Forskning afslører, hvordan luftstrømmen inde i en bil kan påvirke smitterisikoen for COVID-19

En ny undersøgelse af luftstrømsmønstre inde i en bils passagerkabine giver nogle forslag til potentielt at reducere risikoen for COVID-19-overførsel, mens du deler ture med andre.

Studiet, af et team af Brown University-forskere, brugte computermodeller til at simulere luftstrømmen inde i en kompakt bil med forskellige kombinationer af vinduer åbne eller lukkede. Simuleringerne viste, at åbning af vinduer - jo flere vinduer jo bedre - skabte luftstrømsmønstre, der dramatisk reducerede koncentrationen af ​​luftbårne partikler, der blev udvekslet mellem en fører og en enkelt passager. Ved at sprænge bilens ventilationssystem cirkulerede luften ikke nær så godt som nogle få åbne vinduer, fandt forskerne.

"At køre rundt med vinduerne oppe og aircondition eller varme tændt er absolut det værste scenarie, ifølge vores computersimuleringer, " sagde Asimanshu Das, en kandidatstuderende ved Brown's School of Engineering og medforfatter af forskningen. "Det bedste scenarie, vi fandt, var at have alle fire vinduer åbne, men selv at have en eller to åbne var langt bedre end at have dem alle lukket."

Das ledede forskningen sammen med Varghese Mathai, en tidligere postdoktor ved Brown, som nu er assisterende professor i fysik ved University of Massachusetts, Amherst. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Videnskab fremskridt .

Forskerne understreger, at der ikke er nogen måde at eliminere risiko fuldstændigt - og, selvfølgelig, nuværende vejledning fra U.S. Centers for Disease Control (CDC) bemærker, at udsættelse af rejser og ophold hjemme er den bedste måde at beskytte personlig og lokal sundhed på. Målet med undersøgelsen var simpelthen at undersøge, hvordan ændringer i luftstrømmen inde i en bil kan forværre eller reducere risikoen for patogenoverførsel.

Computermodellerne brugt i undersøgelsen simulerede en bil, løst baseret på en Toyota Prius, med to personer inde - en chauffør og en passager, der sidder på bagsædet på den modsatte side af føreren. Forskerne valgte det siddearrangement, fordi det maksimerer den fysiske afstand mellem de to personer (dog stadig mindre end de 6 fod, der anbefales af CDC). Modellerne simulerede luftstrøm omkring og inde i en bil, der bevægede sig med 50 miles i timen, samt bevægelse og koncentration af aerosoler, der kommer fra både fører og passager. Aerosoler er små partikler, der kan blive hængende i luften i længere perioder. De menes at være en måde, hvorpå SARS-CoV-2 virus overføres, især i lukkede rum.

En del af grunden til, at åbning af vinduer er bedre med hensyn til aerosoltransmission, er fordi det øger antallet af luftskift i timen (ACH) inde i bilen, som hjælper med at reducere den samlede koncentration af aerosoler. Men ACH var kun en del af historien, siger forskerne. Undersøgelsen viste, at forskellige kombinationer af åbne vinduer skabte forskellige luftstrømme inde i bilen, som enten kunne øge eller mindske eksponeringen for resterende aerosoler.

På grund af den måde, hvorpå luften strømmer hen over bilens yderside, lufttrykket nær de bagerste ruder har en tendens til at være højere end trykket ved forruderne. Som resultat, luft har en tendens til at komme ind i bilen gennem de bagerste ruder og ud gennem de forreste ruder. Med alle vinduer åbne, denne tendens skaber to mere eller mindre uafhængige flows på hver side af kabinen. Da beboerne i simuleringerne sad på hver sin side af kabinen, meget få partikler ender med at blive overført mellem de to. Føreren i dette scenarie har lidt højere risiko end passageren, fordi den gennemsnitlige luftstrøm i bilen går bagfra og fremad, men begge beboere oplever en dramatisk lavere overførsel af partikler sammenlignet med ethvert andet scenarie.

Simuleringerne af scenarier, hvor nogle, men ikke alle vinduer er nede, gav nogle muligvis kontraintuitive resultater. For eksempel, man kunne forvente, at åbning af vinduer direkte ved siden af ​​hver enkelt beboer kan være den enkleste måde at reducere eksponeringen på. Simuleringerne viste, at selvom denne konfiguration er bedre end ingen vinduer nede overhovedet, det indebærer en højere eksponeringsrisiko sammenlignet med at sætte vinduet ned overfor hver enkelt beboer.

"Når vinduerne overfor beboerne er åbne, du får et flow, der kommer ind i bilen bag føreren, fejer hen over kabinen bag passageren og går derefter ud af forruden i passagersiden, " sagde Kenny Breuer, en professor i ingeniørvidenskab ved Brown og en seniorforfatter af forskningen. "Dette mønster hjælper med at reducere krydskontaminering mellem fører og passager."

Det er vigtigt at bemærke, siger forskerne, at luftstrømsjusteringer ikke er en erstatning for maskebæring af begge passagerer, når de er inde i en bil. Og resultaterne er begrænset til potentiel eksponering for dvælende aerosoler, der kan indeholde patogener. Undersøgelsen modellerede ikke større luftvejsdråber eller risikoen for faktisk at blive inficeret af virussen.

Stadig, forskerne siger, at undersøgelsen giver værdifuld ny indsigt i luftcirkulationsmønstre inde i en bils kabine - noget, der havde fået lidt opmærksomhed før nu.

"Dette er den første undersøgelse, vi er opmærksomme på, der virkelig kiggede på mikroklimaet inde i en bil, " sagde Breuer. "Der havde været nogle undersøgelser, der så på, hvor meget ekstern forurening der kommer ind i en bil, eller hvor længe cigaretrøg dvæler i en bil. Men det er første gang nogen har set på luftstrømsmønstre i detaljer."

Forskningen voksede ud af en COVID-19-forskningstaskforce etableret i Brown for at indsamle ekspertise fra hele universitetet for at tage fat på vidt forskellige aspekter af pandemien. Jeffrey Bailey, en lektor i patologi og laboratoriemedicin og medforfatter til luftstrømsundersøgelsen, leder gruppen. Bailey var imponeret over, hvor hurtigt forskningen kom sammen, med Mathai, der foreslår brugen af ​​computersimuleringer, der kunne udføres, mens laboratorieforskningen på Brown blev sat på pause på grund af pandemien.

"Dette er virkelig et godt eksempel på, hvordan forskellige discipliner hurtigt kan samles og producere værdifulde resultater, " sagde Bailey. "Jeg talte kort med Kenny om denne idé, og inden for tre eller fire dage var hans hold allerede i gang med nogle indledende tests. Det er en af ​​de gode ting ved at være på et sted som Brown, hvor folk er ivrige efter at samarbejde og arbejde på tværs af fag."