В исследовании содержатся рекомендации по сохранению свежего воздуха в классе.

Употребление большего количества растительной пищи может снизить риск сердечных заболеваний у молодых взрослых и пожилых женщин

Открытые окна и хорошая система отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) являются отправными точками для обеспечения безопасности классных комнат во время пандемии Covid-19 . Но это не последнее слово, согласно новому исследованию исследователей Массачусетского технологического института.

Исследование показывает, как конкретная конфигурация классной комнаты может повлиять на качество воздуха и потребовать дополнительных мер. помимо использования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или открытых окон, чтобы уменьшить распространение аэрозолей — тех крошечных, потенциально несущих Covid частиц, которые могут оставаться взвешенными в воздухе в течение нескольких часов.

«Есть ряд условий, при которых мы явно обнаружили, что проблема, и если вы посмотрите на прогнозируемую концентрацию аэрозолей вокруг других людей в комнате, в некоторых случаях она была намного выше, чем то, что говорят [стандартные] модели », — говорит Леон Гликсман, профессор архитектуры и инженерии Массачусетского технологического института, который является соавтор новой статьи, в которой подробно описывается исследование.

Воздух в помещении

Действительно, исследование показывает, что некоторые обстоятельства могут создавать концентрацию потенциально проблемных аэрозолей в диапазоне от 50 до 150 процентов h выше стандартной базовой концентрации, которую эксперты считают «хорошо перемешанным» воздухом в помещении.

«Это усложняется и зависит от конкретных условий в помещении», — добавляет Гликсман.

Документ «Образцы распространения аэрозоля SARS-CoV-2 в обычных классах» публикуется в предварительной онлайн-форме в журнале Строительство и окружающая среда . Авторы — Герхард К. Ренкен и Эмма К. Резерфорд, магистранты Массачусетского технологического института, которые участвовали в исследовании в рамках программы «Возможности для исследований в бакалавриате» при поддержке Энергетической инициативы Массачусетского технологического института; Нихилеш Ганта, аспирант Центра вычислительных наук и инженерии Массачусетского технологического института; Джон Конголетос, аспирант программы строительных технологий Массачусетского технологического института и научный сотрудник Тата-центра Массачусетского технологического института; и Гликсман, старший автор и профессор строительных технологий и машиностроения в Массачусетском технологическом институте, десятилетиями изучавший проблемы циркуляции воздуха.

Битва вертикальных и горизонтальный

SARS-Cov-2, вирус, вызывающий Covid-19, в основном передается воздушно-капельным путем через аэрозоли, которые люди выдыхают и которые могут оставаться в воздухе в течение длительных периодов времени. если комната плохо проветривается. Таким образом, во многих помещениях с ограниченным потоком воздуха, в том числе в классных комнатах, может содержаться относительно более высокая концентрация аэрозолей, в том числе выдыхаемых инфицированными людьми. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и открытые окна могут помочь создать «хорошо перемешанные» условия, но в определенных сценариях могут потребоваться дополнительные методы вентиляции, чтобы минимизировать количество аэрозолей SARS-Cov-2.

Для проведения исследования исследователи использовали вычислительные методы. гидродинамика — сложное моделирование воздушного потока — для изучения 14 различных сценариев вентиляции в классе, девять из которых связаны с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а пять — с открытыми окнами. Исследовательская группа также сравнила свое моделирование с результатами прошлых экспериментов.

Один идеальный сценарий предполагает, что свежий воздух входит в класс рядом с уровнем земли и постоянно поднимается вверх, пока не выходит из комнаты через вентиляционные отверстия на потолке. Этому процессу способствует то, что горячий воздух поднимается вверх, а тепло тела людей естественным образом генерирует восходящие «тепловые шлейфы», которые переносят воздух к потолочным вентиляционным отверстиям со скоростью около 0,15 метра в секунду.

«Если вы носите хорошо сидящие маски, вы подавляете скорость [дыхания] выхлопных газов до точки, в которой выходящий воздух уносится шлейфами над людьми », — говорит Гликсман. «Если маска свободно сидит или нет маски вообще, воздух выходит с достаточно высокой горизонтальной скоростью, чтобы его не захватили эти поднимающиеся шлейфы, и поднимается с гораздо меньшей скоростью».

Два проблемных сценария

Но даже в этом случае, как обнаружили исследователи, могут возникнуть сложности. В их наборе симуляций, сфокусированных на закрытых окнах и использовании HVAC, проблемы с воздушным потоком возникали в симулированном классе зимой с холодными окнами сбоку. В этом случае, поскольку холодный воздух возле окон естественным образом опускается вниз, он нарушает общий восходящий поток воздуха в классе, несмотря на тепловые шлейфы людей.

«Из-за холодного воздуха из окна часть воздуха движется вниз, «- говорит Гликсман. «В ходе моделирования мы обнаружили: да, тепловой шлейф человека в маске будет подниматься к потолку, но если человек находится близко к окну, аэрозоли поднимаются к потолку и в некоторых случаях захватываются этим нисходящим потоком, и снизился до уровня дыхания в комнате. И мы обнаружили, что чем холоднее в окне, тем больше проблема ».

В этом случае зараженный Covid-19, сидящий возле окна, будет особенно вероятно, распространят свои аэрозоли. Но есть исправления для этой проблемы: среди прочего, размещение обогревателей рядом с холодными окнами ограничивает их влияние на воздушный поток в классе.

В другом наборе моделирования, включающем открытые окна, стали очевидны дополнительные проблемы. Хотя открытые окна в целом хороши для притока свежего воздуха, исследователи выявили один проблемный сценарий: горизонтальное движение воздуха из открытых окон, выровненных с рядами сидений, создает значительное распространение аэрозолей.

Исследователи предлагают простое решение этой проблемы: установка оконных перегородок, фурнитуры, которую можно настроить для отклонения воздуха вниз. Таким образом, более прохладный свежий воздух снаружи будет поступать в класс рядом с ногами находящихся в нем людей и поможет создать лучшую общую схему циркуляции.

Энергетический штраф

Помимо последствий для безопасности во время пандемии, Гликксман отмечает, что улучшение воздушного потока во всех классах имеет энергетические и экологические последствия.

Если одна система HVAC не создает оптимальных условий внутри В классе может возникнуть соблазн запустить систему на полную мощность в надежде создать больший поток. Но это дорого и требует экологических затрат. Альтернативный подход заключается в поиске решений для конкретных классов, таких как перегородки или использование высокоэффективных фильтров в системе рециркуляции воздуха системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

«Чем больше наружного воздуха вы вводите, тем ниже средняя концентрация из этих аэрозолей будет «, — говорит Гликсман. «Но с этим связано снижение энергии».

Гликсман также подчеркивает, что в текущем исследовании изучается качество воздуха при определенных обстоятельствах. Исследование также проводилось до того, как более трансмиссивный вариант Delta вируса Covid-19 стал преобладающим. Гликксман отмечает, что это развитие подчеркивает важность «снижения уровня концентрации аэрозоля за счет маскировки и более высокой скорости вентиляции» в данном классе, и особенно подчеркивает, что «локальная концентрация в зоне дыхания [около голов людей] должна быть минимизировано «.

И Гликксман подчеркивает, что было бы полезно провести больше исследований для более глубокого изучения проблемы.

«Мы сделали ограниченное исследование определенных форм геометрии в классе», — говорит Гликсман. «Это в некоторой степени зависит от конкретных условий. Не существует одного простого рецепта улучшения воздушного потока. На самом деле это говорит о том, что мы хотели бы видеть больше исследований».