流感和新冠之后，各国开始关注室内空气质量 |《自然》长文
本篇《自然》长文共4516字，干货满满，预计阅读时间15分钟，时间不够建议可以先“浮窗”或者收藏哦。
原文作者：Dyani Lewis
新冠疫情让我们把目光聚焦到室内空气质量上，有望促使我们对空气质量的持久改善。
今年7月，比利时的酒吧预计将进入地球上最安全的酒吧之列。因为一项新规到时将生效，不仅要求公共场所达到一定的空气质量标准，还要求显示实时二氧化碳浓度——该指标能评估室内流入了多少新鲜空气。
到2025年，比利时的消费者还能掌握更多信息。届时，健身房、餐厅和室内工作场所都必须通过一个认证系统展示其空气质量评级。如果未来再次出现疾病大流行，比利时的评级系统或将决定是否要关停一个场所。
这项法规于2022年7月颁布，是各国为应对新冠和流感等传染病而提高室内环境安全所迈出的最大胆的一步。
比利时的歌舞厅等室内场所很快就要展示空气质量信息。来源：Christophe Ketels / Alamy
2022年3月，美国政府启动了“室内清洁空气挑战”（Clean Air in Buildings Challenge），鼓励业主和经营者改善通风系统和室内空气质量。去年10月，加州通过了一项法律，要求所有中小学建筑提供干净的室内空气。12月，白宫宣布所有联邦建筑——共计约1500栋——都将达到最低空气安全标准。美国供暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）的一些建议在美国等地被当地建筑条例采纳，具有法律效力，该建筑行业机构也在12月宣布将在2023年6月前制定评估感染风险的标准。
去年6月，英国几个主要工程单位发布了一份政府委托报告，呼吁在建筑物的整个使用期内强制执行清洁空气规定（见go.nature.com/3kgsmjt）。其他国家也在行动，比如在教室里安装空气质量监测器。
对于疫情带来的有望持续改善室内空气的可能性，室内空气质量专家感到十分振奋。导致COVID-19的新冠病毒（SARS-CoV-2）主要通过室内传播，这和其他传染病的病原体一样，如水痘、麻疹、结核病和季节性流感。
澳大利亚昆士兰科技大学的气溶胶科学家Lidia Morawska说：“历史上从来没有哪个时期，人们像现在这样如此关注室内空气质量。”
但更大的挑战还在前头，尤其是对于已经建成的中小学、办公楼和其他公共场所。该领域的专家表示，对这些建筑进行技术改造，使其提供大量清洁空气，这背后的人力物力都是巨大的。但他们也指出，最后的收益将超过成本。一项估算显示，大流行和季节性流感暴发让英国平均每年损失230亿英镑（约合270亿美元）（见“疫情暴发的高昂代价”），英国如果改善建筑通风系统，也许能在60年的时间里节省1740亿英镑（见go.nature.com/3ktumeg）。
来源：NERA Economic Consulting
防止室内空间的疾病传染，还有助于减少对污染物的暴露，这些污染物包括山火烟雾和烹饪产生的细颗粒物、家具释放的挥发性有机物、致敏的霉菌和花粉。但这也会推升能源成本和温室气体排放。
研究人员仍在设法明确如何才能最好地给室内通风，预防传染病扩散，以及哪些技术可以取代或增强机械通风系统。不过，许多人认为，现有知识已经足够我们开始追求比现在更安全的室内空间了。
这是一次与时间的赛跑。随着人们对COVID-19的担忧逐渐消退，专家想知道在下一次可空气传播的传染病暴发前，各国能做好哪些准备。
减少传染
当COVID-19在2020年被宣布为大流行时，卫生官员并没有对室内空气的风险太过关注。一开始，世卫组织（WHO）甚至排除了空气传播的因素，错误地将重点放在受污染表面的传播。然而，即使在公共卫生当局做出勤通风防感染的建议后，他们的指南仍不够清晰。卫生当局让民众多开窗，用机械通风系统尽可能多地给室内换气，但并没有给出具体数字。
这类建议让人摸不着头脑，哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的建筑卫生专家Joseph Allen说，“你不能只告诉大家室内要多透气，却不说要透多少气。”
Allen是最早给出具体通风目标的人之一。2020年6月，他和同事建议封锁后重新开放的中小学对教室里的空气每小时更换4-6次[1]，这里的换气是指把整个教室的空气都换一遍，相当于每人每秒10-14升的通风率。但大部分中小学远远达不到这个要求。比如，对美国加州学校教室开展的研究显示，大部分教室都无法达到这个通风水平[2]。世卫组织在2021年3月发布了自己的指南，建议除医疗场所外的环境保证每人每秒10升的通风率。
理论上，新冠疫情给了我们千载难逢的机会，可以通过现实世界数据看看通风率降低是否与病毒暴发有关，并测试需要多高的通风率才能降低感染率。不过，卫生官员只有在研究COVID-19这类重大疫情时才会罕见地想到通风。香港大学机械工程师李玉国估计，只有不到10项研究评估了疫情暴发场所的通风率，因为人们当时还没有意识到空气传播的可能性。
