不是什么好事,因为大量研究表明,更好的空气流通与提高考试分数和减少缺勤有关。至少有一项在教室使用空气过滤器的研究也发现,学生的成绩有所提高。

然而,对空气的照顾和喂养很久以前就从公众意识中消失了。因此,随着秋天的临近,艾伦和他的同事发布了一份关于如何更安全地开办学校的详细报告,并为那些寻求帮助的人提供了指导。“问题是,这些年来我们已经迷失了方向,”艾伦说。

一场全球性的流行病让我们开始关注儿童呼吸的空气。

在建筑设计中,气流曾经是最重要的。1834年,英国议会大厦(威斯敏斯特宫)的大部分被烧毁后,医生、化学家、发明家大卫·鲍斯威尔·里德(David Boswell Reid)被要求负责新大楼的通风。国会议员们发现这栋老建筑不通风,而伦敦严重的空气污染使得敲开窗户成为一种危险且极不愉快的行为。里德为他在爱丁堡的私人实验室开发了一套精密的通风系统,并在接下来的几年里测试和完善了他为议会设计的通风系统。他的计划依靠气体的自然浮力将空气从辩论室中吸出并吸入新鲜空气,甚至用湿帆布过滤污染。在临时的下议院,他放置了一个完整的管道生态系统,通过屋顶上的烟道将空气排出。在里德的永久建筑设计中,看起来像哥特式奇思异想的塔楼实际上是用于通风的功能性工具。

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保持空气在一个舒适的温度是里德最关心的,但他也努力保持新鲜空气的流通。在19世纪的大部分时间里,流行的理论是疟疾或霍乱等疾病是由瘴气或“糟糕的空气”引起的。这一理论被用来解释为什么住在沼泽附近的人会生病(今天我们可能会说蚊子),为什么贫民窟会成为溃烂的疾病坑(现在我们把它归咎于糟糕的卫生条件)。然而,当谈到空气运动的时候,他们却发现了一些东西。

当时的医疗专业人士指出,阳光和新鲜空气似乎有有益的影响。弗洛伦斯·南丁格尔(Florence Nightingale)是通风设备最强烈的支持者之一,她曾在克里米亚战争期间培训护士。她发现,增加空气流通减少了疾病在士兵中的传播。“让他呼吸的空气像外面的空气一样纯净,”她写了一句名言。在南丁格尔的作品中,有很多关于瘴气的理论,虽然她对病因的判断可能是错误的,但解决方法却是恰当的。直到19世纪末,细菌理论——我们现在用来解释疾病的理论——才流行起来。通风确实可以减少疾病,但这可能是通过减少空气中的病原体浓度实现的。

在理解了细菌会导致疾病,而不是大气的神秘特性之后,上个时代对通风的强调开始显得有些愚蠢。然后,在20世纪70年代,一场全球性的能源危机使通风系统更加失宠。在节能的名义下,越来越多的学校和办公楼都在设计不能打开的窗户。这降低了取暖和制冷费用,但也意味着更少的空气进出。建筑师维托尔德·雷布钦斯基(Witold Rybczynski)在他1986年出版的《家》(Home)一书中,带着一种优越感写道:“19世纪关于房屋规划的书,除非至少有一章是关于通风和‘糟糕空气的坏处’,否则就不算完整。”

我们很多人可能认为闷热的办公大楼或教室只是暂时的不便。但是停滞的空气可能会以我们没有意识到的方式影响我们。乔·艾伦的研究小组发现,不充足的通风设备会导致办公室职员在认知任务上的表现更差。在劳伦斯伯克利国家实验室,科学家们几十年来一直在研究学校的室内空气质量。LBL的研究科学家雷吉·陈(Rengie Chan)说,通过调查学生是否有任何呼吸系统症状,并将他们的回答与教室里的新鲜空气量联系起来,他们发现,在控制了社会经济地位等因素之后,更多的新鲜空气与更少的症状有关。目前尚不清楚的是,这种联系是与呼吸更新鲜空气的长期健康益处有关,还是与降低空气中的病原体浓度有关,还是与其他一些因素有关。

其他研究也发现了通风和学习之间的联系。在一项研究中,科学家们让学生们在他们控制的房间里进行测试。他们发现,在通风条件好的空间里学习的学生成绩更好。“有相当有力的证据表明,改善通风条件可以提高学生的表现,”Chan说。也有证据表明,更好的通风可以减少缺勤,尽管这一证据比较混杂。

