Csökkentse a fertőzés kockázatát intelligens szellőztetéssel

Amikor kijutunk a járványból, érdekes lesz látni, milyen lesz az „új normalitás”. Visszatérnek-e a dolgozók teljes munkaidőben az irodáikba? Vagy lesz-e új preferencia a rugalmasabb munkaidő és a hibrid munkavégzés (otthon és iroda) iránt? Mindenesetre új, megnövekedett felelősség fog adódni, hogy mikrobiológiai veszélyeket, például a COVID-19-et figyelembe vegyük a biztonságos beltéri környezet biztosítása érdekében.

A következő cikkben Anu Kätkä, a Vaisala (Finnország) légkörminőség szakértője vizsgálja, hogy a szellőzőrendszerek milyen szerepet játszanak az irodákban és más munkahelyeken dolgozók védelmében a jövőbeni mikrobiológiai fenyegetésekkel szemben. Magyarázatot ad arra is, miért elengedhetetlen a szén-dioxid megbízható mérése, mivel ez a leghatékonyabb mérőszám a hatékony szellőztetéshez.

COVID-19 tanulságai

A COVID-19-t a SARS-CoV-2 vírus okozza, amely két módon terjed fertőzött személyektől. Először is, a vírusok felületeken akár több hétig is életben maradhatnak (1), különösen hűvösebb szobahőmérsékleten (2). Ezért lehetséges a fertőzők közötti átvitel, ha fertőzött felületeket érintenek, majd a vírus átkerül a szájra, orrra vagy szemekre. Másodszor, a vírus kis folyadékcseppek formájában terjedhet a fertőzött személyek szájából vagy orrából, amikor köhögnek, tüsszentenek, beszélnek vagy lélegeznek. Ezek a folyadékcseppek nagyobb légúti cseppek lehetnek, vagy kisebb aeroszolok, amelyek átmérője kevesebb, mint 5 µm.

A WHO (Egészségügyi Világszervezet) szerint: az aeroszolok általi terjedés bizonyos környezetekben fordulhat elő, különösen zárt terekben, túlzsúfolt és nem megfelelően szellőztetett helyeken, ahol a fertőzött személyek hosszabb ideig tartózkodnak másokkal, például éttermekben, fitneszórákon, éjszakai klubokban, irodákban és/vagy vallási helyeken (3).

Nemrégiben a Lancetben megjelent tanulmány, amely támogatja azt a hipotézist, hogy a SARS-CoV-2 főként levegőben terjed, „Tíz tudományos ok a SARS-CoV-2 aeroszoláris terjedésének támogatására” címmel, bemutatva, hogy a vírus főként levegőn keresztül terjed (4).

A transzmissziós útvonalak ismeretében a kormányok megfelelő stratégiákat dolgoztak ki a vírus terjedésének megfékezésére, például maszkviseléssel, távolságtartással, kézmosással és felületek fertőtlenítésével. Fontos, hogy a kormányok felismerjék a térben jelentkező egyre növekvő fenyegetést, és ajánlásokat tegyenek a szabadban végzett tevékenységekre és a jobb szellőztetésre.

2020 novemberében a brit kormány közzétett egy videót (5), amely hangsúlyozza a szellőztetés fontosságát a COVID-19 terjedésének csökkentése érdekében. Jelentésük szerint: „Vizsgálatok kimutatták, hogy egy friss levegővel ellátott helyiségben az infekció kockázata több mint 70%-kal csökkenthető a részecskék által.”

2021 januárjában több száz kanadai szakértő (orvosok, tudósok, munkavédelmi szakemberek, mérnökök és ápolók) nyílt levelet írtak a miniszterelnöküknek, kérve, hogy „frissítsék a tartományi COVID-19 irányelveket, a munkahelyi szabályokat és a nyilvános kommunikációt, hogy tükrözzék a tudományos eredményeket – a COVID-19 aeroszol belélegzéssel terjed”. Az egyik legfontosabb javaslat a levélben az volt, hogy „ajánlják és alkalmazzák a szén-dioxid (CO2) monitorokat, mint pótlólagos intézkedést a nem megfelelő szellőztetés esetén, hogy csökkentsék a nagy távolságokra történő átviteli kockázatot a levegőben. Tuberkulózis-kitörés esetén a CO2-koncentrációk 1000 ppm felett jelentősen növelték a fertőzés kockázatát. A létesítmény szellőztetésének javításával 600 ppm-es CO2-koncentráció mellett megállították a kitörést.”

