Krachtige en snelle luchtuitwisselingen zijn misschien niet altijd een goede zaak als het gaat om het aanpakken van niveaus van coronavirusdeeltjes in een gebouw met meerdere kamers, volgens een nieuwe modelstudie.

De studie suggereert dat, in een meerkamergebouw, snelle luchtuitwisselingen kunnen het virus in hoge concentraties snel vanuit de bronkamer naar andere kamers verspreiden. Het deeltjesniveau stijgt binnen 30 minuten in aangrenzende kamers en kan tot ongeveer 90 minuten verhoogd blijven.

De bevindingen, online gepubliceerd in definitieve vorm 15 april in het tijdschrift Gebouw en omgeving , komen van een team van onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy. Het team omvat zowel bouw- en HVAC-experts als experts op het gebied van aerosoldeeltjes en virale materialen.

"De meeste studies hebben gekeken naar deeltjesniveaus in slechts één kamer, en voor een eenkamergebouw, verhoogde ventilatie is altijd nuttig om hun concentratie te verminderen, " zei Leonard Pease, hoofdauteur van de studie. "Maar voor een gebouw met meer dan één kamer, luchtuitwisselingen kunnen een risico vormen in de aangrenzende kamers door de virusconcentraties sneller te verhogen dan anders het geval zou zijn.

"Om te begrijpen wat er gebeurt, bedenk hoe passief roken door een gebouw wordt verspreid. In de buurt van de bron, luchtuitwisseling vermindert de rook in de buurt van de persoon, maar kan de rook op lagere niveaus naar nabijgelegen kamers verspreiden, " Pease toegevoegd. "Het risico is niet nul, voor elke luchtwegaandoening."

Het team modelleerde de verspreiding van deeltjes vergelijkbaar met SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt, via luchtbehandelingssystemen. Wetenschappers hebben gemodelleerd wat er gebeurt nadat een persoon een hoestbui van vijf minuten heeft gehad in een kamer van een klein kantoorgebouw met drie kamers, simulaties draaien met deeltjes van vijf micron.

Onderzoekers keken naar de effecten van drie factoren:verschillende niveaus van filtratie, verschillende snelheden van opname van buitenlucht in de luchttoevoer van het gebouw, en verschillende ventilatiesnelheden of luchtwisselingen per uur. Voor benedenstroomse kamers, ze vonden een verwacht duidelijk voordeel van het verhogen van de buitenlucht en het verbeteren van de filtering, maar het effect van een verhoogde ventilatiesnelheid was minder duidelijk.

Meer schone buitenlucht vermindert transmissie

Wetenschappers bestudeerden de effecten van het toevoegen van verschillende hoeveelheden buitenlucht aan de luchttoevoer van het gebouw, van geen buitenlucht tot 33 procent van de luchttoevoer van het gebouw per uur. Zoals verwacht, de opname van meer schone buitenlucht verminderde het transmissierisico in de aangesloten kamers. Vervanging van een derde van de lucht in een gebouw per uur door schone buitenlucht in benedenstroomse kamers verminderde het infectierisico met ongeveer 20 procent in vergelijking met de lagere niveaus van buitenlucht die gewoonlijk in gebouwen worden gebruikt. Het team merkte op dat het model ervan uitging dat de buitenlucht schoon en virusvrij was.

"Meer buitenlucht is duidelijk een goede zaak voor het overdrachtsrisico, zolang de lucht vrij is van virussen, ' zei Peas.

Sterke filtratie vermindert transmissie

De tweede onderzochte factor – sterke filtratie – was ook zeer effectief in het verminderen van de overdracht van het coronavirus.

Het team bestudeerde de effecten van drie filtratieniveaus:MERV-8, MERV-11, en MERV-13, waarbij MERV staat voor minimale efficiëntie rapportagewaarde, een gebruikelijke maatstaf voor filtratie. Een hoger getal vertaalt zich in een sterker filter.

