Riduzione del rischio di infezione attraverso una ventilazione intelligente

Quando usciremo dalla pandemia, sarà interessante vedere come sarà la "nuova normalità". I lavoratori torneranno a lavorare a tempo pieno negli uffici? Oppure ci sarà una nuova preferenza per orari di lavoro più flessibili e per il lavoro ibrido (smart working e ufficio)? In ogni caso, ci sarà una nuova responsabilità aumentata nel considerare i rischi microbiologici come COVID-19 nella creazione di ambienti interni sicuri.

Nell'articolo seguente, Anu Kätkä, esperta di clima degli ambienti di Vaisala (Finlandia), analizza il ruolo che i sistemi di ventilazione svolgono nella protezione delle persone negli uffici e in altri ambienti di lavoro contro future minacce microbiologiche. Spiega anche perché la misurazione affidabile di anidride carbonica sia di fondamentale importanza, poiché rappresenta la miglior misura per un’efficace ventilazione.

Approfondimenti da COVID-19

COVID-19 è causato dal virus SARS-CoV-2, che viene trasmesso dalle persone infette in due modi. Primo, i virus possono sopravvivere sulle superfici per diverse settimane (1), specialmente a temperature più fredde (2). Di conseguenza, la trasmissione può avvenire quando le persone toccano superfici infette e trasferiscono il virus a bocca, naso o occhi. Secondo, il virus può diffondersi attraverso piccole particelle liquide espulse dalla bocca o dal naso delle persone infette quando tossiscono, starnutiscono, parlano o respirano. Queste particelle liquide variano da grandi goccioline respiratorie a aerosol più piccoli con diametro inferiore a 5 µm.

L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) indica che: La trasmissione tramite aerosol può verificarsi in determinati ambienti, in particolare in spazi chiusi, sovraffollati e scarsamente ventilati, dove le persone infette trascorrono più tempo con altri, come ristoranti, corsi di fitness, night club, uffici e luoghi di culto (3).

Una pubblicazione recente su The Lancet, che sostiene l'ipotesi che SARS-CoV-2 venga trasmesso principalmente attraverso l’aria, ha fornito "Dieci motivi scientifici a supporto della trasmissione aerogena di SARS-CoV-2" (4).

Grazie alle conoscenze sui modi di trasmissione, i governi hanno potuto definire strategie adeguate per combattere la diffusione del virus, adottando misure come mascherine, distanziamento, lavaggio delle mani e disinfezione delle superfici. È importante anche che i governi abbiano riconosciuto la crescente minaccia degli ambienti chiusi, raccomandando attività all'aperto e miglioramenti nella ventilazione.

Nel novembre 2020, il governo britannico ha pubblicato un video (5) che evidenzia l'importanza della ventilazione per ridurre la diffusione di COVID-19. Nel rapporto si afferma: "Le indagini mostrano che in una stanza con aria fresca il rischio di infezione tramite particelle può essere ridotto di oltre il 70%".

Nel gennaio 2021, centinaia di esperti canadesi (medici, scienziati, professionisti della sicurezza sul lavoro, ingegneri e operatori sanitari) hanno scritto una lettera aperta (6) al loro primo ministro, chiedendogli di aggiornare le linee guida COVID-19, le normative sul lavoro e la comunicazione pubblica per riflettere la scienza: "COVID-19 si diffonde tramite aerosol inalati". Una delle raccomandazioni principali è: "L'uso e la raccomandazione di monitor di anidride carbonica (CO2) come misura sostitutiva in ambienti con ventilazione insufficiente per ridurre il rischio di trasmissione a lunga distanza nell'aria. Durante un focolaio di tubercolosi, il rischio di infezione aumentava significativamente con concentrazioni di CO2 superiori a 1000 ppm. Migliorando la ventilazione degli edifici a una concentrazione di CO2 di 600 ppm, l'epidemia è stata fermata".

