Scambi d'aria vigorosi e rapidi potrebbero non essere sempre una buona cosa quando si tratta di affrontare i livelli di particelle di coronavirus in un edificio multiroom, secondo un nuovo studio di modellistica.

Lo studio suggerisce che, in un edificio multiroom, rapidi scambi d'aria possono diffondere rapidamente il virus dalla stanza di origine in altre stanze ad alte concentrazioni. I livelli di particelle aumentano nelle stanze adiacenti entro 30 minuti e possono rimanere elevati fino a circa 90 minuti.

Le scoperte, pubblicato online in forma definitiva il 15 aprile sulla rivista Edilizia e Ambiente , provengono da un team di ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Il team comprende esperti edili e HVAC, nonché esperti in particelle di aerosol e materiali virali.

"La maggior parte degli studi ha esaminato i livelli di particelle in una sola stanza, e per un edificio di una stanza, una maggiore ventilazione è sempre utile per ridurne la concentrazione, " disse Leonard Pease, autore principale dello studio. "Ma per un edificio con più di una stanza, gli scambi d'aria possono rappresentare un rischio nei locali adiacenti elevando le concentrazioni di virus più rapidamente di quanto si verificherebbe altrimenti.

"Per capire cosa sta succedendo, considera come il fumo passivo viene distribuito in un edificio. Vicino alla fonte, il ricambio d'aria riduce il fumo vicino alla persona ma può distribuire il fumo a livelli inferiori nelle stanze vicine, " Pease ha aggiunto. "Il rischio non è zero, per qualsiasi malattia respiratoria».

Il team ha modellato la diffusione di particelle simili a SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, tramite sistemi di trattamento dell'aria. Gli scienziati hanno modellato cosa succede dopo che una persona ha un attacco di tosse di cinque minuti in una stanza di un piccolo edificio di tre stanze per uffici, simulazioni in esecuzione con particelle di cinque micron.

I ricercatori hanno esaminato gli effetti di tre fattori:diversi livelli di filtrazione, diverse velocità di incorporazione dell'aria esterna nella fornitura d'aria dell'edificio, e diverse velocità di ventilazione o ricambio d'aria all'ora. Per i locali a valle, hanno riscontrato un chiaro vantaggio atteso dall'aumento dell'aria esterna e dal miglioramento del filtraggio, ma l'effetto dell'aumento del tasso di ventilazione era meno evidente.

L'aria esterna più pulita riduce la trasmissione

Gli scienziati hanno studiato gli effetti dell'aggiunta di quantità variabili di aria esterna alla fornitura d'aria dell'edificio, da assenza di aria esterna al 33 percento della fornitura d'aria dell'edificio all'ora. Come previsto, l'incorporazione di aria esterna più pulita ha ridotto il rischio di trasmissione nei locali collegati. La sostituzione di un terzo dell'aria di un edificio all'ora con aria esterna pulita nelle stanze a valle ha ridotto il rischio di infezione di circa il 20% rispetto ai livelli inferiori di aria esterna comunemente inclusi negli edifici. Il team ha notato che il modello presumeva che l'aria esterna fosse pulita e priva di virus.

"Più aria esterna è chiaramente una buona cosa per il rischio di trasmissione, finché l'aria è priva di virus, "disse Pesa.

La forte filtrazione riduce la trasmissione

Anche il secondo fattore studiato, una forte filtrazione, è stato molto efficace nel ridurre la trasmissione del coronavirus.

Il team ha studiato gli effetti di tre livelli di filtrazione:MERV-8, MERV-11, e MERV-13, dove MERV sta per valore di reporting di efficienza minima, una misura comune di filtrazione. Un numero più alto si traduce in un filtro più forte.

La filtrazione ha ridotto notevolmente le probabilità di infezione nelle stanze collegate. Un filtro MERV-8 ha ridotto il livello di picco delle particelle virali nelle stanze collegate ad appena il 20% di quello che era senza filtrazione. Un filtro MERV-13 ha abbattuto del 93 percento la concentrazione massima di particelle virali in una stanza collegata, a meno di un decimo di quello che era con un filtro MERV-8. I ricercatori notano che i filtri più forti sono diventati più comuni dall'inizio della pandemia.

Aumentare la ventilazione:un quadro più complesso

La scoperta più sorprendente dello studio riguardava la ventilazione, l'effetto di ciò che i ricercatori chiamano cambi d'aria all'ora. Ciò che è positivo per la stanza di origine, ovvero ridurre il rischio di trasmissione all'interno della stanza del 75%, non è altrettanto positivo per le stanze collegate. Il team ha scoperto che un rapido tasso di ricambio d'aria, 12 ricambi d'aria all'ora, può causare un picco dei livelli di particelle virali in pochi minuti nelle stanze collegate. Ciò aumenta il rischio di infezione in quelle stanze per pochi minuti a più di 10 volte rispetto a quello che era con tassi di ricambio d'aria inferiori. Il rischio di trasmissione più elevato nelle stanze collegate rimane per circa 20 minuti.

"Per la stanza della sorgente, chiaramente più ventilazione è una buona cosa. Ma quell'aria va da qualche parte, " ha detto Pease. "Forse più ventilazione non è sempre la soluzione."

Interpretare i dati

"Ci sono molti fattori da considerare, e il calcolo del rischio è diverso per ogni caso, " ha detto Pease. "Quante persone ci sono nell'edificio e dove si trovano? Quanto è grande l'edificio? Quante stanze? Non ci sono molti dati a questo punto su come le particelle virali si muovono negli edifici multiroom.

"Questi numeri sono molto specifici per questo modello, questo particolare tipo di modello, la quantità di particelle virali rilasciate da una persona. Ogni edificio è diverso, e sono necessarie ulteriori ricerche, " Ha aggiunto Pes.

Co-autore Timothy Salsbury, un esperto di controllo degli edifici, osserva che molti dei compromessi possono essere quantificati e ponderati a seconda delle circostanze.

"Una filtrazione più forte si traduce in maggiori costi energetici, così come l'immissione di più aria esterna rispetto a quella normalmente utilizzata nelle normali operazioni. In molte circostanze, la penalità energetica per l'aumento della potenza del ventilatore richiesta per una forte filtrazione è inferiore alla penalità energetica per il riscaldamento o il raffreddamento dell'aria esterna aggiuntiva, " ha detto Salsbury.

"Ci sono molti fattori da bilanciare:livello di filtrazione, livelli dell'aria esterna, ricambio d'aria, per ridurre al minimo il rischio di trasmissione. I gestori di edifici hanno sicuramente il loro lavoro da fare, " Ha aggiunto.

Ulteriori studi sperimentali in corso

Il team sta già conducendo una serie di studi sperimentali sulla stessa linea dello studio di modellazione. Come lo studio appena pubblicato, le analisi aggiuntive esaminano gli effetti della filtrazione, incorporazione dell'aria esterna e ricambi d'aria.

Questi studi in corso coinvolgono particelle reali fatte di muco (che non incorporano l'effettivo virus SARS-CoV-2) e considerano le differenze tra le particelle espulse da varie parti del tratto respiratorio, come la cavità orale, la laringe, e i polmoni. Gli investigatori dispiegano una macchina aerosol che disperde le particelle simili a virus tanto quanto sarebbero disperse da un colpo di tosse, così come la tecnologia di tracciamento fluorescente per monitorare dove vanno. Altri fattori includono diverse dimensioni delle particelle, per quanto tempo le particelle virali possono essere infettive, e cosa succede quando cadono e si decompongono.