Ciągłe ryzyko zakażenia się nowym koronawirusem beta SARS-CoV-2 doprowadziło do intensywnych dyskusji w wielu krajach na temat sposobów ograniczenia rozprzestrzeniania się wirusów w pomieszczeniach. Przyjrzyjmy się dotychczasowym wnioskom, które oprócz tego, że wskazują na zasadniczą rolę odpowiedniej wymiany powietrza, to umożliwiają także odpowiedni dobór i zwymiarowanie urządzeń wentylacyjnych.

W życiu codziennym zawsze istnieje ryzyko transmisji wirusa w pomieszczeniach zamkniętych, w których znajduje się kilka osób, jeśli nie jest przez nie używana odzież ochronna, która wykracza poza osłonę ust i nosa. Tym niemniej wentylacja kontrolowana (mechaniczna) lub odpowiednio intensywna wentylacja naturalna, oprócz dezynfekcji, okazują się bardzo skuteczne w walce z rozprzestrzenianiem się wirusów. Jeżeli nie ma wentylacji mechanicznej, a intensywna wentylacja okienna jest uciążliwa czy wręcz niemożliwa (np. zimą), zalecane jest stosowanie oczyszczaczy powietrza. Odpowiedni filtr może w tym przypadku znacznie zredukować ilość szkodliwych mikrobów unoszących się w powietrzu.

Oczyszczanie aerozoli
Wirusy mogą być przenoszone między ludźmi na trzy sposoby bez bezpośredniego kontaktu fizycznego: poprzez powierzchnie kontaktowe, drogą kropelkową lub wraz z tzw. aerozolami. Na dwie pierwsze drogi transmisji wirusa nie ma bezpośredniego wpływu zastosowanie systemów wentylacji i klimatyzacji. Natomiast aerozole, które są mieszaninami zawieszonych cząstek stałych i ciekłych, małych kropelek, mogą dalej rozprzestrzeniać takie wirusy jak Covid-19. Te małe cząsteczki powstają w powietrzu podczas mówienia, oddychania, kaszlu, kichania, a przede wszystkim podczas rozmowy. W zamkniętych pomieszczeniach zanikają dopiero po 8-14 min, ale przy słabej wentylacji pomieszczeń lub jej braku – mogą gromadzić się tam godzinami i być zaraźliwe. Prawdopodobieństwo transmisji występuje wtedy nawet przy zachowaniu dystansu między osobami 1,5 m.

Obecnie toczy się dyskusja na temat oczyszczaczy powietrza, które skutecznie będą usuwać aktywne wirusy przenoszone na cząsteczkach aerozolu w pomieszczeniu. Filtrowanie powietrza nie ma wpływu na stężenie CO₂ i dlatego efektu czyszczenia nie można kontrolować za pomocą stężenia CO₂. Większość aerozoli jest emitowana nieregularnie z odzieży, skóry i wszystkich innych powierzchni w pomieszczeniu. Dodam, że zanieczyszczenie powietrza pyłem zawieszonym również określane jest jako droga przenoszenia się wirusów.

Odpowiedni filtr powietrza
W przypadku stosowania oczyszczacza powietrza, efektywny strumień objętości V_OP,ef można obliczyć w odniesieniu do pomieszczenia, biorąc pod uwagę bezwzględny przepływ objętościowy przez urządzenie, stopień separacji zastosowanego materiału filtrującego η_F lub stopień oddzielenia filtra oraz wydajność wentylacji ε^c_i. Zależność tę przedstawia równanie (1): Strumień objętościowy V_OP odnosi się do wydajności urządzenia i jest określany przez producenta lub przy użyciu odpowiedniej metody. W przypadku wirusów przenoszonych na powierzchni cząsteczek aerozolu, należy wziąć pod uwagę skuteczność filtracji filtra w zakresie klasy wielkości PM1 (średnica aerodynamiczna ≤ 1 µm). Efektywność separacji frakcyjnej filtra η_F jest określona przez producenta materiału filtrującego zgodnie z normą ISO 16890 (DIN EN ISO 16890-1). Przykładowo: klasa filtracyjna ISO ePM1 90% oznacza, że oddzielanych jest 90% cząstek w zakresie od 0,3 do 1 μm. Filtry cząstek stałych o wyższej jakości (HEPA 13 i 14) oddzielają prawie wszystkie cząstki w tej klasie wielkości.
Producenci urządzeń filtrujących muszą zapewnić, że określony strumień objętości oczyszczacza powietrza jest całkowicie prowadzony przez filtr. Ewentualny wyciek należy odjąć od strumienia objętości urządzenia, ponieważ ta część nie przyczynia się do oczyszczania powietrza.