研究人员只能从观察性研究中寻找线索。Morawska参与的一项研究关注了意大利马尔凯大区1万多个中小学教室。在机械通风系统能达到通风率每人每秒1.4-14升的316个教室中，学生在2021年底四个月里的感染风险比那些靠窗户通风的教室里的学生至少低了74%。在靠窗户通风的教室里，学生的通风率一般低于每人每秒1升。当学生的通风率能达到至少每人每秒10升时，传染风险能降低80%[3]。
更多研究也在证明能过滤空气中传染性颗粒的其他技术。一项研究[4]测试了安装了高效颗粒物吸收（HEPA）过滤器的两台空气净化器，这两台净化器被放在54平米的会议室里，另有实验假人能产生与传播新冠病毒的气溶胶颗粒类似的颗粒。这两台净化器能让三个假人的气溶胶暴露减少65%，比让所有假人戴口罩时能达到72%的缓解率只低了一点[4]。
天主教鲁汶大学的土木工程师Bert Blocken开展的另一项研究发现，将通风与空气净化相结合，相当于每小时换6次气，能将健身房呼出的气溶胶浓度降至不测量这些数据时的5%-10%[5]。Blocken说，这个浓度能极大减少疾病传染风险。他还指出，人们没有充分意识到的是，在缺乏机械通风系统提供足够清洁空气的建筑里或是在使用这类系统需要耗费太多能量的地方，安装空气净化器其实是十分便捷的选择。澳大利亚的维多利亚州便采取了这种办法——该州在2022年给11万个教室安装了便携式空气净化器。
去年11月，由Allen领导的《柳叶刀》（Lancet）COVID-19委员会安全工作、安全上学、安全旅行工作组发表了具体指南，建议了能减少病原体空气传播的清洁空气标准[6]。如果要达到报告中的“最佳”空气质量，指南建议每小时换6次空气，相当于每人每秒14升（见“多少新鲜空气才够？”）。
法定限值
通风要求是很复杂的，因为它们取决于空间大小，房间里有多少人，以及这些人的活动程度。因此，一些研究人员建议直接“走捷径”——规定二氧化碳浓度上限。二氧化碳经常被作为衡量通风和室内空气质量的指标[7]。由于人们呼吸时会呼出二氧化碳，如果空间过于拥挤或缺乏足够通风来用新鲜空气置换人们呼出的空气，二氧化碳水平就会飙升，而这些气体中可能携带有传染性的病毒。
1999年之前，ASHRAE标准推荐的二氧化碳上限为百万分之1000（p.p.m.）。在这个浓度下，根据1930年代开展的研究，建筑物使用者对人体体味的感知能控制在可接受范围内。自那之后，研究发现二氧化碳浓度超过1000 p.p.m.时会导致困意，影响人们在决策判断时的认知表现[8]。
2022年9月的一项尚未经过同行评审的小规模研究发现，二氧化碳浓度与传染性病原体的含量直接相关。作者采集了托儿机构、中小学、大学和养老院的空气样本，并检测样本中的呼吸系统病原体的含量。结果发现，二氧化碳浓度更高的房间与呼吸系统病原体含量更高有关[9]。
英国政府从2021年8月开始在所有中小学教室安装二氧化碳探测器，以便老师决定何时开窗透气或增加通风。欧美等地也推出了类似项目，但还没有一个地方评估过这类项目在降低疾病传染率方面的效果。
当然，只看二氧化碳浓度也有问题。即使传染风险很低，二氧化碳浓度也会升高，比如使用便携式空气净化器或是在做饭时，而空气净化器是无法过滤掉空气中的二氧化碳的。英国约克大学研究室内空气污染物的化学家Nicola Carslaw认为二氧化碳指标很有用，“但肯定不能说明全部问题。”
德国杜伊斯堡-埃森大学的一个大教室安装了一个显示室内二氧化碳水平的探测器。来源：dpa picture alliance/Alamy
尽管存在这些问题，但Morawska认为，二氧化碳探测器是一种很容易获得的平价工具，适合在所有室内空间安装，就和烟雾警报器差不多。不过，只显示二氧化碳浓度是不够的，她说，因为这等于把责任推给房间里的人，让他们自己关注空气质量变化，自己决定指标太高了该怎么办。
Morawska希望能出台规定公共建筑二氧化碳上限的法规，从而将这种责任交还给建筑经营者和政府监管部门。一些政府已经在这么做了。去年，Morawska和北京大学的黄薇评估了100多个国家的空气质量法。只有12个国家出台了室内空气质量国家标准，规定了污染物的阈值。其中只有8个国家——包括中国、韩国、印度、波兰和匈牙利——设置了二氧化碳浓度限值，大部分都要求在800-1000 p.p.m.之间[10]。
日本在1970年就出台了室内空气质量监管条例，要求室内二氧化碳浓度不得超过1000 p.p.m.。该条例规定楼宇管理者每两个月评估一次空气质量，并将结果报告政府，如果空气质量不达标，则需提交整改计划。不过，2020年的一份报告[11]显示，2017年约30%的建筑都超过了二氧化碳限值。
当然，日本的这些法律规定还是有效的，加州卫生部的公卫工程师Kazukiyo Kumagai说，在室内空气质量方面，日本现在的情况比美国好多了。他说，日本模式的定期监测和报告机制或许在其他地方也行得通。
采取法定限值的做法在今后可能会更加普遍。比如，比利时今年7月即将生效的新法就要求公共场所的通风率为每小时40立方米，二氧化碳不超过900 p.p.m.。如果加上空气过滤，通风率只要达到每小时25立方米即可，而二氧化碳的最大值为1200 p.p.m.。
