Experimente im Klassenzimmer zeigen, wie sich das Coronavirus ausbreiten kann und wer am stärksten gefährdet ist. Tom Werner über Getty Images
Es dauert nicht lange, bis in der Luft befindliche Coronavirus-Partikel ihren Weg durch einen Raum finden. Anfangs sind nur Personen, die in der Nähe eines infizierten Sprechers sitzen, einem hohen Risiko ausgesetzt, aber während des Meetings oder der Klasse wird das winzige Aerosole kann sich ausbreiten.
Das bedeutet jedoch nicht, dass jeder das gleiche Risiko hat.
As ein IngenieurIch habe Experimente durchgeführt, um zu verfolgen, wie sich Aerosole bewegen, einschließlich solcher im Größenbereich kann Viren tragen.
Was ich gefunden habe, ist wichtig zu verstehen, da immer mehr Menschen zu Universitäten, Büros und Restaurants zurückkehren und mehr Besprechungen bei sinkenden Temperaturen in Innenräumen stattfinden. Es zeigt die Bereiche mit dem höchsten Risiko in Räumen und warum Die richtige Belüftung ist entscheidend.
Wie wir gesehen haben mit Präsident Donald Trump und anderen in Washingtonkann sich das Coronavirus schnell aus nächster Nähe verbreiten, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Universitätsgelände haben auch mit COVID-19 zu kämpfen. Fälle bei 18- bis 22-Jährigen mehr als verdoppelt im Mittleren Westen und Nordosten nach der Wiedereröffnung der Schulen im August.
Mit steigenden Fallzahlen steigt auch das Risiko für jeden, der Zeit in diesen Räumen verbringt.
Ein Experiment zeigt, wer am stärksten gefährdet ist
Die meisten aktuellen Modelle beschreiben die Rolle der Belüftung auf dem Schicksal von Mikroben in der Luft in einem Raum Angenommen, die Luft ist gut gemischt, und die Partikelkonzentration ist durchgehend gleichmäßig. In einem schlecht belüfteten Raum oder auf kleinem Raum ist das wahrscheinlich richtig. In diesen Szenarien ist der gesamte Raum eine Region mit hohem Risiko.
In größeren Räumen, wie z. B. in Klassenzimmern, verringert eine gute Belüftung das Risiko, jedoch wahrscheinlich nicht gleichmäßig. Meine Forschung zeigt, dass die Höhe des Risikos stark von der Belüftung abhängt.
Um zu verstehen, wie sich das Coronavirus ausbreiten kann, injizierten wir Aerosolpartikel, deren Größe denen von Menschen ähnelt, in einen Raum und überwachten sie dann mit Sensoren. Wir benutzten ein 30 Fuß mal 26 Fuß großes Klassenzimmer an der Universität, das für 30 Studenten ausgelegt war, die über ein passendes Belüftungssystem verfügten die empfohlenen Standards.
Als wir Partikel an der Vorderseite des Klassenzimmers freisetzten, erreichten sie innerhalb von 10 bis 15 Minuten den gesamten hinteren Teil des Raums. Aufgrund der aktiven Belüftung im Raum betrugen die Konzentrationen auf der Rückseite, etwa 20 Fuß von der Quelle entfernt, etwa ein Zehntel der Konzentrationen in der Nähe der Quelle.
Dies deutet darauf hin, dass bei angemessener Belüftung das höchste Risiko für COVID-19 auf eine kleine Anzahl von Personen in der Nähe des infizierten Sprechers beschränkt sein könnte. Mit zunehmender Zeit in Innenräumen mit einem infizierten Lautsprecher erstreckt sich das Risiko jedoch auf den gesamten Raum, auch wenn die Belüftung gut ist.
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CDC erkennt schließlich das Aerosolrisiko an
In der Vergangenheit hat sich die Übertragung von Atemwegserkrankungen auf die Rolle größerer Partikel konzentriert, die beim Niesen und Husten entstehen. Diese Tröpfchen fallen schnell zu Boden und soziale Distanzierung und Maske tragen kann eine Infektion von ihnen weitgehend verhindern.
