Een nieuwe studie van luchtstroompatronen in de passagierscabine van een auto biedt enkele suggesties om het risico op overdracht van COVID-19 mogelijk te verminderen terwijl u ritten deelt met anderen.

De studie, door een team van onderzoekers van de Brown University, gebruikte computermodellen om de luchtstroom in een compacte auto te simuleren met verschillende combinaties van ramen open of dicht. De simulaties toonden aan dat het openen van ramen - hoe meer ramen hoe beter - luchtstroompatronen creëerden die de concentratie van zwevende deeltjes die tussen een bestuurder en een enkele passagier werden uitgewisseld drastisch verminderd. Door het ventilatiesysteem van de auto te laten circuleren, circuleerde de lucht niet zo goed als een paar open ramen, vonden de onderzoekers.

"Rijden met de ramen omhoog en de airconditioning of verwarming aan is absoluut het slechtste scenario, volgens onze computersimulaties, " zei Asimanshu Das, een afgestudeerde student aan Brown's School of Engineering en co-hoofdauteur van het onderzoek. "Het beste scenario dat we vonden, was dat alle vier de vensters openstonden, maar zelfs een of twee open hebben was veel beter dan ze allemaal gesloten te hebben."

Das leidde het onderzoek samen met Varghese Mathai, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij Brown die nu een assistent-professor natuurkunde is aan de Universiteit van Massachusetts, Amherst. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

De onderzoekers benadrukken dat er geen manier is om risico's volledig uit te sluiten - en, natuurlijk, Volgens de huidige richtlijnen van de Amerikaanse Centers for Disease Control (CDC) is het uitstellen van reizen en thuisblijven de beste manier om de persoonlijke en gemeenschapsgezondheid te beschermen. Het doel van het onderzoek was simpelweg om te onderzoeken hoe veranderingen in de luchtstroom in een auto het risico op overdracht van ziekteverwekkers kunnen verergeren of verminderen.

De computermodellen die in het onderzoek zijn gebruikt, simuleerden een auto, losjes gebaseerd op een Toyota Prius, met twee mensen erin - een bestuurder en een passagier op de achterbank aan de andere kant van de bestuurder. De onderzoekers kozen voor die opstelling omdat het de fysieke afstand tussen de twee mensen maximaliseert (hoewel nog steeds minder dan de 6 voet aanbevolen door de CDC). De modellen simuleerden de luchtstroom rond en in een auto die met een snelheid van 80 kilometer per uur reed. evenals de beweging en concentratie van aërosolen afkomstig van zowel bestuurder als passagier. Aerosolen zijn kleine deeltjes die voor langere tijd in de lucht kunnen blijven hangen. Men denkt dat ze een manier zijn waarop het SARS-CoV-2-virus wordt overgedragen, vooral in gesloten ruimtes.

Een deel van de reden dat het openen van ramen beter is in termen van aerosoltransmissie, is omdat het het aantal luchtverversingen per uur (ACH) in de auto verhoogt, wat helpt om de algehele concentratie van aerosolen te verminderen. Maar ACH was slechts een deel van het verhaal, zeggen de onderzoekers. De studie toonde aan dat verschillende combinaties van open ramen verschillende luchtstromen in de auto veroorzaakten die de blootstelling aan resterende aerosolen konden verhogen of verlagen.

Door de manier waarop lucht langs de buitenkant van de auto stroomt, de luchtdruk bij de achterruiten is meestal hoger dan de druk bij de voorruiten. Als resultaat, lucht heeft de neiging om de auto binnen te komen via de achterruiten en uit te gaan via de voorruiten. Met alle ramen open, deze neiging creëert twee min of meer onafhankelijke stromen aan weerszijden van de cabine. Aangezien de inzittenden in de simulaties aan weerszijden van de cabine zaten, er worden maar heel weinig deeltjes tussen de twee overgedragen. De bestuurder loopt in dit scenario een iets hoger risico dan de passagier omdat de gemiddelde luchtstroom in de auto van achter naar voren gaat, maar beide inzittenden ervaren een dramatisch lagere overdracht van deeltjes in vergelijking met elk ander scenario.

De simulaties voor scenario's waarin sommige, maar niet alle vensters zijn uitgeschakeld, leverden enkele mogelijk contra-intuïtieve resultaten op. Bijvoorbeeld, men zou verwachten dat het openen van ramen direct naast elke bewoner de eenvoudigste manier zou zijn om blootstelling te verminderen. Uit de simulaties bleek dat hoewel deze configuratie beter is dan helemaal geen vensters, het brengt een hoger blootstellingsrisico met zich mee in vergelijking met het neerzetten van het raam tegenover elke bewoner.

"Als de ramen tegenover de bewoners open staan, je krijgt een stroom die de auto binnenkomt achter de bestuurder, veegt over de cabine achter de passagier en gaat dan uit het raam aan de passagierszijde, " zei Kenny Breuer, een professor in de techniek bij Brown en een senior auteur van het onderzoek. "Dat patroon helpt kruisbesmetting tussen bestuurder en passagier te verminderen."

Het is belangrijk op te merken, zeggen de onderzoekers, dat aanpassingen van de luchtstroom geen vervanging zijn voor het dragen van een masker door beide inzittenden in een auto. En de bevindingen zijn beperkt tot mogelijke blootstelling aan aanhoudende aerosolen die pathogenen kunnen bevatten. De studie modelleerde geen grotere ademhalingsdruppels of het risico om daadwerkelijk door het virus te worden geïnfecteerd.

Nog altijd, de onderzoekers zeggen dat de studie waardevolle nieuwe inzichten biedt in luchtcirculatiepatronen in het passagierscompartiment van een auto - iets dat tot nu toe weinig aandacht had gekregen.

"Dit is de eerste studie waarvan we weten dat er echt naar het microklimaat in een auto is gekeken, Breuer zei. "Er waren enkele onderzoeken geweest waarin werd gekeken hoeveel externe vervuiling in een auto terechtkomt, of hoe lang sigarettenrook in een auto blijft hangen. Maar dit is de eerste keer dat iemand de luchtstroompatronen in detail heeft bekeken."

Het onderzoek is voortgekomen uit een COVID-19-onderzoekstaskforce die bij Brown is opgericht om expertise van de hele universiteit te verzamelen om zeer uiteenlopende aspecten van de pandemie aan te pakken. Jeffrey Bailey, een universitair hoofddocent pathologie en laboratoriumgeneeskunde en een co-auteur van de luchtstroomstudie, leidt de groep. Bailey was onder de indruk van hoe snel het onderzoek tot stand kwam, waarbij Mathai het gebruik van computersimulaties suggereerde die konden worden gedaan terwijl laboratoriumonderzoek bij Brown werd onderbroken vanwege de pandemie.

"Dit is echt een geweldig voorbeeld van hoe verschillende disciplines snel kunnen samenkomen en waardevolle bevindingen kunnen opleveren, " zei Bailey. "Ik sprak kort met Kenny over dit idee, en binnen drie of vier dagen was zijn team al bezig met wat voorbereidende tests. Dat is een van de geweldige dingen van op een plek als Brown zijn, waar mensen staan ​​te popelen om samen te werken en over disciplines heen te werken."