Khi người mắc bệnh trong văn phòng ho sang trái, các giọt đường hô hấp chứa các hạt vi rút thoát ra qua lỗ thông hơi của văn phòng trên trần nhà. Một số giọt thoát ra khỏi tòa nhà, trong khi một số được gửi trở lại tòa nhà và vào nhiều phòng thông qua bộ phận xử lý không khí. Một nhóm PNNL phát hiện ra rằng tốc độ thông gió cao có thể làm tăng mức độ hạt vi rút ở hạ lưu của phòng nguồn. Nhà cung cấp hình ảnh: Hình minh họa / Hoạt hình: Cortland Johnson / Sara Levine, Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương

Nghiên cứu mô hình cho thấy thông gió mạnh có thể làm tăng nồng độ virus.

Trao đổi không khí mạnh mẽ và nhanh chóng có thể không phải lúc nào cũng là một điều tốt khi đề cập đến mức độ của các hạt coronavirus trong một tòa nhà nhiều phòng, theo một nghiên cứu mô hình mới.

Nghiên cứu cho thấy rằng, trong một tòa nhà nhiều phòng, sự trao đổi không khí nhanh chóng có thể lây lan vi rút nhanh chóng từ phòng nguồn sang các phòng khác với nồng độ cao. Mức độ hạt tăng đột biến trong các phòng liền kề trong vòng 30 phút và có thể duy trì ở mức cao trong khoảng 90 phút.

Các phát hiện được công bố trên tạp chí Xây dựng và Môi trường đến từ một nhóm các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Nhóm nghiên cứu bao gồm các chuyên gia xây dựng và HVAC cũng như các chuyên gia về hạt aerosol và vật liệu virus.

Leonard Pease, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Hầu hết các nghiên cứu đã xem xét các mức độ hạt chỉ trong một căn phòng và đối với một tòa nhà một phòng, việc tăng cường thông gió luôn hữu ích để giảm sự tập trung của chúng”. “Nhưng đối với một tòa nhà có nhiều phòng, việc trao đổi không khí có thể gây rủi ro cho các phòng bên cạnh bằng cách làm tăng nồng độ vi rút nhanh hơn so với các trường hợp khác.

“Để hiểu điều gì đang xảy ra, hãy xem xét cách thức phân phối khói thuốc thụ động khắp tòa nhà. Gần nguồn, trao đổi không khí làm giảm khói gần người nhưng có thể phân phối khói ở các tầng thấp hơn vào các phòng gần đó, ”Pease nói thêm. “Nguy cơ không phải là 0, đối với bất kỳ bệnh hô hấp nào.”

Nhóm nghiên cứu đã mô hình hóa sự lây lan của các hạt tương tự như SARS-CoV-2 , vi rút gây ra COVID-19, thông qua hệ thống xử lý không khí. Các nhà khoa học đã lập mô hình những gì xảy ra sau khi một người bị ho kéo dài 5 phút trong một căn phòng của tòa nhà văn phòng nhỏ ba phòng, chạy mô phỏng với các hạt có kích thước 5 micron.

Các nhà nghiên cứu đã xem xét tác động của ba yếu tố: mức độ lọc khác nhau, tốc độ kết hợp không khí ngoài trời khác nhau vào nguồn cung cấp không khí của tòa nhà và tốc độ thông gió hoặc thay đổi không khí mỗi giờ khác nhau. Đối với các phòng ở tầng dưới, họ nhận thấy lợi ích rõ ràng được mong đợi từ việc tăng không khí ngoài trời và cải thiện khả năng lọc, nhưng ảnh hưởng của việc tăng tốc độ thông gió ít rõ ràng hơn.

Không khí ngoài trời sạch hơn làm giảm sự lây truyền

Các nhà khoa học đã nghiên cứu tác động của việc bổ sung các lượng không khí ngoài trời khác nhau vào nguồn cung cấp không khí của tòa nhà, từ không có không khí bên ngoài đến 33% lượng không khí cung cấp cho tòa nhà mỗi giờ. Như mong đợi, việc kết hợp nhiều không khí sạch hơn ngoài trời làm giảm nguy cơ lây truyền trong các phòng được kết nối. Việc thay thế một phần ba lượng không khí trong tòa nhà mỗi giờ bằng không khí sạch ngoài trời làm giảm nguy cơ lây nhiễm trong các phòng phía dưới khoảng 20 phần trăm so với mức thấp hơn của không khí ngoài trời thường có trong các tòa nhà. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng mô hình giả định rằng không khí ngoài trời sạch và không có vi rút.

Pease nói: “Không khí bên ngoài nhiều hơn rõ ràng là một điều tốt cho nguy cơ lây truyền, miễn là không khí không có vi rút.

Lọc mạnh làm giảm sự lây truyền

Yếu tố thứ hai được nghiên cứu – lọc mạnh – cũng rất hiệu quả trong việc giảm sự lây truyền của coronavirus.

Nhóm đã nghiên cứu tác động của ba cấp độ lọc: MERV-8, MERV-11 và MERV-13, trong đó MERV là viết tắt của giá trị báo cáo hiệu quả tối thiểu, một thước đo phổ biến của quá trình lọc. Một số cao hơn chuyển thành một bộ lọc mạnh hơn.

Việc lọc làm giảm tỷ lệ lây nhiễm trong các phòng thông nhau một cách rõ rệt. Bộ lọc MERV-8 đã giảm mức đỉnh của các hạt virus trong các phòng thông nhau xuống chỉ còn 20% so với mức mà không cần lọc. Bộ lọc MERV-13 đã làm giảm 93% nồng độ đỉnh của các hạt virus trong một căn phòng được kết nối với nhau, xuống dưới 1/10 so với nồng độ đỉnh của bộ lọc MERV-8. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các bộ lọc mạnh hơn đã trở nên phổ biến hơn kể từ khi đại dịch bắt đầu.