Das größere Problem ist jetzt die Rolle von winzige Partikel, die als Aerosole bekannt sind die entstehen, wenn wir reden, singen oder einfach nur atmen. Diese Partikel, oft kleiner als 5 Mikrometer, können aus Stoffmasken entweichen und Verweilen Sie bis zu 12 Stunden in der Luft. Die Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention endlich erkannte dieses Risiko an am 5. Oktober, nachdem Trump ins Krankenhaus eingeliefert wurde und mehrere andere Personen in oder in der Nähe der Verwaltung positiv auf COVID-19 getestet wurden.
Während diese kleineren Partikel im Durchschnitt weniger Viren tragen als größere Partikel, die Menschen beim Husten oder Niesen abgeben, ist die hohe Infektiosität von SARS-CoV-2 in Kombination mit dem hohe Viruslast Bevor Symptome auftreten, sind diese Partikel wichtig für die Übertragung von Krankheiten in der Luft.
Wie viel Belüftung ist genug?
Um die COVID-19-Übertragung in Innenräumen zu minimieren, ist die CDC die Spitze Empfehlung ist die Infektionsquelle zu beseitigen. Remote Learning hat dies an vielen Standorten effektiv getan. Für den Präsenzunterricht können technische Maßnahmen wie Belüftung, Trennwände und Filtrationseinheiten Partikel direkt aus der Luft entfernen.
Von allen technischen Kontrollen ist die Beatmung wahrscheinlich das effektivste Instrument, um die Ausbreitung von Infektionen zu minimieren.
Das Verständnis, wie die Belüftung Ihr Risiko für COVID-19 senkt, beginnt mit den Luftwechselkursen. Ein Luftaustausch von einem pro Stunde bedeutet, dass die dem Raum über eine Stunde zugeführte Luft dem Luftvolumen im Raum entspricht. Luftwechselkurs reicht von weniger als eins für Häuser zu herum 15-25 für Operationssäle im Krankenhaus.
Für Klassenzimmer entsprechen die aktuellen Vorschriften für den Primärluftstrom einem Luftaustausch von etwa sechs pro Stunde. Das bedeutet, dass alle 10 Minuten die in den Raum eingebrachte Luftmenge der des Raumvolumens entspricht.
Wie hoch die Konzentration wird, hängt zum Teil von der Anzahl der Personen im Raum, ihrer Emission und dem Luftwechselkurs ab. Durch die soziale Distanzierung, die die Bevölkerung im Klassenzimmer um die Hälfte reduziert und alle, die Masken tragen, ist die Luft in vielen Innenräumen jetzt tatsächlich sauberer als vor der Pandemie.
Teile des Raumes zu vermeiden
Es ist wichtig zu bedenken, dass nicht alle Teile eines Raums dem gleichen Risiko ausgesetzt sind.
Die Ecken des Raums haben wahrscheinlich einen geringeren Luftaustausch - so können Partikel dort länger verweilen.
Wenn Sie sich in der Nähe einer Luftaustrittsöffnung befinden, können Partikel aus der Luft aus dem Rest des Raums Sie überfluten. Eine Studie von Belüftungsluftstrom in einem Restaurant in China verfolgte seine Rolle bei mehreren COVID-19-Krankheiten unter den Gönnern dort.
Etwa 95% der Partikel im Raum werden durch eine ordnungsgemäße Funktion entfernt Belüftungssystem in 30 MinutenEine infizierte Person im Raum bedeutet jedoch, dass diese Partikel auch kontinuierlich emittiert werden. Das Tempo der Partikelentfernung kann durch Erhöhen der Luftaustauschrate oder Hinzufügen anderer technischer Steuerungen wie Filtrationseinheiten beschleunigt werden. Das Öffnen von Fenstern erhöht häufig auch die effektive Luftwechselrate.
Wenn Schulen, Restaurants, Einkaufszentren und andere Gemeinschaftsräume mehr Menschen in Innenräumen unterbringen, die Risiken verstehen und den folgenden Regeln folgen Empfehlungen der CDC kann helfen, die Ausbreitung von Infektionen zu minimieren.
Diese Geschichte wurde (Oktober 2020) mit den neu veröffentlichten Leitlinien der CDC zu Aerosolen aktualisiert.
Über den Autor
Suresh Dhaniyala, Bayard D. Clarkson Ausgezeichneter Professor für Maschinenbau und Luftfahrttechnik, Clarkson Universität
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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