Filtratie verminderde de kans op infectie in de aangesloten kamers aanzienlijk. Een MERV-8-filter verlaagde het piekniveau van virale deeltjes in verbonden kamers tot slechts 20 procent van wat het was zonder filtratie. Een MERV-13-filter verlaagde de piekconcentratie van virale deeltjes in een verbonden ruimte met 93 procent, tot minder dan een tiende van wat het was met een MERV-8-filter. De onderzoekers merken op dat de sterkere filters vaker voorkomen sinds het begin van de pandemie.

Ventilatie verhogen - een complexer plaatje

De meest verrassende bevinding van het onderzoek betrof ventilatie - het effect van wat onderzoekers luchtveranderingen per uur noemen. Wat goed is voor de bronruimte - het transmissierisico in de ruimte met 75 procent verminderen - is niet zo goed voor verbonden ruimten. Het team ontdekte dat een snelle luchtuitwisseling, 12 luchtwisselingen per uur, kan binnen enkele minuten een piek in virale deeltjesniveaus veroorzaken in verbonden kamers. Dit verhoogt het risico op infectie in die kamers gedurende enkele minuten tot meer dan 10 keer wat het was bij lagere luchtuitwisselingssnelheden. Het hogere transmissierisico in verbonden kamers blijft ongeveer 20 minuten aanwezig.

"Voor de bronkamer, duidelijk meer ventilatie is een goede zaak. Maar die lucht gaat ergens heen, "zei Pease. "Misschien is meer ventilatie niet altijd de oplossing."

De gegevens interpreteren

"Er zijn veel factoren om rekening mee te houden, en de risicoberekening is voor elk geval anders, ' zei Pease. 'Hoeveel mensen zijn er in het gebouw en waar bevinden ze zich? Hoe groot is het gebouw? Hoeveel kamers? Er zijn op dit moment niet veel gegevens over hoe virale deeltjes zich verplaatsen in gebouwen met meerdere kamers.

"Deze cijfers zijn heel specifiek voor dit model - dit specifieke type model, de hoeveelheid virale deeltjes die door een persoon wordt uitgestoten. Elk gebouw is anders, en er moet meer onderzoek worden gedaan, ’ voegde Pease eraan toe.

Co-auteur Timothy Salsbury, een expert op het gebied van gebouwenbeheer, merkt op dat veel van de afwegingen afhankelijk van de omstandigheden kunnen worden gekwantificeerd en gewogen.

"Sterkere filtratie vertaalt zich in hogere energiekosten, evenals het binnenbrengen van meer buitenlucht dan normaal gesproken bij normale bedrijfsvoering zou worden gebruikt. Onder veel omstandigheden, de energieboete voor het verhoogde ventilatorvermogen dat nodig is voor sterke filtratie is minder dan de energieboete voor het verwarmen of koelen van extra buitenlucht, ' zei Salsbury.

"Er zijn veel factoren om in evenwicht te brengen:filtratieniveau, buitenluchtniveaus, luchtverversing - om het transmissierisico te minimaliseren. Gebouwbeheerders hebben zeker hun werk voor hen, " hij voegde toe.

Aanvullende experimentele onderzoeken aan de gang

Het team voert al een reeks experimentele onderzoeken uit in dezelfde lijn als de modelstudie. Net als de nieuw gepubliceerde studie, de aanvullende analyses kijken naar de effecten van filtratie, buitenluchtopname en luchtveranderingen.

Deze lopende onderzoeken hebben betrekking op echte deeltjes gemaakt van slijm (zonder het werkelijke SARS-CoV-2-virus) en houden rekening met verschillen tussen deeltjes die uit verschillende delen van de luchtwegen worden verdreven, zoals de mondholte, het strottenhoofd, en de longen. Onderzoekers zetten een aërosolmachine in die de virusachtige deeltjes verspreidt zoals ze zouden worden verspreid door een hoest, evenals fluorescerende volgtechnologie om te controleren waar ze naartoe gaan. Andere factoren zijn onder meer variërende deeltjesgroottes, hoe lang virale deeltjes waarschijnlijk besmettelijk zijn, en wat er gebeurt als ze vallen en vergaan.