Estudio informa sistemas de ventilación de espacios interiores que pudieran aumentar el riesgo de exposición al COVID-19

La investigación ha destacado la importancia de una buena ventilación y el uso de cubrebocas para mantener la concentración de contaminantes a un nivel mínimo. Esto para mitigar el riesgo de transmisión del SARS-CoV-2, el virus que causa la enfermedad COVID-19.

Los sistemas de ventilación en muchos edificios de oficinas modernos, están diseñados para mantener temperaturas agradables y aumentar la eficiencia energética, pueden aumentar el riesgo de exposición al coronavirus. Esto particularmente durante el próximo invierno, según una investigación publicada en Journal of Fluid Mechanics.

Un equipo de la Universidad de Cambridge descubrió que los sistemas de ‘ventilación mixta‘ ampliamente utilizados, los que están diseñados para mantener las condiciones uniformes en todas las partes de la habitación, dispersan los contaminantes en el aire de manera uniforme por todo el espacio. Estos contaminantes pueden incluir gotitas y aerosoles, que potencialmente contienen virus.

La transmisión en difenetes tipos de espacios

La creciente evidencia nos indica que el virus se transmite principalmente a través de gotas grandes y aerosoles más pequeños, que se expulsan cuando tosemos; estornudamos; reímos; hablamos o respiramos. Además, los datos disponibles hasta ahora indican que la transmisión en interiores es mucho más común que la transmisión en exteriores. Esto probablemente se deba a mayores tiempos de exposición y menores tasas de dispersión de goticulas y aerosoles.

“A medida que se acerca el invierno en el hemisferio norte y la gente comienza a pasar más tiempo espcios interiores, comprender el papel de la ventilación es fundamental para estimar el riesgo de contraer el virus y ayudar a frenar su propagación“, informa el profesor Paul Linden del Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP, Departamento de Matemática Aplicada y Fisica Teórica) de Cambridge, quien dirigió la investigación.

“Si bien el control directo de las gotas y los aerosoles en los espacios interiores es difícil, exhalamos dióxido de carbono que se puede medir fácilmente y utilizar como indicador del riesgo de infección. Los pequeños aerosoles respiratorios que contienen el virus se transportan junto con el dióxido de carbono producido por la respiración; y son transportados por una habitación por los flujos de ventilación. Una ventilación insuficiente puede conducir a una alta concentración de dióxido de carbono, lo que a su vez podría aumentar el riesgo de exposición al virus“.

Flujo de aire en las habitaciones

El equipo demostró que el flujo de aire en las habitaciones es complejo y depende de:

• ubicación de los conductos de ventilación
• ventanas y puertas
• flujos convectivos generados por el calor emitido por las personas y los equipos de un edificio

Otras variables, a ser consideradas son:

• personas en movimiento o hablando
• puertas que se abren o cierran
• cambios en las condiciones exteriores de los edificios con ventilación natural

Lo que afectan estos flujos y, en consecuencia, influyen en el riesgo de exposición al virus.

Ventilación mixta

La ventilación, ya sea impulsada por el viento o el calor generado dentro del edificio o por sistemas mecánicos, funciona en uno de dos modos principales. La ventilación mixta es la más común, en donde se colocan ventilaciones para mantener el aire en un espacio bien mezclado para que la temperatura y las concentraciones de contaminantes se mantengan uniformes en todo el espacio.

Ventilación por desplazamiento

El segundo modo, ventilación por desplazamiento, tiene ventilaciones ubicadas en la parte inferior y superior de una habitación. Esto crea una zona inferior más fría y una zona superior más cálida, y el aire caliente se extrae a través de la parte superior de la habitación. Como nuestro aliento exhalado también es cálido, la mayor parte se acumula en la zona superior. Siempre que la interfaz entre las zonas sea lo suficientemente alta, el aire contaminado puede ser extraído por el sistema de ventilación en lugar de ser inhalado por otra persona. El estudio sugiere que cuando se diseña correctamente, la ventilación por desplazamiento podría reducir el riesgo de mezcla y contaminación cruzada del aliento; mitigando así el riesgo de exposición.

