Un nuovo studio esamina come i modelli di flusso d'aria all'interno della cabina passeggeri di un'auto potrebbero influenzare la trasmissione di SARS-CoV-2 e altri agenti patogeni presenti nell'aria. Utilizzando simulazioni al computer, lo studio ha esaminato il rischio che le particelle di aerosol vengano condivise tra un guidatore e un passeggero in diverse configurazioni dei finestrini. Le tonalità più rosse indicano più particelle. È stato dimostrato che il rischio è maggiore con le finestre chiuse (in alto a sinistra), e decrescente ad ogni finestra aperta. Il caso migliore era avere tutte le finestre aperte (in basso a destra). Credito:laboratorio Breuer / Brown University
Un nuovo studio sui modelli di flusso d'aria all'interno dell'abitacolo di un'auto offre alcuni suggerimenti per ridurre potenzialmente il rischio di trasmissione di COVID-19 condividendo i viaggi con altri.
Lo studio, da un team di ricercatori della Brown University, modelli informatici utilizzati per simulare il flusso d'aria all'interno di un'auto compatta con varie combinazioni di finestre aperte o chiuse. Le simulazioni hanno mostrato che l'apertura dei finestrini, più finestrini, meglio è, ha creato schemi di flusso d'aria che hanno ridotto drasticamente la concentrazione di particelle sospese nell'aria scambiate tra un guidatore e un singolo passeggero. Far esplodere il sistema di ventilazione dell'auto non ha fatto circolare l'aria così bene come alcuni finestrini aperti, i ricercatori hanno scoperto.
"Guidare con i finestrini alzati e l'aria condizionata o il riscaldamento accesi è sicuramente lo scenario peggiore, secondo le nostre simulazioni al computer, " disse Asimanshu Das, uno studente laureato alla Brown's School of Engineering e co-autore della ricerca. "Lo scenario migliore che abbiamo trovato è stato avere tutte e quattro le finestre aperte, ma anche averne uno o due aperti era molto meglio che averli tutti chiusi."
Das ha co-diretto la ricerca con Varghese Mathai, un ex ricercatore post-dottorato alla Brown che ora è assistente professore di fisica all'Università del Massachusetts, Amherst. Lo studio è pubblicato sulla rivista Progressi scientifici .
Uno studio pubblicato oggi su Science Advances esamina come i modelli di flusso d'aria all'interno dell'abitacolo di un'auto potrebbero influenzare la trasmissione di SARS-CoV-2 e altri agenti patogeni presenti nell'aria. Le simulazioni hanno prodotto alcuni risultati potenzialmente controintuitivi. Per esempio, ci si potrebbe aspettare che aprire le finestre direttamente accanto a ciascun occupante possa essere il modo più semplice per ridurre l'esposizione. Le simulazioni hanno scoperto che mentre questa configurazione è migliore di nessuna finestra abbassata, comporta un rischio di esposizione maggiore rispetto alla chiusura del finestrino di fronte a ciascun occupante. "Quando le finestre di fronte agli occupanti sono aperte, si ottiene un flusso che entra nell'auto dietro al conducente, attraversa la cabina dietro il passeggero e poi esce dal finestrino anteriore lato passeggero, " disse Kenny Breuer, professore di ingegneria alla Brown e autore senior della ricerca. "Questo schema aiuta a ridurre la contaminazione incrociata tra guidatore e passeggero". Credito:laboratorio Breuer / Brown University
I ricercatori sottolineano che non c'è modo di eliminare completamente il rischio e, Certo, le attuali linee guida dei Centri statunitensi per il controllo delle malattie (CDC) rilevano che posticipare il viaggio e restare a casa è il modo migliore per proteggere la salute personale e della comunità. L'obiettivo dello studio era semplicemente quello di studiare come i cambiamenti nel flusso d'aria all'interno di un'auto possono peggiorare o ridurre il rischio di trasmissione di agenti patogeni.
I modelli informatici utilizzati nello studio hanno simulato un'automobile, vagamente basato su una Toyota Prius, con due persone all'interno:un guidatore e un passeggero seduti sul sedile posteriore dalla parte opposta rispetto al guidatore. I ricercatori hanno scelto quella disposizione dei posti a sedere perché massimizza la distanza fisica tra le due persone (sebbene comunque inferiore ai 6 piedi raccomandati dal CDC). I modelli hanno simulato il flusso d'aria intorno e all'interno di un'auto che si muove a 50 miglia all'ora, così come il movimento e la concentrazione di aerosol provenienti sia dal guidatore che dal passeggero. Gli aerosol sono minuscole particelle che possono rimanere nell'aria per lunghi periodi di tempo. Si pensa che siano un modo in cui si trasmette il virus SARS-CoV-2, soprattutto in ambienti chiusi.