Importanza delle dimensioni delle particelle

L'OMS afferma che le persone infette sembrano essere più contagiose poco prima di sviluppare i sintomi. Inoltre, alcune persone infette sono asintomatiche. Pertanto, è logico supporre che, ad esempio, in un ambiente ufficio, la principale minaccia NON provenga da persone con sintomi gravi come tosse e starnuti, ma da persone che non si rendono conto di essere malate. Queste persone espirano con maggiore probabilità aerosol virali con diametro inferiore a 5 µm – particelle che non rispettano le distanze di sicurezza. Questi aerosol fini sono circa della stessa dimensione delle particelle nel fumo di sigaretta, che sono note per non depositarsi facilmente e diffondersi ampiamente in ambienti scarsamente ventilati.

Un articolo recentemente pubblicato su The Lancet (7) descrive studi sugli aerosol della tosse e sul respiro espirato da pazienti con diverse infezioni respiratorie, che mostrano sorprendenti somiglianze nella distribuzione delle dimensioni delle particelle, con agenti patogeni presenti in piccole particelle (
L’umidità influisce anche sulla diffusione degli aerosol, poiché a bassi livelli di umidità gli aerosol diventano più leggeri e rimangono più facilmente in aria. Inoltre, si è dimostrato che l’umidità influenza la suscettibilità alle infezioni virali, poiché l’esposizione ad aria secca indebolisce le difese dell’ospite contro l’influenza, riduce la riparazione dei tessuti e causa degradazione cellulare (8).

Misure per ridurre i rischi

Le valutazioni tradizionali dei rischi per la salute e la sicurezza si concentrano su pericoli come scivolamenti e inciampi, oggetti pesanti, lesioni ripetitive, cadute, sovraccarico, scosse elettriche, incendi e lavoro in solitudine. Tuttavia, per creare ambienti COVID-sicuri, le aziende devono anche considerare una valutazione del rischio microbiologico. È quindi necessario identificare potenziali fonti di microrganismi patogeni e i loro modi di trasmissione.

I disinfettanti per le mani possono essere forniti e le superfici disinfettate regolarmente. Si possono stabilire procedure per ridurre la probabilità di trasmissione di malattie, ad esempio tramite display, regole di distanziamento e nebulizzazione di disinfettanti. Nonostante tutte queste misure, una persona infetta può contaminare rapidamente grandi aree. Per questo, una ventilazione efficace è essenziale, e il sistema di controllo deve effettuare misurazioni precise e tempestive in ogni ambiente, per poter reagire rapidamente. Alcuni sistemi monitorano solo la CO2 nei gas di scarico, ma questo non permette di individuare problemi di cattiva ventilazione in specifici ambienti.

Selezione del parametro di misurazione ottimale

Una delle funzioni principali di un sistema di automazione degli edifici (GMS) è il controllo del comfort termico e l’ottimizzazione del consumo energetico. La temperatura è sicuramente il parametro di controllo più importante negli ambienti occupati. Alcuni sistemi misurano e controllano anche l’umidità per mantenere un’umidità relativa tra il 40% e il 60%. Questo favorisce la salute e il benessere delle persone, protegge i sistemi informatici e previene problemi strutturali o di muffa negli edifici.

In generale, le misurazioni della temperatura non presentano deviazioni – diversamente dai sensori di umidità tradizionali. Per questo, si preferiscono i sensori Vaisala HUMICAP® per la loro stabilità a lungo termine e resistenza a disturbi come polvere e condensa. Questi sensori di umidità a film sottile capacitivi sono diventati lo standard industriale in molte applicazioni che richiedono misurazioni precise, affidabili e senza manutenzione a lungo termine.

Un’umidità elevata può indicare attività umane e cattiva ventilazione. Tuttavia, l’umidità varia notevolmente a causa di fattori esterni (ad esempio condizioni di congelamento o umidità da pioggia) piuttosto che dall’espirazione umana.