A részecskeméret jelentősége

A WHO szerint a fertőzött személyek a leginkább fertőzők közvetlenül a tünetek megjelenése előtt. Emellett egyes fertőzöttek tünetmentesek. Ezért logikus feltételezni, hogy például egy irodai környezetben a fő fenyegetés nem a súlyos tüneteket mutató személyektől, például köhögő vagy tüsszentő személyektől származik, hanem azoktól, akik nem veszik észre, hogy betegek. Ezek az emberek nagyobb valószínűséggel lélegeznek ki vírusos aeroszolokat, amelyek átmérője kevesebb, mint 5 µm – olyan részecskék, amelyek nem tartják be a távolságtartási szabályokat. Ezek a finom aeroszolok nagyjából olyan méretűek, mint a cigarettafüst részecskéi, amelyek nem könnyen ülepednek le és rosszul szellőztetett helyeken messzire terjedhetnek.

Nemrég a Lancetben (7) megjelent tanulmány ismerteti a köhögés aeroszoljairól és a különböző légúti fertőzésekkel küzdő betegek által kilélegzett levegőről szóló kutatásokat, amelyek figyelemre méltó hasonlóságokat mutatnak az aeroszolok méreteloszlásában, miközben a kórokozók kis részecskékben (

A páratartalom szintén befolyásolja az aeroszolok terjedését, mivel alacsony páratartalom esetén a részecskék könnyebbek lesznek, és jobban maradnak a levegőben. Emellett kimutatták, hogy a páratartalom befolyásolja a vírusfertőzések hajlamát is, mivel a száraz levegőnek való kitettség gyengíti a gazda védekező képességét az influenza ellen, csökkenti a szöveti regenerációt és sejtpusztulást okoz (8).

Kockázatcsökkentő intézkedések

A hagyományos egészség- és biztonsági kockázatértékelések a csúszás, botlás, nehéz tárgyak, ismétlődő sérülések, esések, túlterhelés, áramütés, tűz és egyedül végzett munka veszélyeire összpontosítanak. Azonban a COVID-19-mentes környezetek kialakításához a vállalatoknak mikrobiológiai kockázatértékelést is be kell iktatniuk. Ez magában foglalja a potenciális kórokozóforrások és azok terjedési útvonalainak azonosítását.

Kézfertőtlenítők biztosíthatók, és a felületeket rendszeresen fertőtleníteni kell. Olyan módszereket lehet alkalmazni, amelyek csökkentik a betegségátvitel valószínűségét, például kijelzők, távolságtartási szabályok, vagy akár fertőtlenítőszerek permetezése. Mindezek ellenére egy fertőzött személy gyorsan szennyezheti nagy területeket. Ezért elengedhetetlen a hatékony szellőztetés, és a szellőztetőrendszernek pontos és időszerű méréseket kell végeznie minden helyiségben, hogy gyorsan reagálhasson. Néhány rendszer csak a CO2-t figyeli a kipufogógázban, de ez nem ad lehetőséget arra, hogy problémákat azonosítson a rossz szellőztetésben bizonyos helyeken.

Az optimális mérési paraméter kiválasztása

Az épületautomatizálás egyik fő funkciója a hőkomfort szabályozása és az energiafogyasztás optimalizálása. A hőmérséklet így kétségtelenül a legfontosabb szabályozási paraméter a kihasznált helyiségekben. Egyes rendszerek a páratartalmat is mérik és szabályozzák, hogy a relatív páratartalom 40-60% között maradjon. Ez az egészség és a jó közérzet szempontjából fontos, továbbá védi a számítógépes rendszereket és megelőzi az épületen belüli szerkezeti vagy penészesedéses problémákat.