Equilibrio difícil de lograr

Dado que el cambio climático se ha acelerado desde mediados del siglo pasado, los edificios se han construido teniendo en cuenta la eficiencia energética. Junto con la mejora en los estándares de construcción, esto ha llevado a edificios que son más herméticos y más cómodos para sus ocupantes. Sin embargo, en los últimos años, la reducción de los niveles de contaminación del aire interior se ha convertido en la principal preocupación de los diseñadores de sistemas de ventilación.

“Estas dos preocupaciones están relacionadas, pero son diferentes; y existe una tensión entre ellas, que se ha puesto de relieve durante la pandemia“, dijo el Dr. Rajesh Bhagat, también de DAMTP. “Maximizar la ventilación, mientras que al mismo tiempo se mantiene la temperatura a un nivel confortable sin un consumo excesivo de energía, es un equilibrio difícil de lograr“.

Efectos de la ventilación en la distribución de contaminantes

A la luz de esto, los investigadores de Cambridge tomaron parte de su trabajo anterior sobre ventilación para mejorar la eficiencia y lo reinterpretaron para determinar la calidad del aire. Esto con el fin de determinar los efectos de la ventilación en la distribución de contaminantes en el aire en un área.

“Para modelar cómo se propaga el coronavirus o virus similares en el interior, es necesario saber a dónde va la respiración de las personas cuando exhalan y cómo cambia eso según la ventilación“, dijo Linden. “Con estos datos, podemos estimar el riesgo de contraer el virus en interiores“.

Los investigadores exploraron una variedad de diferentes modos de exhalación, cada uno con y sin el uso de cubrebocas:

• respiración nasal
• hablar y reír

Al visualizar el calor asociado con el aliento exhalado, pudieron medir cómo se mueve a través del espacio en cada caso. Si la persona se movía por la habitación; la distribución del aliento exhalado era marcadamente diferente a medida que se capturaba a su paso.

“Puedes ver el cambio en la temperatura y la densidad cuando alguien exhala aire caliente; refracta la luz y puedes medirla“, menciona Bhagat. “Cuando están sentados, los humanos emiten calor; y dado que el aire caliente sube, cuando exhalas, la respiración se eleva y se acumula cerca del techo“.

Sus resultados demuestran que los flujos de las habitaciones son turbulentos y pueden cambiar drásticamente por:

• movimiento de los ocupantes,
• tipo de ventilación,
• abrir y cierrar de puertas;
• y, para los espacios ventilados naturalmente, los cambios en las condiciones exteriores.

Riesgo de transmisión

Los investigadores encontraron que los cubrebocas son efectivos para reducir la propagación del aire exhalado y, por lo tanto, las goticulas.

“Una cosa que pudimos observar claramente es que una de las formas en que funcionan los cubrebocas es deteniendo el impulso de la respiración“, afirmo Linden. “Si bien casi todos los cubrebocas tendrán una cierta cantidad de fugas a través de la parte superior y los lados, no importa mucho, porque disminuir el impulso de cualquier contaminante exhalado reduce la posibilidad de cualquier intercambio directo de aerosoles y gotitas a medida que queda la respiración. en la pluma térmica del cuerpo y se lleva hacia arriba hacia el techo. Además, los cubrebocas detienen las gotas más grandes y una máscara de 3 capas disminuye la cantidad de esos contaminantes que recirculan a través de la habitación por ventilación“.

Recomendaciones

Los investigadores encontraron que reír, en particular, crea una gran perturbación. Esto sugiere que si una persona infectada sin cubrebocas se ríe en un espacio interior, aumentaría enormemente el riesgo de transmisión.

“Mantener las ventanas abiertas y usar un cubrebocas parece ser el mejor consejo“, menciona Linden. “Claramente, eso es un problema menor en los meses de verano, pero es motivo de preocupación en los meses de invierno“.

El equipo ahora está trabajando con el Departamento de Transporte para analizar los impactos de la ventilación en el transporte de aerosoles en trenes y con el Departamento de Educación para evaluar los riesgos en las escuelas el próximo invierno.