Tăng thông gió — một bức tranh phức tạp hơn

Phát hiện đáng ngạc nhiên nhất của nghiên cứu liên quan đến thông gió – tác động của cái mà các nhà nghiên cứu gọi là sự thay đổi không khí mỗi giờ. Điều tốt cho phòng nguồn giảm 75% nguy cơ truyền trong phòng nhưng lại không tốt cho các phòng thông nhau. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng tốc độ trao đổi không khí nhanh chóng, 12 lần thay đổi không khí mỗi giờ, có thể gây ra sự gia tăng đột biến mức độ hạt vi rút trong vòng vài phút trong các phòng thông nhau. Điều này làm tăng nguy cơ lây nhiễm trong những căn phòng đó trong vài phút lên hơn 10 lần so với những gì ở tỷ lệ trao đổi thấp hơn. Nguy cơ lây truyền cao hơn trong các phòng được kết nối sẽ duy trì trong khoảng 20 phút.

“Đối với phòng nguồn, rõ ràng thông gió hơn là một điều tốt. Nhưng không khí đó sẽ đi đâu đó, ”Pease nói. “Có thể nhiều thông gió hơn không phải lúc nào cũng là giải pháp.”

Diễn giải dữ liệu liên quan sự trao đổi không khí trong các tòa nhà

Pease cho biết: “Có nhiều yếu tố cần xem xét và việc tính toán rủi ro là khác nhau đối với từng trường hợp. “Có bao nhiêu người trong tòa nhà và họ ở đâu? Tòa nhà rộng bao nhiêu? Có bao nhiêu phòng? Tại thời điểm này, không có nhiều dữ liệu về cách các hạt virus di chuyển trong các tòa nhà nhiều phòng.

“Những con số này rất cụ thể đối với mô hình này – loại mô hình cụ thể này, số lượng các hạt vi rút được thải ra bởi một người. Mỗi tòa nhà đều khác nhau, và cần phải nghiên cứu thêm ”, Pease nói thêm.

Đồng tác giả Timothy Salsbury, một chuyên gia kiểm soát các tòa nhà, lưu ý rằng nhiều sự đánh đổi có thể được định lượng và cân nhắc tùy thuộc vào hoàn cảnh.

“Việc lọc mạnh hơn dẫn đến chi phí năng lượng cao hơn, cũng như việc đưa không khí bên ngoài vào nhiều hơn mức thường được sử dụng trong các hoạt động bình thường. Trong nhiều trường hợp, hình phạt năng lượng đối với việc tăng công suất quạt cần thiết để lọc mạnh sẽ ít hơn hình phạt năng lượng để sưởi ấm hoặc làm mát thêm không khí bên ngoài, ”Salsbury nói.

“Có nhiều yếu tố cần cân bằng — mức lọc, mức không khí ngoài trời, sự trao đổi không khí — để giảm thiểu nguy cơ lây truyền. Các nhà quản lý tòa nhà chắc chắn đã cắt giảm công việc của họ cho họ, ”ông nói thêm.

Các nghiên cứu thử nghiệm bổ sung đang được tiến hành

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một loạt các nghiên cứu thử nghiệm cùng đường với nghiên cứu mô hình hóa. Giống như nghiên cứu mới được công bố, các phân tích bổ sung xem xét tác động của việc lọc, kết hợp không khí ngoài trời và sự thay đổi không khí.

Các nghiên cứu đang diễn ra này liên quan đến các hạt thực được tạo thành từ chất nhầy (không bao gồm virus SARS-CoV-2 thực sự) và xem xét sự khác biệt giữa các hạt được tống ra khỏi các bộ phận khác nhau của đường hô hấp, chẳng hạn như khoang miệng, thanh quản và phổi. Các nhà điều tra triển khai một máy tạo khí dung giúp phân tán các hạt giống virus nhiều như khi chúng bị phân tán khi ho, cũng như công nghệ theo dõi huỳnh quang để theo dõi chúng đi đâu. Các yếu tố khác bao gồm các kích thước hạt khác nhau, thời gian các hạt virus có khả năng lây nhiễm và điều gì sẽ xảy ra khi chúng rơi ra và phân hủy.

Tài liệu tham khảo: “Điều tra khả năng lây truyền và lây nhiễm SARS-CoV-2 trong khí dung qua hệ thống thông khí trung tâm” của Leonard F. Pease, Na Wang, Timothy I. Salsbury, Ronald M. Underhill, Julia E. Flaherty, Alex Vlachokostas, Gourihar Kulkarni và Daniel P. James, 29 tháng 1 năm 2021, Xây dựng và Môi trường .
DOI: 10.1016 / j.buildenv.2021.107633

Ngoài Pease và Salsbury, các tác giả của nghiên cứu được công bố bao gồm Nora Wang, Ronald Underhill, Julia Flaherty, Alex Vlachokostas, Gourihar Kulkarni và Daniel James.

Nghiên cứu mới nhất trong một loạt các phát hiện PNNL về COVID-19, tập hợp các thế mạnh của PNNL trong công nghệ xây dựng và trong khoa học aerosol. Công việc này được tài trợ thông qua Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học Ảo Quốc gia, một tổ hợp gồm tất cả 17 phòng thí nghiệm quốc gia của DOE tập trung vào ứng phó với COVID-19, với sự tài trợ của Coronavirus Aid, Relief và Economic Security, hoặc CARES, Act.

Nguồn: scitechdaily