Parte del motivo per cui l'apertura dei finestrini è migliore in termini di trasmissione di aerosol è perché aumenta il numero di ricambi d'aria all'ora (ACH) all'interno dell'auto, che aiuta a ridurre la concentrazione complessiva di aerosol. Ma ACH era solo una parte della storia, dicono i ricercatori. Lo studio ha mostrato che diverse combinazioni di finestrini aperti hanno creato diverse correnti d'aria all'interno dell'auto che potrebbero aumentare o diminuire l'esposizione agli aerosol rimanenti.
A sinistra c'è una simulazione al computer, a destra un'illustrazione grafica della stessa situazione. Mathai e colleghi suggeriscono che se non puoi aprire tutte le finestre, questa potrebbe essere una buona disposizione dei posti a sedere e uno scenario di regolazione della finestra. Credito:UMass Amherst/Mathai lab
A causa del modo in cui l'aria scorre all'esterno dell'auto, la pressione dell'aria vicino ai finestrini posteriori tende ad essere superiore alla pressione ai finestrini anteriori. Di conseguenza, l'aria tende ad entrare nell'auto dai finestrini posteriori ed uscire dai finestrini anteriori. Con tutte le finestre aperte, questa tendenza crea due flussi più o meno indipendenti ai lati della cabina. Poiché gli occupanti nelle simulazioni erano seduti ai lati opposti della cabina, pochissime particelle finiscono per essere trasferite tra i due. Il guidatore in questo scenario è a rischio leggermente più alto del passeggero perché il flusso d'aria medio nell'auto va da dietro a davanti, ma entrambi gli occupanti sperimentano un trasferimento di particelle notevolmente inferiore rispetto a qualsiasi altro scenario.
Le simulazioni per scenari in cui alcune finestre, ma non tutte, sono abbassate, hanno prodotto risultati forse controintuitivi. Per esempio, ci si potrebbe aspettare che aprire le finestre direttamente accanto a ciascun occupante possa essere il modo più semplice per ridurre l'esposizione. Le simulazioni hanno scoperto che mentre questa configurazione è migliore di nessuna finestra abbassata, comporta un rischio di esposizione maggiore rispetto alla chiusura del finestrino di fronte a ciascun occupante.
"Quando le finestre di fronte agli occupanti sono aperte, si ottiene un flusso che entra nell'auto dietro al conducente, attraversa la cabina dietro il passeggero e poi esce dal finestrino anteriore lato passeggero, " disse Kenny Breuer, professore di ingegneria alla Brown e autore senior della ricerca. "Questo schema aiuta a ridurre la contaminazione incrociata tra guidatore e passeggero".
È importante notare, dicono i ricercatori, che le regolazioni del flusso d'aria non sostituiscono l'uso della maschera da parte di entrambi gli occupanti quando si è all'interno di un'auto. E i risultati sono limitati alla potenziale esposizione ad aerosol persistenti che possono contenere agenti patogeni. Lo studio non ha modellato goccioline respiratorie più grandi o il rischio di essere effettivamente infettati dal virus.
Ancora, i ricercatori affermano che lo studio fornisce nuove preziose informazioni sui modelli di circolazione dell'aria all'interno dell'abitacolo di un'auto, qualcosa che aveva ricevuto poca attenzione prima d'ora.
"Questo è il primo studio di cui siamo a conoscenza che ha davvero esaminato il microclima all'interno di un'auto, " ha detto Breuer. "Ci sono stati alcuni studi che hanno esaminato quanto inquinamento esterno entra in un'auto, o per quanto tempo indugia il fumo di sigaretta in un'auto. Ma questa è la prima volta che qualcuno ha esaminato in dettaglio i modelli di flusso d'aria".
La ricerca è nata da una task force di ricerca COVID-19 istituita presso la Brown per raccogliere competenze provenienti da tutta l'Università per affrontare aspetti ampiamente diversi della pandemia. Jeffrey Bailey, professore associato di patologia e medicina di laboratorio e coautore dello studio sul flusso d'aria, guida il gruppo. Bailey è rimasto colpito dalla rapidità con cui la ricerca è stata realizzata, con Mathai che suggerisce l'uso di simulazioni al computer che potrebbero essere fatte mentre la ricerca di laboratorio alla Brown era in pausa per la pandemia.
"Questo è davvero un ottimo esempio di come diverse discipline possano unirsi rapidamente e produrre risultati preziosi, " ha detto Bailey. "Ho parlato brevemente con Kenny di questa idea, e nel giro di tre o quattro giorni la sua squadra stava già facendo dei test preliminari. Questa è una delle cose belle dell'essere in un posto come Brown, dove le persone sono desiderose di collaborare e lavorare attraverso le discipline."
