Hurtigere luftudskiftning i bygninger er ikke altid gavnligt for coronavirus-niveauer

Kraftige og hurtige luftudvekslinger er måske ikke altid en god ting, når det kommer til at håndtere niveauer af coronavirus-partikler i en flerrumsbygning, ifølge en ny modelundersøgelse.

Undersøgelsen tyder på, at i en multirumsbygning, hurtige luftudvekslinger kan sprede virussen hurtigt fra kilderummet til andre rum i høje koncentrationer. Partikelniveauet stiger i tilstødende rum inden for 30 minutter og kan forblive forhøjet i op til cirka 90 minutter.

Fundene, offentliggjort online i endelig form 15. april i tidsskriftet Bygning og Miljø , kommer fra et hold forskere ved det amerikanske energiministeriums Pacific Northwest National Laboratory. Teamet omfatter bygge- og HVAC-eksperter samt eksperter i aerosolpartikler og virale materialer.

"De fleste undersøgelser har set på partikelniveauer i kun ét rum, og for en et-værelses bygning, øget ventilation er altid nyttig til at reducere deres koncentration, " sagde Leonard Pease, hovedforfatter af undersøgelsen. "Men for en bygning med mere end et rum, luftudskiftninger kan udgøre en risiko i de tilstødende rum ved at hæve viruskoncentrationerne hurtigere, end der ellers ville ske.

"For at forstå, hvad der sker, overveje, hvordan passiv rygning fordeler sig i en bygning. Tæt på kilden, luftskifte reducerer røgen i nærheden af ​​personen, men kan fordele røgen på lavere niveauer i nærliggende rum, Pease tilføjede. "Risikoen er ikke nul, for enhver luftvejssygdom."

Holdet modellerede spredningen af ​​partikler svarende til SARS-CoV-2, virus, der forårsager COVID-19, via luftbehandlingssystemer. Forskere modellerede, hvad der sker, efter en person har en fem-minutters hosteanfald i et rum i en tre-værelses lille kontorbygning, kører simuleringer med partikler på fem mikron.

Forskere så på virkningerne af tre faktorer:forskellige niveauer af filtrering, forskellige hastigheder for udelufts inkorporering i bygningens luftforsyning, og forskellige hastigheder af ventilation eller luftskift i timen. For nedstrøms rum, de fandt en forventet klar fordel ved at øge udendørsluften og forbedre filtreringen, men effekten af ​​øget ventilationshastighed var mindre tydelig.

Mere ren udendørs luft reducerer transmissionen

Forskere undersøgte virkningerne af at tilføje varierende mængder udendørs luft til bygningens luftforsyning, fra ingen udeluft til 33 procent af bygningens lufttilførsel i timen. Som forventet, indbygning af mere ren udeluft reducerede transmissionsrisikoen i de forbundne rum. Udskiftning af en tredjedel af en bygnings luft i timen med ren udeluft i nedstrøms lokaler reducerede infektionsrisikoen med omkring 20 procent sammenlignet med de lavere niveauer af udendørsluft, der almindeligvis indgår i bygninger. Holdet bemærkede, at modellen antog, at udendørsluften var ren og virusfri.

"Mere udeluft er klart en god ting for overførselsrisikoen, så længe luften er fri for virus, " sagde Pease.

Stærk filtrering reducerer transmissionen

Den anden faktor, der blev undersøgt - stærk filtrering - var også meget effektiv til at reducere overførslen af ​​coronavirus.

Holdet undersøgte virkningerne af tre niveauer af filtrering:MERV-8, MERV-11, og MERV-13, hvor MERV står for minimal effektivitetsrapporteringsværdi, et almindeligt mål for filtrering. Et højere tal betyder et stærkere filter.

Filtrering reducerede risikoen for infektion i de forbundne rum markant. Et MERV-8-filter reducerede topniveauet af virale partikler i forbundne rum til kun 20 procent, hvad det var uden filtrering. Et MERV-13-filter sænkede den maksimale koncentration af virale partikler i et forbundet rum med 93 procent, til mindre end en tiendedel af, hvad det var med et MERV-8-filter. Forskerne bemærker, at de stærkere filtre er blevet mere almindelige, siden pandemien begyndte.

Øget ventilation - et mere komplekst billede

Det mest overraskende fund af undersøgelsen involverede ventilation - effekten af ​​det, forskerne kalder luftændringer i timen. Det, der er godt for kilderummet – at reducere transmissionsrisikoen i rummet med 75 procent – ​​er ikke så godt for forbundne rum. Holdet fandt ud af, at en hurtig luftudveksling, 12 luftskift i timen, kan forårsage en stigning i virale partikelniveauer inden for få minutter i forbundne rum. Dette øger risikoen for infektion i disse rum i nogle få minutter til mere end 10 gange, hvad den var ved lavere luftudvekslingshastigheder. Den højere transmissionsrisiko i forbundne rum forbliver i omkring 20 minutter.

"For kilderummet, mere ventilation er klart en god ting. Men den luft går et sted hen, " sagde Pease. "Måske er mere ventilation ikke altid løsningen."

Fortolkning af data

"Der er mange faktorer at overveje, og risikoberegningen er forskellig for hvert enkelt tilfælde, " sagde Pease. "Hvor mange mennesker er der i bygningen, og hvor er de placeret? Hvor stor er bygningen? Hvor mange rum? Der er ikke mange data på dette tidspunkt om, hvordan virale partikler bevæger sig i multirumsbygninger.

"Disse tal er meget specifikke for denne model - denne særlige type model, mængden af ​​virale partikler, der udskilles af en person. Hver bygning er anderledes, og der skal laves mere forskning, " tilføjede Pease.

Medforfatter Timothy Salsbury, en ekspert i bygningskontrol, bemærker, at mange af afvejningerne kan kvantificeres og vægtes afhængigt af omstændighederne.

"Stærkere filtrering betyder højere energiomkostninger, det samme gør indføring af mere udeluft, end der normalt ville blive brugt ved normale operationer. Under mange omstændigheder, energistraffen for den øgede blæsereffekt, der kræves til stærk filtrering, er mindre end energistraffen for opvarmning eller afkøling af yderligere udendørsluft, " sagde Salsbury.

"Der er mange faktorer, der skal balancere - filtreringsniveau, udendørs luftniveauer, luftudskiftning - for at minimere transmissionsrisikoen. Bygningsledere har bestemt deres arbejde skåret for dem, " han tilføjede.

Yderligere eksperimentelle undersøgelser i gang

Holdet udfører allerede en række eksperimentelle undersøgelser på samme måde som modelleringsstudiet. Ligesom den nyligt offentliggjorte undersøgelse, de yderligere analyser ser på virkningerne af filtrering, udendørs luftindbygning og luftskift.

Disse igangværende undersøgelser involverer ægte partikler lavet af slim (ikke inkorporerer den faktiske SARS-CoV-2-virus) og overvejer forskelle mellem partikler, der udstødes fra forskellige dele af luftvejene, såsom mundhulen, strubehovedet, og lungerne. Efterforskere anvender en aerosoliseringsmaskine, der spreder de viruslignende partikler, ligesom de ville blive spredt af en hoste, samt fluorescerende sporingsteknologi til at overvåge, hvor de går. Andre faktorer omfatter varierende partikelstørrelser, hvor længe viruspartikler sandsynligvis er infektiøse, og hvad sker der, når de falder og forfalder.