In sintesi, monitorare temperatura e umidità svolge un ruolo importante nell’ottimizzazione di un sistema GMS. Tuttavia, dove i responsabili delle strutture devono considerare l’occupazione degli ambienti e ridurre l’inquinamento atmosferico causato dalle persone, la CO2 rappresenta il parametro supplementare ideale per il controllo automatico della ventilazione.

Utilizzo della misurazione della CO2 come indicatore di ventilazione efficace

La CO2 viene espirata dagli esseri umani durante la respirazione. Un accumulo di CO2 indica che (a) ci sono persone nel locale e (b) la ventilazione è insufficiente. Un buon sistema di ventilazione dovrebbe rilevare questa condizione e regolare automaticamente la ventilazione corretta. Il sistema deve funzionare automaticamente e poter ventilare singoli ambienti, affinché ogni spazio sia ventilato in modo ottimale – senza sprechi energetici, che potrebbero verificarsi in caso di ventilazione eccessiva o non necessaria.

Vantaggi della monitorizzazione di CO2 e umidità al di fuori di COVID

Lo standard verde ASHRAE 189.1 (USA) e la norma europea FprEN 16798-3 raccomandano l’uso di sistemi di ventilazione a richiesta, per ridurre il consumo energetico e garantire aria pulita.

Dal punto di vista dello sviluppo HVAC, la CO2 è un indicatore ideale della qualità dell’aria negli ambienti principalmente frequentati da persone. L’umidità potrebbe essere un parametro migliore o almeno un utile parametro aggiuntivo, specialmente in edifici che ospitano opere d’arte, libri, vini, artefatti storici o che devono essere restaurati.

In genere, l’aria esterna contiene tra 250 e 400 ppm di CO2. Al contrario, l’aria espirata contiene circa 50.000 ppm di CO2, pari a un aumento di 100 volte rispetto al gas inspirato. Senza una ventilazione adeguata, il livello di CO2 nelle stanze occupate aumenta gradualmente.

Il benessere e le prestazioni delle persone negli edifici possono essere influenzati dal livello di CO2. Ambienti ben ventilati con buona circolazione dell’aria hanno circa 350-1.000 ppm, ma valori superiori possono causare sonnolenza, mal di testa, riduzione della concentrazione, perdita di attenzione, aumento della frequenza cardiaca e lieve nausea. L’esposizione a concentrazioni molto elevate (ad esempio con bruciatori a olio/gas o perdite di gas) può portare anche a soffocamento.

Le portate di ventilazione minime raccomandate sono indicate per vari ambienti nello "Standard di ventilazione ANSI/ASHRAE 62.1-2019 per una qualità dell’aria accettabile".

Numerosi studi hanno analizzato l’effetto della concentrazione di CO2 sulle funzioni cognitive. Ad esempio, Allen et al. (2016) (9) hanno riscontrato che i punteggi cognitivi a una concentrazione moderata di CO2 (~945 ppm) erano inferiori del 15% rispetto a quelli di due giorni "verdi+" (~540 ppm), mentre a circa 1.400 ppm erano inferiori del 50%. In media, un aumento di 400 ppm di CO2 era associato a una diminuzione del 21% delle capacità cognitive di un partecipante tipico. Pertanto, sistemi di ventilazione a richiesta basati sulla misurazione della CO2 possono migliorare il benessere e la produttività, superando di gran lunga i costi del sistema stesso.

Selezione del giusto sensore di misurazione della CO2

È importante resistere alla tentazione di acquistare i sensori più economici che soddisfano le specifiche richieste. Questo perché, sebbene la precisione e la portata siano importanti, la performance continua del sistema di gestione dipende dalla stabilità dei sensori.

