Snížení rizika nákazy díky inteligentní ventilaci

Jakmile překonáme pandemii, bude zajímavé sledovat, jak bude vypadat „nová norma“. Vrátí se zaměstnanci plně do svých kanceláří? Nebo vznikne nová preference pro flexibilnější pracovní dobu a hybridní práci (home office a kancelář)? V každém případě bude existovat nová zvýšená odpovědnost za zohlednění mikrobiologických hrozeb, jako je COVID-19, při zajišťování bezpečných vnitřních prostor.

V následujícím článku zkoumá Anu Kätkä, expertka na vnitřní klima ze společnosti Vaisala (Finsko), roli, kterou hrají ventilační systémy při ochraně osob v kancelářích a jiných pracovních prostorách před budoucími mikrobiologickými hrozbami. Vysvětluje také, proč je spolehlivé měření oxidu uhličitého klíčové, protože to představuje nejlepší ukazatel efektivního větrání.

Zjištění z COVID-19

COVID-19 je způsoben virem SARS-CoV-2, který se přenáší dvěma způsoby. Za prvé, viry mohou přežívat na površích až několik týdnů (1), zvláště při chladnějších teplotách místnosti (2). Následkem toho je možný přenos nemoci, když lidé sahají na infikované povrchy a virus přenášejí na ústa, nos nebo oči. Za druhé, virus se může šířit malými tekutými částicemi z úst nebo nosu infikovaných osob, když kašlou, kýchají, mluví nebo dýchají. Tyto tekuté částice se liší od větších dýchacích kapének po menší aerosoly s průměrem méně než 5 µm.

Světová zdravotnická organizace (WHO) uvádí: Aerosolový přenos může nastat v určitých prostředích, zejména v uzavřených prostorách, přeplněných a nedostatečně větraných místnostech, kde infikované osoby tráví delší dobu s ostatními, například v restauracích, fitness kurzech, nočních klubech, kancelářích a/nebo místnostech pro bohoslužby (3).

Nedávná publikace v časopise Lancet, která podporuje hypotézu, že SARS-CoV-2 se přenáší převážně vzduchem, přinesla „Deset vědeckých důvodů pro aerogenní přenos SARS-CoV-2“ (4).

Na základě poznatků o způsobech přenosu mohly vlády definovat vhodné strategie boje proti přenosu viru, například opatřeními jako nošení roušek, dodržování odstupů, mytí rukou a dezinfekce povrchů. Důležité je také, že vlády rozpoznaly rostoucí hrozbu prostorů s doporučeními pro venkovní aktivity a zlepšení větrání.

V listopadu 2020 zveřejnila britská vláda video (5), ve kterém zdůrazňuje význam větrání ke snížení šíření COVID-19. V jejich zprávě se uvádí: „Výzkumy ukazují, že v místnosti s čerstvým vzduchem lze snížit riziko infekce o více než 70 %.“

V lednu 2021 stovky kanadských odborníků (lékařů, vědců, odborníků na bezpečnost práce, inženýrů a zdravotních sester) napsaly otevřený dopis (6) svému premiérovi, ve kterém ho žádají, aby „aktualizoval protokoly COVID-19, pracovní předpisy a veřejnou komunikaci tak, aby odrážely vědu – COVID-19 se šíří inhalovanými aerosoly.“ Jedním z hlavních doporučení je: „Doporučení a nasazení monitorů oxidu uhličitého (CO2) jako náhradního opatření při nedostatečném větrání, aby se snížilo riziko přenosu na velké vzdálenosti ve vzduchu. Během výbuchu tuberkulózy se riziko infekce tuberkulózou významně zvýšilo při koncentracích CO2 přes 1000 ppm. Zlepšením větrání budov na úroveň koncentrace CO2 600 ppm bylo výbuch zastaven.“