Wymagany strumień świeżego lub oczyszczonego powietrza
Badanie „Przewidywane ryzyko zakażenia przenoszeniem przez aerozole SARS-COV-2” (PIRA%), przeprowadzone na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie, umożliwiło obliczanie wymaganego strumienia powietrza świeżego (wolnego od wirusów), aby zminimalizować infekcję. Za pomocą tego narzędzia wcześniej należy obliczyć prawdopodobieństwo (PIRA%) zarażenia się wirusem po określonym czasie przebywania w wyznaczonym pomieszczeniu. Jako podstawę przyjmuje się, że w pomieszczeniu tym znajduje się jedna osoba zarażona. Kalkulator potrzebuje długości, szerokości i wysokości pomieszczenia. Należy również określić całkowitą liczbę osób w pomieszczeniu i ilość powietrza świeżego lub oczyszczanego. Można również dostosować aktywność osób w pomieszczeniu, określić, czy stosują ochronę ust i nosa oraz sposób wentylacji pomieszczenia.

Do obliczenia wymaganej objętości powietrza wolnego od wirusów Qsp (powietrze świeże lub przefiltrowane) wykorzystuje się poniższe równanie (3): Przykład obliczeń i wnioski. Wykonując obliczenia, korzystałem z kalkulatora dostępnego na: https://hri-pira.github. Obliczenie przeprowadziłem dla 10 osób, w tym jednej zakażonej, przebywającej w pomieszczeniu o wymiarach 10 x 10 x 3 m (źle wentylowanym, bo wymiana była na poziomie zaledwie 240 m³/h świeżego powietrza). Ustaliłem, że ryzyko infekcji (PIRA) powinno wynosić maksymalnie 4,2%, jeśli zakłada się zarażenie tylko jednej, kolejnej osoby, przy czym:

• jeżeli wspomniane osoby spędzają razem w tym pomieszczaniu godzinę, to ilość powietrza filtrowanego powinna wynosić 500 m³/h (aby zachować ryzyko zakażenia na poziomie 4,2%);
• gdy spędzają tam cztery godziny, to ilość świeżego, filtrowanego powietrza powinna wynosić 2000 m³/h.

Przykład pokazuje wyraźnie, że im dłuższy czas pobytu zakażonych i zdrowych osób we wspólnych pomieszczeniach, tym większa powinna być intensywność wentylacji.
Zależność jest wprost proporcjonalna.
! W kontekście ochrony przed rozprzestrzenianiem się wirusów, wymiarowanie wymaganej ilości powietrza zgodnie ze stałym współczynnikiem wymiany powietrza jest więc nieodpowiednie. Do małych pomieszczeń dostarcza się wówczas małą ilość powietrza nawiewanego, do dużych – dużą, bez związku z ryzykiem infekcji.

Czas pobytu i filtry HEPA
Dostarczanie do pomieszczeń powietrza wolnego od wirusów, a tym samym usuwanie powietrza zawierającego wirusy, pomaga zmniejszyć ryzyko infekcji. Im większa ilość powietrza nawiewanego lub filtrowanego, tym lepszy efekt. Jednak wraz ze wzrostem ilości powietrza nawiewanego efekt ten słabnie („ostatni procent jest zawsze najtrudniejszy”). Jeżeli nie można przekroczyć określonego ryzyka infekcji dla danej wielkości pomieszczenia, należy dobrać ilość powietrza nawiewanego w zależności od czasu wspólnego przebywania ludzi w pomieszczeniu.
Tak zwane filtry HEPA (wysokowydajne filtry powietrza cząstek stałych) sprawdzają się od dziesięcioleci w wielu obiektach, zapobiegając rozprzestrzenianiu się aerozoli i zmniejszając ilość mikroorganizmów unoszących się w powietrzu. W czasie COVID-19 taki filtr jest ważniejszy niż kiedykolwiek. Może on usuwać nawet najmniejsze drobnoustroje w powietrzu: nie tylko bakterie i wirusy chorobotwórcze, ale także kurz, pyłki, pleśń i cząsteczki dymu. Materiałem filtrującym są w tych filtrach ultracienkie mikrowłókniny szklane, odpowiednio pofałdowane w celu utworzenia warstwy filtrującej o powierzchni od 40 do 100 razy większej niż jej zewnętrzne wymiary.


Źródła:
[1] Kriegel, Martin: Number of particles loaded with SARS-CoV-2 in the room air and its inhaled quantity, and the evaluation of the risk of infection to infect yourself with Covid-19 through them, 10.2020
[2] Oliver Höfert, Maciej Danielak: Comparison of three different ventilation approaches for an open office space regarding pathogen distribution and thermal comfort by CFD, ASHRAE, 02.2021
[3] D. Müller, K. Rewitz, D. Derwein, T. M. Burgholz, M. Schweiker, J. Bardey, P. Tappler, Abschätzung des Infektionsrisikos durch aerosolgebundene Viren in belüfteten Räumen, White Paper, RWTH-EBC 2020-005, Aachen, 2020, DOI: 10.18154/RWTH-2020-11340
[4] www.kampmann.pl