不过,这门科学还没有深入到实践中去。在一项由Chan合著的研究中,包括加州的85%的教室没有达到每人15加元的最低标准。在全国各地,许多教室都配备了组合式通风设备——靠着外墙的大金属箱,可以把空气排出去,把新鲜空气吸进来。(艾伦经常看到它们被书籍或盆栽植物覆盖着。)一些学校在天花板上安装了通风口的中央系统。但是,即使是在升级了系统的学校,Chan和他在LBL和加州大学戴维斯分校的同事们发现,大约有一半的教室仍然没有得到足够的新鲜空气,因为控制装置没有设置足够的通风,或者系统没有得到正确的维护和安装。

人们开始意识到这是一个问题,即使是在联邦政府层面,Chan说。美国政府问责局(Government Accountability Office)在疫情爆发前的一份报告发现,40%的学校需要升级暖通空调系统。但是,当新型冠状病毒大流行来袭时,却没有做多少工作。

今年夏天,在波士顿地区的那所学校外,艾伦和他的团队在白色粉刷的砖墙上发现了一个不显眼的通风口,并将其用蓝色织物包裹起来。通过这种方式,从教室墙壁另一边流出的空气被汇集到一个叫做balometer的黑色小盒子里。在该设备的屏幕上弹出一个数字,显示出有多少空气正在流出教室。

艾伦说,这是降低SARS-CoV-2在学校传播可能性的一种非常简单的方法的第一步。

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Allen估计,为了降低Covid-19的风险,房间里的空气应该每小时至少更换五次。在那所波士顿学校里,通过一个教室的单元通风机进入的空气重量计记录了大约400 cfm的新鲜空气。这个房间的面积为1010平方英尺(约合1010平方米),天花板为9.5英尺(约合3.7米),空气容量为9595立方英尺。用每分钟400立方英尺乘以60分钟,再除以体积,你会发现空气每小时只翻了2。5次。按照艾伦的标准,这是不合格的。

打开门窗可能会使这一数字超过5,有时甚至更高。艾伦和他的团队在今年夏天证实了这一发现,他们将会产生二氧化碳的干冰放在教室里来模拟满屋子的人。通过一个廉价的二氧化碳传感器,他们可以看到二氧化碳消散的速度。艾伦说:“在一个房间里,当门窗都打开时,我们每小时换17到20次空气。”

当门窗无法打开时(这将成为一个更大的问题,因为寒冷的天气到来),在机组通风机或中央通风系统中安装一个过滤器会有所帮助。虽然空气本身并不总是来自室外,但它是通过一个过滤器排出的。病毒在微小的液体颗粒中传播,这些颗粒大到可以被某种级别的过滤器捕获。MERV13在0.3微米的时候会把微粒拉出来,这就是Allen对这种情况的评价。如果这不是一个选择,下一个最好的选择是添加一个便携式空气净化器,也就是一个高效空气微粒过滤器和一个风扇。

在艾伦的团队和他们在科罗拉多大学的合作者创建的电子表格工具中,你可以计算出你需要多大的空气净化器。你输入房间的体积,然后猜测它的通风状况,然后你就会得到一个估计,你需要多大的清洁器,每小时至少换五次房间,以及符合描述的产品示例。智能空气(SmartAir)是一家生产简单、廉价空气净化器的社会企业,其创始人托马斯•塔尔赫姆(Thomas Talhelm)表示,今年夏天人们对空气净化器的兴趣肯定增加了。

但从长远来看,除了这次大流行之外,更好地了解通风对学生和教师都有好处。

“我非常希望我们有一种有效的疫苗。但我们可能不会。这学年我们可能不会,未来三年也不会,”Westyn Branch-Elliman说,他是波士顿Beth Israel Deaconess的传染病医生,曾是医院流行病学家,写过关于学校开业的文章。“我们需要制定一个多年计划,而不是一周或一个月的计划。”

发展改善通风的基础设施可能是一项长期的福利,而且不仅仅是为了预防Covid-19。艾伦的一名研究生艾米丽•琼斯(Emily Jones)指出:“在未来几年里,我们将继续收获所有这些好处,比如更好的健康状况、更好的学习成绩、更好的出勤率。”“对学校通风设备的投资是一个没有损失的方案。”

到目前为止,哈佛的报告已经被下载了7000多次,该报告的网站在几个月内的访问次数超过了11.2万次。

“现在是建立健康建筑基础设施的时候了,”艾伦说。“这会带来更多新鲜的户外空气。”

那些大缕大缕的二氧化碳,飘过空无一人的教室,几乎让人想起瘴气理论中的蒸汽。但这一次,背后有现代科学的支持。

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