Kraftiga och snabba luftväxlingar kanske inte alltid är bra när det gäller att ta itu med nivåer av coronaviruspartiklar i en flerrumsbyggnad, enligt en ny modellstudie.

Studien tyder på att, i en flerrumsbyggnad, snabba luftväxlingar kan sprida viruset snabbt från källrummet till andra rum i höga koncentrationer. Partikelnivåerna ökar i angränsande rum inom 30 minuter och kan förbli förhöjda i upp till cirka 90 minuter.

Resultaten, publiceras online i slutgiltig form 15 april i tidskriften Byggnad och miljö , kommer från ett team av forskare vid U.S. Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory. I teamet ingår bygg- och VVS-experter samt experter på aerosolpartiklar och virala material.

"De flesta studier har tittat på partikelnivåer i bara ett rum, och för en ettrumsbyggnad, ökad ventilation är alltid användbart för att minska deras koncentration, sa Leonard Pease, huvudförfattare till studien. "Men för en byggnad med mer än ett rum, luftväxlingar kan utgöra en risk i de intilliggande rummen genom att viruskoncentrationerna höjs snabbare än vad som annars skulle inträffa.

"För att förstå vad som händer, överväga hur passiv rökning fördelar sig i en byggnad. Nära källan, luftväxling minskar röken nära personen men kan fördela röken på lägre nivåer till närliggande rum, Pease tillade. "Risken är inte noll, för alla luftvägssjukdomar."

Teamet modellerade spridningen av partiklar som liknar SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19, via luftbehandlingssystem. Forskare modellerade vad som händer efter att en person har en fem minuters hostanfall i ett rum i en liten kontorsbyggnad med tre rum, köra simuleringar med partiklar på fem mikron.

Forskare tittade på effekterna av tre faktorer:olika nivåer av filtrering, olika hastigheter för införande av utomhusluft i byggnadens lufttillförsel, och olika ventilations- eller luftbyten per timme. För nedströms rum, de fann en förväntad klar fördel av att öka utomhusluften och förbättra filtreringen, men effekten av ökad ventilationshastighet var mindre uppenbar.

Renare utomhusluft minskar överföringen

Forskare studerade effekterna av att tillsätta varierande mängder utomhusluft till byggnadens lufttillförsel, från ingen uteluft till 33 procent av byggnadens lufttillförsel per timme. Som förväntat, införandet av mer ren utomhusluft minskade överföringsrisken i de sammankopplade rummen. Ersättning av en tredjedel av en byggnads luft per timme med ren utomhusluft i nedströmsrum minskade infektionsrisken med cirka 20 procent jämfört med de lägre nivåerna av utomhusluft som vanligtvis ingår i byggnader. Teamet noterade att modellen antog att utomhusluften var ren och virusfri.

"Mer utomhusluft är helt klart en bra sak för överföringsrisker, så länge luften är fri från virus, sa Pease.

Stark filtrering minskar överföringen

Den andra faktorn som studerades – stark filtrering – var också mycket effektiv för att minska överföringen av coronaviruset.

Teamet studerade effekterna av tre nivåer av filtrering:MERV-8, MERV-11, och MERV-13, där MERV står för minsta effektivitetsrapporteringsvärde, ett vanligt mått på filtrering. En högre siffra översätts till ett starkare filter.

Filtrering minskade risken för infektion i de sammankopplade rummen markant. Ett MERV-8-filter minskade toppnivån av viruspartiklar i anslutna rum till bara 20 procent vad det var utan filtrering. Ett MERV-13-filter slog ner toppkoncentrationen av viruspartiklar i ett anslutet rum med 93 procent, till mindre än en tiondel av vad det var med ett MERV-8-filter. Forskarna noterar att de starkare filtren har blivit vanligare sedan pandemin började.

Ökad ventilation — en mer komplex bild

Det mest överraskande fyndet i studien involverade ventilation - effekten av vad forskare kallar luftförändringar per timme. Det som är bra för källrummet - att minska överföringsrisken i rummet med 75 procent - är inte så bra för anslutna rum. Teamet fann att en snabb hastighet av luftväxling, 12 luftbyten per timme, kan orsaka en ökning av viruspartikelnivåerna inom några minuter i anslutna rum. Detta ökar risken för infektion i dessa rum under några minuter till mer än 10 gånger vad den var vid lägre luftutbyteshastigheter. Den högre överföringsrisken i anslutna rum kvarstår i cirka 20 minuter.

"För källrummet, klart mer ventilation är bra. Men den luften går någonstans, sade Pease. "Kanske är mer ventilation inte alltid lösningen."

Tolkning av data

"Det finns många faktorer att tänka på, och riskberäkningen är olika för varje fall, ", sa Pease. "Hur många människor är i byggnaden och var finns de? Hur stor är byggnaden? Hur många rum? Det finns inte mycket data för närvarande om hur viruspartiklar rör sig i flerrumsbyggnader.

"Dessa siffror är mycket specifika för den här modellen - den här typen av modell, mängden viruspartiklar som tappas av en person. Varje byggnad är olika, och mer forskning behöver göras, " tillade Pease.

Medförfattare Timothy Salsbury, en byggnadskontrollsexpert, konstaterar att många av avvägningarna kan kvantifieras och viktas beroende på omständigheterna.

"Stärkare filtrering leder till högre energikostnader, liksom införandet av mer utomhusluft än vad som vanligtvis skulle användas vid normal drift. Under många omständigheter, energistraffet för den ökade fläkteffekten som krävs för stark filtrering är mindre än energistraffet för att värma eller kyla ytterligare utomhusluft, sa Salsbury.

"Det finns många faktorer för att balansera - filtreringsnivå, utomhusluftnivåer, luftväxling – för att minimera överföringsrisken. Byggnadschefer har verkligen sitt arbete avskuren för dem, " han lade till.

Ytterligare experimentella studier pågår

Teamet genomför redan en serie experimentella studier i samma linje som modellstudien. Liksom den nyligen publicerade studien, de ytterligare analyserna tittar på effekterna av filtrering, utomhusluftinblandning och luftbyten.

Dessa pågående studier involverar verkliga partiklar gjorda av slem (som inte innehåller det faktiska SARS-CoV-2-viruset) och överväger skillnader mellan partiklar som drivs ut från olika delar av luftvägarna, såsom munhålan, struphuvudet, och lungorna. Utredarna använder en aerosolmaskin som sprider de virusliknande partiklarna ungefär som de skulle spridas av en hosta, samt fluorescerande spårningsteknik för att övervaka vart de går. Andra faktorer inkluderar varierande partikelstorlekar, hur länge viruspartiklar sannolikt är smittsamma, och vad händer när de tappar och förfaller.