我的電子情人夢(21):疫後的生活神器 – 口罩

更新於 發佈於 閱讀時間約 6 分鐘

一場武肺疫情事件改變了人的生活與工作模式,甚至影響到人們思考的脈絡。而”口罩”則是扮演著隨身必備的神器。

新冠病毒帶來諸多的課題,比如說:

. 澄清新冠病毒的性質。

. 探索治療劑的物質。

. 提升診斷法與治療法。

. 澄清感染擴大對社會經濟的影響。

針對這場戰役,日本理化學研究所(理研)利用了「富岳」超級電腦的龐大運算力來研究開發病毒的對策,好比說,“室內環境中飛沫感染的預測和對策”報告,也有關於”口罩”的模擬分析等。

<<< 日本首屈一指的超級電腦 -富岳。>>>

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戴口罩可以抑制咳嗽的飛沫,抑制氣流的效果,飛濺不會飛向遠方。即使臉頰和鼻子之間有縫隙,也可以抑制8成的飛沫。根據數值結果,不單是不織布口罩或是手工口罩,都可發揮足夠的作用。

辦公室隔板若在1.2米的高度,防禦飛沫飛散不太足夠;若是1.4米高,易形成通風不良增加了懸浮微粒(aerosol)傳播的風險。從減少煙霧感染的風險的角度出發,盡可能減少通風的不均勻是很重要的。

<<< 口罩的效果。>>>

<<< 口罩的效果。>>>

新冠病毒,會咳嗽和打噴嚏產生的飛濺,飛沫中非常小的氣霧會傳播感染。飛沫與氣霧的飛散路徑會受到空氣流動濕度溫度的綜合性影響,因此需要大量的運算來評估。

藉由使用超級電腦的龐大運算力以及超大規模熱流體解析程式,就可以進行高精確度的大規模飛散模擬分析。

模擬結果可以採用動畫來處理,飛沫的具體擴散得以視覺化;可清楚的看出口罩的效果,以及通勤列車、辦公室、教室等中的感染風險。

依據模擬,戴口罩不僅具有抑制飛沫飛散的效果,而且具有抑制空氣流動的效果。不過,若是臉部和口罩之間有大量的空氣洩漏,抑制飛沫飛散的效果就很不理想。

係針對了不同材質的口罩來模擬飛沫抑制効果,材質有不織布聚脂纖維以及等三種類。

<<< 口罩的效果 – 不織布與手作口罩的差異。>>>

<<< 口罩的效果 – 不織布與手作口罩的差異。>>>

據此,由於空氣容易通過棉口罩,有許多飛沫透出。聚酯纖維口罩的透過量比棉少,卻比不織布口罩多。

此外,具有高過濾效能的不織布口罩可完全抑制大於50微米的飛沫,聚酯纖維可抑制90%以上,棉可抑制80%程度。

飛沫的尺寸越小時,口罩可抑制的比例降低。特別是,不織布口罩具有很高的空氣阻力,飛沫從側面洩漏。如果只看小飛沫,性能低落甚於布口罩呢。

不過,整體來說,不織布口罩具有最高的抑制效果。若戴上時有呼吸不順,即使性能略有下降,也要戴上空氣流通的布口罩。

戴上口罩是很重要的,不戴上口罩有最高的風險。

假設鼻子和嘴同時呼吸,進行模擬對自身保護的被感染防禦効果。在臉部上沒有任何間隙地佩戴醫用口罩,幾乎可以阻擋飛沫和浮沉微粒。

即使口罩和顏面之間有縫隙,戴上口罩可以將進入上呼吸道的飛沫數量減少到三分之一。對於較大飛沫的入侵,有阻擋的效果。不過,對20微米或更小的小飛沫的作用是有限的,難以阻擋飛沫從縫隙間的侵入。

也就是說,若沒戴口罩,大多數較大飛沫會附著在鼻腔和口腔上。特別是,小於20微米的飛沫會到達氣管的深度。

<<< 口罩對於被感染之防禦效果。>>>

<<< 口罩對於被感染之防禦效果。>>>

對於防護面罩(face shield)也做了模擬,面罩的初衷是作為保護,而不是防止飛沫飛散。對於50微米或更大的較大飛沫有捕集效果,較小尺寸的飛沫不會粘在防護罩上,會從側面洩漏;效果是有限定的。如果要用面罩防護飛沫飛散的場合,也要使用空調來換氣。

<<< 面罩(face shield)的飛沫飛散抑制效果。>>>

<<< 面罩(face shield)的飛沫飛散抑制效果。>>>

醫院病房中的懸浮微粒(aerosol)傳播的感染風險,也做了模擬。假設在82.5立方米中佈置了四張病床,假設病房配備了不具備通風能力的空調,一個外部空氣進入的窗戶以及一個可以通過的門,進行了模擬。

虛擬建立一個充滿微粒的環境並模擬吸入外部空氣的過程,當空調停止運行時,經過500秒後接近外部空氣進入的地方,多少有空氣清浄化;在帷簾隔開的地方沒有通風。

當空調打開時,即使空調不具有通風功能,然新鮮空氣的供給量相同,整個房間中的空氣仍在循環,房間中的通風不斷進行,空氣得到淨化。

在病房裡帷簾的影響,通風不均勻。在這樣的地方,不僅要吸入室外空氣,而且要用空調或風扇使空氣流通。

<<< 病房空調關閉與開啟的換氣效果。>>>

<<< 病房空調關閉與開啟的換氣效果。>>>

辦公室模擬,是在可容納18人的269立方米上進行。根據各種法律規定,一般辦公室每人每小時20至30立方米的外部空氣來換氣。

辦公室室內的空氣流動不均勻,通風效率不均,有被感染的風險。隔板約1.2米時,感染防止対策不佳,1.4米以上較理想。不過,隔板過高卻有反效果,微粒感染的風險增加。

<<< 辦公室隔板的影響。>>>

<<< 辦公室隔板的影響。>>>

教室的懸浮微粒(aerosol)可以經由空調和開窗戶來降低感染風險。

可以聚集大量人群的大廳或舞台,以約14,000平方米的場地模擬表演者的飛沫對觀眾產生怎樣的影響,也評估觀眾咳嗽會產生怎樣的影響。

模擬舞台上的表演者連續兩次咳嗽,在唱歌時捕捉到強烈的呼吸,並假定是最壞的情況。結果是,10微米或更大的飛沫幾乎落在1米的範圍內,5微米或更小的飛沫漂浮在空中並飛至2~3米。距離舞台2~3米以上,表演者也分開至少2米m,可以降低感染的風險。

<<< 舞台上飛沫擴散的樣子。>>>

<<< 舞台上飛沫擴散的樣子。>>>

在客席上,當觀眾咳嗽時,更可看出有戴口罩以及沒戴口罩的顯著差異。

<<< 觀眾席上飛沫擴散的樣子。>>>

<<< 觀眾席上飛沫擴散的樣子。>>>

超級電腦的高運算力,可以做出很多的貢獻。比如說,「富岳」在短短10天內選擇分類了2,000多種新冠病毒的治療藥候補。

算是題外之聲;當大家在怕病毒時,平時有在擦地板的朋友該會對台灣空汙更戒慎恐懼,尤其是工業汽機車排放廢氣、拼命燒金紙等懸浮微粒,對於人體的危害悄悄性襲擊更是令人擔憂。

WHO將PM 2.5列為一級致癌物,PM 2.5也是台灣慢性病危險因子。口罩,毫無疑問扮演了保命的新生活運動之神器。

也許,也該對口罩說聲感謝吧。










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陳乃塘 (NT)的沙龍
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