Ventanas abiertas y buena calefacción, ventilación, y el sistema de aire acondicionado (HVAC) son puntos de partida para mantener las aulas seguras durante la pandemia de COVID-19. Pero no son la última palabra según un nuevo estudio de investigadores del MIT.

El estudio muestra cómo las configuraciones específicas del aula pueden afectar la calidad del aire y requieren medidas adicionales, más allá del uso de HVAC o ventanas abiertas, para reducir la propagación de aerosoles, esos pequeños, partículas potencialmente portadoras de COVID que pueden permanecer suspendidas en el aire durante horas.

"Hay un conjunto de condiciones en las que encontramos claramente que hay un problema, y cuando observa la concentración prevista de aerosoles alrededor de otras personas en la habitación, en algunos casos, fue mucho más alto de lo que dirían los modelos [estándar], "dice Leon Glicksman, un profesor de arquitectura e ingeniería del MIT que es coautor de un nuevo artículo que detalla la investigación.

En efecto, El estudio muestra que algunas circunstancias pueden crear una concentración de aerosoles potencialmente problemáticos que oscile entre un 50 y un 150 por ciento más que la concentración de referencia estándar que los expertos consideran como aire interior "bien mezclado".

"Se vuelve complicado, y depende de las condiciones particulares de la habitación, ", Agrega Glicksman.

El papel, "Los patrones de aerosol del SARS-CoV-2 se propagan en las aulas típicas, "aparece de forma anticipada en línea en la revista Edificación y Medio Ambiente . Los autores son Gerhard K. Rencken y Emma K. Rutherford, Estudiantes de pregrado del MIT que participaron en la investigación a través del Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado con el apoyo de la Iniciativa de Energía del MIT; Nikhilesh Ghanta, estudiante de posgrado en el Centro de Ciencias e Ingeniería Computacional del MIT; John Kongoletos, estudiante de posgrado en el Programa de Tecnología de la Construcción del MIT y miembro del Tata Center del MIT; y Glicksman, el autor principal y profesor de tecnología de la construcción e ingeniería mecánica en el MIT que ha estado estudiando problemas de circulación de aire durante décadas.

La batalla entre lo vertical y lo horizontal

SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, se transmite en gran medida en el aire a través de aerosoles, que la gente exhala, y que puede permanecer en el aire durante largos períodos de tiempo si una habitación no está bien ventilada. Muchos ambientes interiores con flujo de aire limitado, incluidas las aulas, por lo tanto, podría contener una concentración relativamente más alta de aerosoles, incluidos los exhalados por personas infectadas. Los sistemas HVAC y las ventanas abiertas pueden ayudar a crear condiciones "bien mezcladas", pero en ciertos escenarios, Es posible que se necesiten métodos de ventilación adicionales para minimizar los aerosoles del SARS-Cov-2.

Para realizar el estudio, Los investigadores utilizaron dinámica de fluidos computacional, simulaciones sofisticadas de flujo de aire, para examinar 14 escenarios diferentes de ventilación en el aula. nueve con sistemas HVAC y cinco con ventanas abiertas. El equipo de investigación también comparó su modelado con resultados experimentales anteriores.

Un escenario ideal implica que el aire fresco ingrese a un aula cerca del nivel del suelo y se mueva constantemente hacia arriba, hasta que salga de la habitación a través de las rejillas de ventilación del techo. Este proceso se ve favorecido por el hecho de que el aire caliente sube, y el calor corporal de las personas genera naturalmente "columnas de calor en aumento, "que llevan el aire hacia las rejillas de ventilación del techo, a una velocidad de aproximadamente 0,15 metros por segundo.

Dada la ventilación del techo, luego, El objetivo es crear un movimiento de aire vertical hacia arriba para que el aire salga de la habitación. al tiempo que limita el movimiento de aire horizontal, que esparce aerosoles entre los estudiantes sentados.

Esta es la razón por la que usar máscaras en interiores tiene sentido:las máscaras limitan la velocidad horizontal de los aerosoles exhalados, mantener esas partículas cerca de las columnas de calor para que los aerosoles se eleven verticalmente, como los investigadores observaron en sus simulaciones. La exhalación normal crea velocidades de aerosol de 1 metro por segundo, y la tos crea velocidades aún más altas, pero las mascarillas mantienen esa velocidad baja.