Důležitost velikosti částic

WHO uvádí, že infikované osoby jsou nejvíce nakažlivé krátce před tím, než se u nich objeví příznaky. Navíc jsou některé infikované osoby bezpříznakové. Proto je logické předpokládat, že například v kancelářském prostředí hlavní hrozba NEpřichází od osob s těžkými příznaky, jako je kašel a kýchání, ale od osob, které si neuvědomují, že jsou nakažené. Tito lidé s větší pravděpodobností vydechují virové aerosoly s průměrem menším než 5 µm – částice, které nedodržují odstupy. Tyto jemné aerosoly odpovídají přibližně velikosti částic v cigaretovém kouři, které se obvykle neusazují a mohou se šířit ve špatně větraných místnostech na velké vzdálenosti.

V nedávném článku publikovaném v Lancet (7) jsou popsány studie o kašlání aerosolech a vydechovaném dechu pacientů s různými respiračními infekcemi, které vykazují výrazné podobnosti v rozdělení velikosti aerosolů, přičemž patogeny jsou přítomny v malých částicích (

Vlhkost má rovněž vliv na šíření aerosolů, protože při nízké vlhkosti jsou aerosoly lehčí a mohou tak déle zůstat ve vzduchu. Navíc bylo prokázáno, že vlhkost ovlivňuje náchylnost k virovým infekcím, protože vystavení suchému vzduchu zhoršuje obranné mechanismy hostitele proti chřipkovým infekcím, snižuje opravu tkání a způsobuje rozpad buněk (8).

Opatření ke snížení rizika

Obvyklé hodnocení rizik v oblasti zdraví a bezpečnosti se zabývá nebezpečími, jako jsou uklouznutí a zakopnutí, těžké předměty, opakované zranění, pády, přetížení, úraz elektrickým proudem, požár a práce o samotě. Aby však bylo možné vytvořit prostředí bezpečné i pro COVID, musí firmy také zahrnout hodnocení mikrobiologického rizika. Je proto nutné identifikovat potenciální zdroje patogenních mikroorganismů a jejich způsoby přenosu.

Ruce s dezinfekčním prostředkem lze poskytnout a povrchy pravidelně dezinfikovat. Mohou být zavedeny postupy ke snížení pravděpodobnosti přenosu nemoci, například pomocí displejů, dodržování odstupů a dokonce rozprašování dezinfekčních prostředků ve formě mlhy. Přestože jsou tyto opatření účinná, infikovaná osoba může rychle kontaminovat velké oblasti. Proto je nezbytné efektivní větrání, a řídicí systém musí provádět přesná a včasná měření v každé místnosti, aby mohl rychle reagovat. Některé systémy mohou pouze monitorovat CO2 ve výfukových plynech, což však neumožňuje identifikovat problémy s nedostatečným větráním v určitých místnostech.

Výběr optimálního měřicího parametru

Jednou z hlavních funkcí budovové automatizace nebo systému řízení budov (GMS) je řízení tepelného komfortu a optimalizace spotřeby energie. Teplota je tedy bezpochyby nejdůležitějším řídicím parametrem v prostorách s plnou obsazeností. Některé systémy měří a řídí také vlhkost, aby udržovaly relativní vlhkost mezi 40 a 60 %. To přispívá ke zdraví a pohodě lidí, chrání počítačové systémy a zabraňuje strukturálním nebo plísňovým problémům v budově.

Obecně při měření teploty nedochází k odchylkám – na rozdíl od běžných vlhkoměrů. Proto jsou preferovány senzory Vaisala HUMICAP® díky jejich dlouhodobé stabilitě a odolnosti vůči rušení, jako je prach a kondenzace. Tyto kapacitní tenké filmové vlhkoměry se staly průmyslovým standardem v řadě aplikací, kde je požadováno dlouhodobě přesné, spolehlivé a bezúdržbové měření vlhkosti.

Zvýšená vlhkost může být indikátorem lidské aktivity a špatného větrání. Vlhkost však může výrazně kolísat v závislosti na vnějších faktorech (například podmínkách jako mrazivá sušení nebo deštivá vlhkost), nikoliv na výdechu člověka.