I fornitori di sistemi HVAC preferiscono ovviamente sensori che possano "installare e dimenticare". Di conseguenza, bisogna scegliere sensori che non richiedano calibrazioni frequenti per evitare deviazioni. Tuttavia, la selezione si complica con sensori che dichiarano di compensare le deviazioni tramite algoritmi software, assumendo che i valori più bassi misurati corrispondano alla concentrazione media di CO2 all’esterno. Il rischio di questo tipo di algoritmo è che piccoli errori si amplifichino nel tempo, portando a errori molto significativi nel lungo termine. Per evitare calibrazioni reali, questi sensori software non sono adatti a ambienti costantemente occupati e possono essere ingannati da sistemi di automazione degli edifici che riducono drasticamente l’ingresso di aria fresca durante le ore di punta. In alcuni casi, anche il calcestruzzo delle pareti può assorbire CO2, "ingannando" l’algoritmo e causando ulteriori imprecisioni.

Può esserci un lieve conflitto di interessi tra i fornitori/tecnici di sistemi GMS e i proprietari/gestori degli edifici. Per i primi, il sistema deve funzionare perfettamente immediatamente e almeno durante la garanzia, mentre per i secondi la richiesta è a lungo termine.

Il costo di un buon sensore perde importanza rispetto ai benefici che può offrire. I risparmi energetici grazie a regolazioni precise e a richiesta possono essere significativi. Ancora più importante, tuttavia, è proteggere la salute e il benessere delle persone negli edifici e migliorare le condizioni ambientali per aumentare le prestazioni sul lavoro.

La soluzione ideale è quindi optare per i sensori Vaisala CARBOCAP® di CO2, che utilizzano tecnologia NDIR bifrequenza, efficace in molteplici ambienti e in grado di auto-calibrarsi con una referenza interna. I costi di questa tecnologia sono trascurabili rispetto ai costi energetici di un sistema GMS inefficiente o ai costi di manutenzione di sensori economici che si deteriorano o si guastano.

Non è raro che i sensori Vaisala funzionino senza problemi fino a 15 anni. Questa stabilità e affidabilità sono riconosciute a livello mondiale. I sensori Vaisala sono stati utilizzati anche nel rover Curiosity, lanciato nel 2011, e a bordo del Perseverance, atterrato su Marte nel febbraio 2021, della NASA.

In conclusione, si può affermare che in questa Terra si possono rafforzare le misure di prevenzione delle malattie attraverso una ventilazione intelligente e misurazioni affidabili della CO2. Inoltre, una buona qualità dell’aria interna può avere effetti molto positivi sulla salute e sul benessere delle persone negli edifici.

Elenco delle fonti:

1. Kampf, G. et al., (2020) Persistenza dei coronavirus sulle superfici inanimate e loro inattivazione con agenti biocidi. Journal of Hospital Infection.
2. Ratnesar-Shumate, S. et al., (2020) La luce solare simulata inattiva rapidamente SARS-CoV-2 sulle superfici. The Journal of Infectious Diseases.
3. Organizzazione Mondiale della Sanità: https://www.who.int/news-room/q-a-detail/coronavirus-disease-covid-19-how-is-it-transmitted
4. Greenhalgh, T. et al., (2021) Dieci motivi scientifici a supporto della trasmissione aerea di SARS-CoV-2. The Lancet. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00869-2
5. Department of Health and Social Care, Regno Unito (2020) Nuovo film sull’importanza della ventilazione per ridurre la diffusione di 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) È ora di prendere sul serio la trasmissione aerosol di COVID-19. https://ricochet.media/en/3423/there-is-still-time-to-address-aerosol-transmission-of-covid-19
7. Fennelly, K. P. (2020) Dimensioni delle particelle degli aerosol infettivi: implicazioni per il controllo delle infezioni. The Lancet, Respiratory Medicine, Volume 8, Numero 9, P914-924.
8. Kudo, E. et al., (2019) La bassa umidità ambientale compromette la funzione di barriera e la resistenza innata contro l’influenza. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (22).
9. Allen J. G. et al., (2016) Associazioni tra punteggi di funzione cognitiva, anidride carbonica, ventilazione e esposizione a composti organici volatili negli uffici: uno studio controllato di ambienti verdi e convenzionali. Environmental Health Perspectives 124:6 CID: https://doi.org/10.1289/ehp.1510037