"Si usa máscaras que le queden bien, suprime la velocidad del escape [de la respiración] hasta el punto en que el aire que sale es transportado por las plumas por encima de los individuos, "Dice Glicksman." Si es una máscara holgada o no tiene ninguna, el aire sale a una velocidad horizontal lo suficientemente alta como para que no sea capturado por estas columnas ascendentes, y sube a tasas mucho más bajas ".

Dos escenarios problemáticos

Pero aun así, los investigadores encontraron, pueden surgir complicaciones. En su conjunto de simulaciones enfocadas en ventanas cerradas y uso de HVAC, los problemas de flujo de aire surgieron en un aula simulada en invierno, con ventanas frias al costado. En este caso, porque el aire frío cerca de las ventanas se hunde naturalmente, interrumpe el flujo ascendente general del aire del aula, a pesar de las nubes de calor de la gente.

"Debido al aire frío de la ventana, algo de aire se mueve hacia abajo, "Dice Glicksman." Lo que encontramos en las simulaciones es, sí, la columna de calor de una persona enmascarada se elevaría hacia el techo, pero si una persona está cerca de la ventana, los aerosoles suben al techo y en algunos casos son capturados por ese flujo descendente, y bajó al nivel de respiración en la habitación. Y encontramos que cuanto más fría está la ventana cuanto mayor es este problema ".

En este escenario, alguien infectado con COVID-19 sentado cerca de una ventana sería particularmente probable que esparciera sus aerosoles. Pero hay soluciones para este problema:entre otras cosas, colocar calefactores cerca de ventanas frías limita su impacto en el flujo de aire del aula.

En el otro conjunto de simulaciones, involucrando ventanas abiertas, problemas adicionales se hicieron evidentes. Si bien las ventanas abiertas son buenas para el flujo de aire fresco en general, los investigadores sí identificaron un escenario problemático:el movimiento de aire horizontal de las ventanas abiertas alineadas con las filas de asientos crea una dispersión significativa del aerosol.

Los investigadores sugieren una solución simple para este problema:instalar deflectores de ventana, accesorios que se pueden configurar para desviar el aire hacia abajo. Al hacer esto, el aire fresco más fresco del exterior ingresará al aula cerca de los pies de sus ocupantes, y ayudar a generar un mejor patrón de circulación general.

"La ventaja es, traes el aire limpio del exterior al suelo, y luego [usando deflectores] tienes algo que comienza a parecerse a la ventilación por desplazamiento, donde nuevamente el aire caliente de los individuos atraerá el aire hacia arriba, y se moverá hacia el techo, "Dice Glicksman". Y nuevamente, eso es lo que encontramos cuando hicimos las simulaciones, la concentración de aerosol fue mucho más baja en esos casos que si simplemente permites que el aire entre directamente en forma horizontal ".

La pena de energía

Además de las implicaciones de seguridad durante la pandemia, Glicksman señala que un mejor flujo de aire en todas las aulas tiene consecuencias energéticas y ambientales.

Si un sistema HVAC por sí solo no crea las condiciones óptimas dentro de un aula, la tentación podría ser poner en marcha el sistema a todo trapo, con la esperanza de crear un mayor flujo. Pero eso es caro y gravoso para el medio ambiente. Un enfoque alternativo es buscar soluciones específicas para el aula, como deflectores o el uso de filtros de alta eficiencia en el suministro de aire recirculante de HVAC.

"Cuanto más aire exterior traiga, Cuanto menor sea la concentración media de estos aerosoles, "Dice Glicksman." Pero hay una penalización energética asociada ".

Glicksman también enfatiza que el estudio actual examina la calidad del aire en circunstancias específicas. La investigación también tuvo lugar antes de que prevaleciera la variante Delta más transmisible del virus COVID-19. Este desarrollo, Glicksman observa, refuerza la importancia de "reducir el nivel de concentración de aerosoles mediante enmascaramiento y tasas de ventilación más altas" en un aula determinada, y subraya especialmente que "la concentración local en la zona de respiración [cerca de las cabezas de los ocupantes de la habitación] debe minimizarse".

Y Glicksman enfatiza que sería útil tener más estudios que exploren los temas en profundidad.

"Lo que hicimos es un estudio limitado de formas particulares de geometría en el aula, "Dice Glicksman." Depende hasta cierto punto de cuáles son las condiciones particulares. No existe una receta sencilla para un mejor flujo de aire. Lo que esto realmente dice es que nos gustaría que se hicieran más investigaciones ".