A hőmérsékletmérések általában nem mutatnak eltérést – kivéve a hagyományos páratartalom-érzékelőket. Ezért a Vaisala HUMICAP® érzékelőket kedvelik hosszú távú stabilitásuk és a szennyeződések, például por vagy kondenzáció elleni ellenállásuk miatt. Ezek a kapacitív vékonyfilm páratartalom-érzékelők az ipari szabvánnyá váltak számos alkalmazásban, ahol hosszú távon pontos, megbízható és karbantartásmentes páratartalom-mérésekre van szükség.

Magas páratartalom jelezheti emberi tevékenységet és rossz szellőztetést. Azonban a páratartalom jelentősen változhat külső tényezőktől, például fagyasztás vagy esős időjárás miatt, nem pedig az emberi kilégzés következtében.

Összefoglalva, a hőmérséklet és páratartalom figyelése fontos szerepet játszik egy GMS optimalizálásában. Azonban ahol a létszámot a személyek száma szerint kell figyelembe venni, és csökkenteni kell a levegőben lévő szennyező anyagokat, a CO2 ideális kiegészítő paraméter az automatikus szellőztetés szabályozásához.

A szén-dioxid mérésének szerepe a hatékony szellőztetés indikátoraként

A szén-dioxid (CO2) a személyek által kilélegzett gáz. A CO2 felhalmozódása arra utal, hogy (a) személyek tartózkodnak a helyiségben, és (b) a szellőztetés nem megfelelő. Egy jó szellőzőrendszernek ezt érzékelnie kell, és automatikusan alkalmaznia kell a megfelelő szellőztetést. A rendszernek automatikusan kell működnie, és képesnek kell lennie egyes helyiségek szellőztetésére, hogy minden helyiség optimálisan legyen szellőztetve – és energiát ne pazaroljon, ami túlzott vagy szükségtelen szellőztetés esetén fordulhat elő.

A CO2- és páratartalom-figyelés nem-COVID előnyei

Az ASHRAE Green Standard 189.1 (USA) és az európai szabvány FprEN 16798-3 javasolja az igény szerint szabályozott szellőzőberendezések alkalmazását az energiafogyasztás csökkentése és a tiszta beltéri levegő biztosítása érdekében.

Az épületgépészeti fejlesztések szempontjából a CO2 ideális indikátor a beltéri levegő minőségére, ahol az épület főként emberek által használt. A páratartalom vagy jobb, vagy legalább hasznos kiegészítő paraméter lehet, különösen olyan épületekben, ahol műalkotásokat, könyveket, bort, történelmi tárgyakat stb. tárolnak, vagy ahol az épületet restaurálni kell.

Általában a külső levegő CO2-koncentrációja 250-400 ppm között van. Ezzel szemben a kilélegzett levegő körülbelül 50 000 ppm CO2-t tartalmaz, ami százszoros növekedést jelent a belélegzett gázhoz képest. Ha nincs megfelelő szellőztetés, a helyiségek CO2-szintje fokozatosan emelkedik, ahol tartózkodnak személyek.

A CO2-szint befolyásolhatja az emberek közérzetét és teljesítményét az épületekben. A jó légcserével rendelkező helyiségekben a CO2 koncentráció általában 350-1000 ppm között van, de minden ennél magasabb érték álmosságot, fejfájást, koncentrációs nehézségeket, figyelemzavart, szívritmus-emelkedést és enyhe hányingert okozhat. Nagyon magas CO2-koncentrációknak való kitettség (például olaj- vagy gázégő, vagy gázszivárgás miatt) akár fulladásos halált is okozhat.

A javasolt minimális szellőztetési arányokat az „ANSI/ASHRAE-Standard 62.1-2019 Szellőztetés az elfogadható beltéri levegőminőségért” tartalmazza.

Több tanulmány vizsgálta a CO2-koncentráció hatását a kognitív funkciókra. Például Allen et al. (2016) (9) megállapította, hogy a mérsékelt CO2-nap (~945 ppm) kognitív értékek 15%-kal alacsonyabbak voltak, míg a 1400 ppm körüli napokon 50%-kal alacsonyabbak, mint a „Zöld+” napokon (~540 ppm). Átlagosan 400 ppm-es CO2-emelkedés 21%-os csökkenést eredményezett a résztvevők kognitív értékeiben. Ezért a CO2-alapú igény szerint szabályozott szellőztetőrendszerek javíthatják a közérzetet és a termelékenységet, és ezek a megtakarítások messze meghaladják a rendszer költségeit.

