Ventilationens avgörande roll i spridningen av covid-19 har kvantifierats av forskare, som har upptäckt att i dåligt ventilerade utrymmen, viruset sprider sig längre än två meter på sekunder, och är mycket mer benägna att spridas genom långvarigt samtal än genom hosta.

Resultaten, redovisas i tidskriften Proceedings of the Royal Society A , visa att sociala distansåtgärder ensamma inte ger tillräckligt skydd mot viruset, och ytterligare betona vikten av ventilation och ansiktsmasker för att bromsa spridningen av covid-19.

Forskarna, från University of Cambridge och Imperial College London, använde matematiska modeller för att visa hur SARS-CoV-2 – viruset som orsakar covid-19 – sprids i olika inomhusutrymmen, beroende på storlek, beläggning, ventilation och om masker bärs. Dessa modeller är också grunden för ett gratis onlineverktyg, Airborne.cam, som hjälper användare att förstå hur ventilation och andra åtgärder påverkar risken för överföring inomhus, och hur den risken förändras över tiden.

Forskarna fann att när två personer befinner sig i ett dåligt ventilerat utrymme och ingen av dem bär en mask, långvarigt samtal är mycket mer benägna att sprida viruset än en kort hosta. När man talar, vi andas ut mindre droppar, eller aerosoler, som lätt sprider sig i ett rum, och ackumuleras om ventilationen inte är tillräcklig. I kontrast, hosta driver ut fler stora droppar, som är mer benägna att sätta sig på ytor efter att de släpps ut.

Det tar bara några sekunder för aerosoler att spridas över två meter när masker inte bärs, antyder att fysiskt avstånd i avsaknad av ventilation inte är tillräckligt för att ge säkerhet för långa exponeringstider. När masker av något slag bärs dock, de bromsar andningens momentum och filtrerar en del av de utandade dropparna, i sin tur minskar mängden virus i aerosoler som kan spridas genom utrymmet.

Den vetenskapliga konsensusen är att den stora majoriteten av covid-19-fallen sprids genom överföring inomhus – antingen via aerosoler eller droppar. Och som förutspåddes under sommaren och hösten, nu när vintern har kommit till norra halvklotet och människor tillbringar mer tid inomhus, det har skett en motsvarande ökning av antalet covid-19-fall.

"Vår kunskap om luftburen överföring av SARS-CoV-2 har utvecklats i en otrolig takt, när man tänker på att det bara har gått ett år sedan viruset identifierades, " sa Dr Pedro de Oliveira från Cambridges Department of Engineering, och tidningens första författare. "Det finns olika sätt att närma sig detta problem. I vårt arbete, vi betraktar det breda utbudet av andningsdroppar som människor andas ut för att demonstrera olika scenarier av luftburen virusöverföring – det första är den snabba spridningen av små smittsamma droppar över flera meter på några sekunder, vilket kan ske både inomhus och utomhus. Sedan, vi visar hur dessa små droppar kan ackumuleras i inomhusutrymmen på lång sikt, och hur detta kan mildras med adekvat ventilation."

Forskarna använde matematiska modeller för att beräkna mängden virus som finns i utandade partiklar som andas ut, och för att bestämma hur dessa avdunstar och sätter sig på ytor. Dessutom, de använde egenskaperna hos viruset, såsom dess sönderfallshastighet och virusmängd hos infekterade individer, att uppskatta risken för överföring inomhus på grund av normalt tal eller en kort hosta av en smittsam person. Till exempel, de visar att infektionsrisken efter att ha talat en timme i ett typiskt föreläsningsrum var hög, men risken kan minskas avsevärt med tillräcklig ventilation.

Baserat på deras modeller, forskarna har nu byggt Airborne.cam, en fri, verktyg med öppen källkod som kan användas av dem som hanterar offentliga utrymmen, som butiker, arbetsplatser och klassrum, för att avgöra om ventilationen är tillräcklig. Verktyget används redan på flera akademiska institutioner vid University of Cambridge. Verktyget är nu ett krav för utrymmen med högre risk vid universitetet, gör det möjligt för avdelningar att enkelt identifiera faror och förändringar av kontrollåtgärder som behövs för att säkerställa att aerosoler inte tillåts utgöra en hälsorisk.

"Verktyget kan hjälpa människor att använda vätskemekanik för att göra bättre val, och anpassa sina dagliga aktiviteter och omgivningar för att undertrycka risker, både för sig själva och för andra, " sa medförfattaren Savvas Gkantonas, som ledde utvecklingen av appen tillsammans med Dr. de Oliveira.

"Vi tittar på alla sidor av aerosol- och droppöverföring för att förstå, till exempel, vätskemekaniken som är involverad i att hosta och tala, " sa seniorförfattaren professor Epaminondas Mastorakos, även från Institutionen för teknik. "Turbulensens roll och hur den påverkar vilka droppar som sätter sig av gravitationen och som förblir flytande i luften är, särskilt, inte väl förstådd. Vi hoppas att dessa och andra nya resultat kommer att implementeras som säkerhetsfaktorer i appen när vi fortsätter att undersöka."

Den fortsatta utvecklingen av Airborne.cam, som snart kommer att finnas tillgänglig för mobila plattformar, stöds delvis av Cambridge Enterprise och Churchill College.