Stručně řečeno, monitorování teploty a vlhkosti hraje důležitou roli při optimalizaci systému řízení budov. Ale tam, kde správci zařízení berou v úvahu obsazenost místností a musí snížit znečištění vzduchu způsobené lidmi, je CO2 ideálním doplňkovým parametrem pro automatické řízení větrání.

Využití měření CO2 jako ukazatele efektivního větrání

Oxid uhličitý (CO2) je člověkem vydechovaný plyn. Hromadění CO2 ukazuje, že (a) v místnosti jsou osoby a (b) větrání je nedostatečné. Dobrá ventilační soustava by měla toto zaznamenat a automaticky upravit větrání. Systém musí fungovat autonomně a být schopen větrat jednotlivé místnosti tak, aby byla každá místnost optimálně větrána – a zároveň se neplýtvalo energií, což se může stát při příliš silném nebo zbytečném větrání.

Ne-COVID výhody monitorování CO2 a vlhkosti

Norma ASHRAE Green Standard 189.1 (USA) a evropská norma FprEN 16798-3 doporučují použití systémů řízeného větrání podle potřeby, které snižují spotřebu energie a zároveň zajišťují čistý vzduch v místnostech.

Z pohledu vývoje HVAC je CO2 ideálním ukazatelem kvality vzduchu v místnostech, které jsou převážně využívány lidmi. Vlhkost by mohla být lepším nebo alespoň užitečnějším doplňkovým parametrem, zvláště v budovách, kde jsou uchovávány umělecká díla, knihy, víno, historické artefakty apod., nebo v budovách, které samy vyžadují rekonstrukci.

Obvykle obsahuje venkovní vzduch 250 až 400 ppm CO2. Naproti tomu vydechovaný vzduch obsahuje asi 50 000 ppm CO2, což je stokrát více než vdechovaný plyn. Bez dostatečného větrání se obsah CO2 v místnostech, kde se lidé zdržují, postupně zvyšuje.

Jak pohoda, tak výkon osob v budovách mohou být ovlivněny obsahem CO2. Prostory s dobrým větráním a plnou obsazeností obvykle obsahují asi 350 až 1000 ppm, ale vše nad tím může způsobit únavu, zatímco hodnoty nad 2000 ppm mohou způsobit bolesti hlavy, ospalost, sníženou koncentraci, ztrátu pozornosti, zvýšenou srdeční frekvenci a mírné nevolnosti. Vystavení velmi vysokým koncentracím (například při úniku oleje nebo plynu) může dokonce vést ke zadušení.

Doporučené minimální hodnoty větrání jsou uvedeny v normě „ANSI/ASHRAE-Standard 62.1-2019 Ventilace pro přijatelnou kvalitu vzduchu v místnosti“.

V několika studiích byly zkoumány dopady koncentrace CO2 na kognitivní funkce. Například ve studii Allen et al. (2016) (9) bylo zjištěno, že kognitivní výkon při mírné úrovni CO2 (~ 945 ppm) byl o 15 % nižší než při dnech s „zeleným“ prostředím (~ 540 ppm), zatímco při dnech s koncentrací kolem 1400 ppm byl výkon nižší o 50 %. Průměrně zvýšení CO2 o 400 ppm bylo spojeno se snížením kognitivních hodnot účastníka o 21 %. Systémy řízeného větrání na základě měření CO2 tak mohou přispět ke zlepšení pohody a produktivity, což výrazně převyšuje náklady na samotný systém řízení větrání.

Výběr správného měřiče CO2

Je důležité odolat pokušení koupit nejlevnější senzory, které splňují požadované specifikace. To proto, že přesnost a rozsah jsou důležité, ale dlouhodobý výkon GMS závisí na stabilitě senzorů.