A megfelelő CO2-mérő kiválasztása

Fontos elkerülni a kísértést, hogy a legolcsóbb érzékelőket válasszuk, amelyek megfelelnek a szükséges specifikációknak. Bár a pontosság és a mérési tartomány fontos, a GMS folyamatos működése a szenzorok stabilitásától függ.

A HVAC rendszer beszállítói természetesen olyan érzékelőket preferálnak, amelyeket „beállíthatsz és elfelejthetsz”. Ezért olyan érzékelőket kell választani, amelyek nem igényelnek gyakori újrakalibrálást, hogy elkerüljék a hibákat. A kiválasztási folyamatot bonyolítja, ha olyan szenzorokat alkalmaznak, amelyek a szoftveres kompenzációt írják elő, feltételezve, hogy a legalacsonyabb mért értékek a külső levegő átlagos CO2-koncentrációját tükrözik. Ennek az algoritmusnak a veszélye, hogy a kis hibák idővel felerősödnek, és hosszú távon jelentős hibákhoz vezethetnek. Az ilyen szoftveres algoritmusokat nem lehet alkalmazni folyamatosan kihasznált helyiségekben, és megtéveszthetik az épületautomatizálási rendszerek is, amelyek a frisslevegő-beáramlást csökkentik a csúcsidőszakokon kívül. Egyes esetekben a falak betonja is képes CO2-t elnyelni, így megtévesztve az algoritmust és további pontatlanságokat okozva.

Lehetőség van egy enyhe érdekellentét kialakulására a GMS-szállítók/-szerelők és az épülettulajdonosok/facility managerek között. Előbbiek számára a rendszer azonnal és legalább a garancia időtartama alatt hibátlanul kell működjön, míg utóbbiak hosszabb távon várják el a megbízhatóságot.

A jó érzékelő költségei elhanyagolhatók a vele járó előnyökhöz képest. A pontos igény szerinti szabályozással elérhető energia-megtakarítás jelentős lehet. Még fontosabb azonban, hogy a létesítményben tartózkodó személyek egészségét és jó közérzetét védjük, és a helyiség feltételei javítják a munkahelyi teljesítményt.

Az ideális megoldás a Vaisala CARBOCAP® CO2-érzékelő választása, amely kétfrekvenciás NDIR-technológiát alkalmaz, sikeresen működik számos környezetben, és képes valódi önkalibrációra belső referenciával. Ennek a technológiának a költsége elhanyagolható a nem hatékony GMS energia-költségeihez vagy a karbantartási költségekhez képest, ha az olcsó érzékelők eltérnek vagy meghibásodnak.

Nem ritka, hogy a Vaisala érzékelők akár 15 évig problémamentesen működnek. Ez a stabilitás és megbízhatóság világszerte elismert. A Vaisala érzékelői továbbra is a 2011-ben indított Curiosity Roveren és a Perseverance Roveren is működnek, amely 2021 februárjában landolt a Marson, a NASA-nál.

Összefoglalva, itt a Földön a megbízható CO2-mérések révén fokozódhatnak a járványmegelőző intézkedések az intelligens szellőztetés által. Emellett a jó beltéri levegőminőség jelentősen pozitívan befolyásolhatja az emberek egészségét és jó közérzetét.

Irodalomjegyzék:

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. Egészségügyi Világszervezet: 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, Egyesült Királyság (2020) Új film hangsúlyozza a szellőztetés fontosságát a COVID-19 terjedésének csökkentése érdekében. 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) Ideje, hogy a kormány komolyan vegye az aeroszolok által történő COVID-19 terjedést. 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: Egy kontrollált expozíciós tanulmány zöld és hagyományos irodai környezetekben. Környezet-egészségügyi perspektívák 124:6 CID: https://doi.org/10.1289/ehp.1510037