Secondo un nuovo studio di modellazione, gli scambi d’aria vigorosi e rapidi nei luoghi chiusi consigliati per far circolare l’aria, potrebbero non essere sempre una buona cosa, soprattutto quando si tratta di affrontare i livelli di particelle di coronavirus in un edificio multiroom. Lo studio suggerisce che, in un edificio multiroom, rapidi scambi d’aria possono diffondere rapidamente il virus dalla stanza della sorgente ad 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.
I risultati, pubblicati online in forma definitiva il 15 aprile sulla rivista Building and Environment , provengono da un team di ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Il team comprende esperti di costruzione 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 ridurre la loro concentrazione“, ha detto Leonard Pease, autore principale dello studio. “Ma per un edificio con più di una stanza, gli scambi d’aria possono rappresentare un rischio nelle stanze adiacenti aumentando le concentrazioni di virus più rapidamente di quanto accadrebbe 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”, ha aggiunto Pease. “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 COVID-19, tramite sistemi di trattamento dell’aria. Gli scienziati hanno modellato ciò che accade dopo che una persona ha un attacco di tosse per cinque minuti in una stanza di un piccolo edificio per uffici di tre stanze, eseguendo simulazioni con particelle di cinque micron.
I ricercatori hanno esaminato gli effetti di tre fattori: diversi livelli di filtrazione, diversi tassi di incorporazione dell’aria esterna nella fornitura d’aria dell’edificio e diversi tassi di ventilazione o cambi d’aria all’ora. Per le stanze a valle, hanno riscontrato un chiaro beneficio atteso dall’aumento dell’aria esterna e dal miglioramento del filtraggio, ma l’effetto dell’aumento del tasso di ventilazione era meno evidente.
Un’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, dall’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 nelle stanze collegate. 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, fintanto che l’aria è priva di virus”, ha detto Pease.
Una 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 minimo di rapporto di efficienza, 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 a solo il 20% di quello che era senza filtrazione. Un filtro MERV-13 ha abbattuto il picco di concentrazione di particelle virali in una stanza collegata del 93 percento, 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’immagine più complessa
La scoperta più sorprendente dello studio ha riguardato la ventilazione, l’effetto di ciò che i ricercatori chiamano cambi d’aria all’ora. Ciò che è positivo per la stanza sorgente – riducendo il rischio di trasmissione all’interno della stanza del 75% – non è così buono per le stanze collegate. Il team ha scoperto che un rapido ricambio d’aria, 12 cambi d’aria all’ora, può causare un picco nei 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 quello che era a tassi di cambio d’aria inferiori. Il rischio di trasmissione più elevato nelle stanze collegate permane per circa 20 minuti.
“Per la stanza della sorgente, chiaramente una maggiore ventilazione è una buona cosa. Ma quell’aria va da qualche parte“, ha detto Pease. “Forse una maggiore ventilazione non è sempre la soluzione.”
Interpretazione dei 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 che una persona versa. Ogni edificio è diverso e sono necessarie ulteriori ricerche“, ha aggiunto Pease.
Il coautore Timothy Salsbury, 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 costi energetici più elevati, così come l’introduzione di più aria esterna di quella normalmente utilizzata nelle normali operazioni. In molte circostanze, la penalità energetica per la maggiore potenza del ventilatore richiesta per una filtrazione forte è inferiore alla penalità energetica per il riscaldamento o raffreddare l’aria esterna aggiuntiva”, ha detto Salsbury.
“Ci sono molti fattori da bilanciare – livello di filtrazione, livelli di aria esterna, ricambio d’aria – per ridurre al minimo il rischio di trasmissione. I gestori degli edifici hanno sicuramente il loro bel 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 recentemente pubblicato, le analisi aggiuntive esaminano gli effetti della filtrazione, dell’incorporazione dell’aria esterna e dei cambi d’aria.
Questi studi in corso coinvolgono particelle reali costituite da muco (che non incorporano l’attuale 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 impiegano una macchina aerosol che disperde le particelle simili a virali tanto quanto verrebbero disperse da un colpo di tosse, oltre a una tecnologia di tracciamento fluorescente per monitorare dove vanno. Altri fattori includono dimensioni variabili delle particelle, per quanto tempo è probabile che le particelle virali siano infettive e cosa succede quando cadono e si decompongono.