Dodavatelé HVAC systémů samozřejmě preferují senzory, které lze „nastavit a zapomenout“. Proto je nutné vybírat senzory, které nevyžadují časté přeúpravy kalibrace, aby se zabránilo odchylkám. Výběr je však komplikován senzory, které uvádějí, že odchylky lze kompenzovat pomocí softwarového algoritmu, který předpokládá, že nejnižší naměřené hodnoty odpovídají průměrné venkovní koncentraci CO2. Nebezpečí tohoto přístupu spočívá v tom, že malé chyby se mohou časem zhoršovat, což vede k dlouhodobě velmi významným odchylkám. Tyto softwarové algoritmy nejsou vhodné pro prostory s trvalou obsazeností a mohou být oklamány systémem automatizace budov, který výrazně snižuje přívod čerstvého vzduchu mimo špičky. V některých případech může dokonce beton v zdech absorbovat CO2 a tím „oklamat“ algoritmus a způsobit další nepřesnosti.

Existuje mírný konflikt zájmů mezi dodavateli/systémovými techniky GMS a vlastníky budov/Facility manažery. První musí systém fungovat bezvadně okamžitě a alespoň po dobu záruky, zatímco druhé mají dlouhodobé požadavky.

Cena kvalitního senzoru je ve srovnání s výhodami méně důležitá. Úspory energie díky přesnému řízení podle potřeby mohou být významné. Je však ještě důležitější chránit zdraví a pohodu osob v budově a zlepšovat podmínky prostředí pro lepší výkon na pracovišti.

Ideálním řešením je proto zvolit senzory Vaisala CARBOCAP®, protože využívají bifrekvenční NDIR technologii, která úspěšně funguje v různých prostředích a umožňuje skutečnou samokalibraci s interní referencí. Náklady na tuto technologii jsou v porovnání s energetickými náklady neefektivního GMS nebo náklady na údržbu, pokud se levné senzory odchýlí nebo selžou, zanedbatelné.

Není neobvyklé, že senzory Vaisala mohou fungovat bez poruch až 15 let. Tato stabilita a spolehlivost jsou celosvětově uznávané. Senzory Vaisala jsou stále v provozu například na roveru Curiosity, který odstartoval v roce 2011, a na roveru Perseverance, který přistál na Marsu v únoru 2021, v rámci mise NASA.

Stručně řečeno, na Zemi lze posílit opatření k prevenci nemocí prostřednictvím inteligentního větrání s důvěryhodnými měřeními CO2. Navíc může dobrá kvalita vzduchu výrazně pozitivně ovlivnit zdraví a pohodu lidí v budovách.

Seznam literatury:

1. Kampf, G. et al., (2020) Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of Hospital Infection.
2. Ratnesar-Shumate, S. et al., (2020) Simulated sunlight rapidly inactivates SARS-CoV-2 on surfaces. The Journal of Infectious Diseases.
3. Světová zdravotnická organizace: https://www.who.int/news-room/q-a-detail/coronavirus-disease-covid-19-how-is-it-transmitted
4. Greenhalgh, T. et al., (2021) Ten scientific reasons in support of airborne transmission of SARS-CoV-2. The Lancet. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00869-2
5. Department of Health and Social Care, Spojené království (2020) Nové video ukazuje důležitost větrání ke snížení šíření COVID-19. www.gov.uk/government/news/new-film-shows-importance-of-ventilation-to-reduce-spread-of-covid-19#:~:text=Coronavirus%20is%20spread%20through%20the,virus%20transmissions%20happen%20indoors.
6. Ricochet (2021) Čas, aby vláda brala aerosolový přenos COVID-19 vážně. https://ricochet.media/en/3423/there-is-still-time-to-address-aerosol-transmission-of-covid-19
7. Fennelly, K. P. (2020) Particle sizes of infectious aerosols: implications for infection control. The Lancet, Respiratory Medicine, Volume 8, Issue 9, P914-924.
8. Kudo, E. et al., (2019) Low ambient humidity impairs barrier function and innate resistance against influenza infection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (22).
9. Allen J. G. et al., (2016) Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments. Environmental Health Perspectives 124:6 CID: https://doi.org/10.1289/ehp.1510037