对室内空气质量进行立法是一桩难事，英国利兹大学机械工程师Catherine Noakes是英国关于建筑空间防疾病传染能力报告的共同作者，她说：“围绕室内空气的一个问题是它归谁管？”这个责任可由不同政府部门或机构承担，取决于建筑如何使用。中小学的室内空气可以归教育部管，办公楼的室内空气可以由职业健康与安全机构负责。
美国便是这种情形，目前还没有哪个机构有监管室内空气的权力，美国国家标准与技术研究院的机械工程师Andrew Persily说。比利时也是一样，新的国家法规不涵盖中小学，这属于地方政府的管辖范畴。而在日本，中小学建筑有专门的法律规定其二氧化碳限值可以到1500 p.p.m.，很多人都认为这个值过高了。
设立标准
在缺少国家立法的情况下，设立空气质量标准的专业机构已经开始行动了。ASHRAE 在6月发布了缓解感染的标准，并希望这些推荐的目标能被当地建筑条例采用，并要求新建筑物遵守。
ASHRAE当选主席、工程师Ginger Scoggins表示，“我们一直都在关注室内空气质量，但没有特别聚焦减少病原体的措施。”ASHRAE可能会遇到一些反对声。Scoggins说，当该学会之前将通风要求从每分钟5立方英尺提高到15（每秒2.4升至7.1升）时，美国温暖地区的很多市民都很愤怒，因为这会导致空调使用的增加和电费上涨。她们当地的中小学委员会通过了一条规定，要求教室只需要达到7.5就可以了。
即使ASHRAE的标准不强制执行，这些标准也带来了改变，Allen说。除了改变建筑施工方式，更为严格的ASHRAE标准还向老式建筑里的商户传递了一个很强的信号，告诉它们室内空气质量的金标准是多少。
Noakes说，提升室内空气质量还能产生经济效益。上述英国报告开展的一项成本效益分析发现，如果改善通风措施，英国或能在60年的时间里，每年节省下30亿英镑。
研究人员表示，降低建筑物内的传染风险还需时日。“大概还需要30年左右，” Morawska说，“但这是我们全人类的未来。”
参考文献：
1.Jones, E. et al. Schools for Health: Risk Reduction Strategies for Reopening Schools (Harvard T.H. Chan School of Public Health Healthy Buildings Program, 2020).
2. Mendell, M. J. et al. Indoor Air 23, 515–528 (2013).
3. Buonanno, G. et al. Front. Public Health 10, 1087087 (2022).
4. Lindsley, W. G. et al. Morb. Mortal. Wkly Rep. 70, 972–976 (2021).
5. Blocken, B. et al. Build. Environ. 193, 107659 (2021).
6. The Lancet COVID-19 Commission Task Force on Safe Work, Safe School, and Safe Travel. Proposed Non-infectious Air Delivery Rates (NADR) for Reducing Exposure to Airborne Respiratory Infectious Diseases (Lancet COVID-19 Commission, 2022).
7. Peng, Z. & Jimenez, J. L. Environ. Sci. Technol. Lett. 8, 392–397 (2021).
8. Wargocki, P., Porras-Salazar, J. A., Contreras-Espinoza, S. & Bahnfleth, W. Build. Environ. 173, 106749 (2020).
9. Raymenants, J. et al. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2022.09.23.22280263 (2022).
10. Morawska, L. & Huang, W. In Handbook of Indoor Air Quality (eds Zhang, Y. et al.) (Springer, 2022).
11. Hayashi, M., Kobayashi, K., Kim, H. & Kaihara, N. J. Natl Inst. Public Health 69, 63–72 (2020).
原文以Indoor air is full of flu and COVID viruses. Will countries clean it up?标题发表在2023年3月7日《自然》的新闻特写版块上
© nature
doi: 10.1038/d41586-023-00642-9
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