研究背景：通风系统中空气净化手段是控制建筑室内空气中 SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Corona-Virus 2)传播的一种有效而可靠的方法，可以对携带有病毒的生物气溶胶进行物理去除（如过滤）或者生物消杀（如紫外线处理）。然而，传统的空气净化系统（如纤维过滤器、静电过滤系统、紫外线灯等）在运行过程中存在一定的局限性，包括：1) 空气纤维过滤器能耗大、 更换成本高、维护过程中易产生病毒再悬浮的风险；2) 静电过滤系统存在击穿风险，会导致过滤效率大幅下降；3) 紫外线灯不能捕捉颗粒物，导致颗粒物持续存在于室内。为了克服传统空气净化技术的局限性，本研究发展了安全、高效、节能的新型“紫外线+空气纤维过滤器”空气净化系统，紫外线同时对空气中和纤维滤料内部的气溶胶进行失活处理。该系统对于控制包括

SARS-CoV-2 在内的各类空气生物污染物有重要的意义。

研究方法：“紫外线+空气纤维过滤器”系统由紫外线灯和空气纤维过滤器串联组成，。为了合理、 可靠地对于“紫外线+空气纤维过滤器”系统进行量化设计，本研究发展了一套多物理场数值模型， 以预测以下三个过程：1) 紫外线光场对于空气纤维过滤器上游空气中生物气溶胶的失活处理；2) 空气纤维过滤器对于来流空气中颗粒物的过滤捕集；3) 紫外线光场对于空气滤料内部沉积生物气溶胶的失活处理。该多物理场数值预测模型包括紫外线光场模型、多孔介质场模型、空气湍流流场模型、气溶胶运动模型以及各个物理场之间的复杂耦合作用。

研究结果：采用文献中的实验数据对于“紫外线+空气纤维过滤器”系统多物理场模型进行验证， 结果显示该模型可以准确预测空气纤维过滤器的颗粒过滤效率以及紫外线光场的生物失活效率。 随后采用经过验证的数值模型对系统参数进行优化设计，包括空气过滤器纤维尺寸、褶皱结构、 紫外线强度等。结果显示，优化后的空气纤维过滤器（纤维直径 1.6 μm，褶皱高度 100mm，褶皱 距离 10 mm，紫外线光强 340 W/2）对于 0.1-2.5 μm 颗粒物的过滤效率接近 100%，紫外线光场对于空气过滤器上游的SARS-CoV-2 生物气溶胶失活效率可达 81%，紫外线光对空气滤料进行 60 分钟的处理后可实现 100%的 SARS-CoV-2 生物失活效率。同普通的高效空气过滤器相比，“紫外线+ 空气纤维过滤器”系统解决了病毒再悬浮的局限问题，但增加了 68%的能耗。

研究结论：“紫外线+空气纤维过滤器”系统对于 0.1-2.5 μm 颗粒物的过滤效率为 100%，并且施加在过滤介质上的紫外线剂量足以使沉积的 SARS-CoV-2 气溶胶失活。本研究所发展的多物理场模型可以合理、可靠地预测“紫外线+空气纤维过滤器”系统的过滤和失活性能，可为后续的系统深化设计和提升提供重要的量化手段。