Protiopatření proti klimatizačním systémům v období po epidemii

Díky rozhodným a účinným opatřením se Číně podařilo dostat epidemii pod kontrolu, život se vrátil do normálu a ekonomika funguje normálně. Epidemie však stále probíhá po celém světě, preventivní a kontrolní opatření je třeba normalizovat. Návrh a provoz protiopatření klimatizačních systémů v postepidemickém období v Číně vyvolaly u lidí zamyšlení, takže níže uvedená diskuse o různých názorech a opatřeních přispěje k normalizaci v oblasti prevence epidemií v budoucnu.

Vzhledem k tomu, že se kontrola prostředí v rámci prevence a kontroly epidemií liší od kontroly u komfortních klimatizací v nelékařských civilních budovách, tento článek systematicky nerozvádí protiopatření klimatizačních systémů v období po epidemii, ale pro vaši informaci nastoluje některé obavy týkající se účelu protiopatření a cílů prevence a kontroly klimatizačních systémů v období po epidemii.

1. Správnéumístěník šíření nového koronaviru  

Ten/Ta/ToDdiagnóza aTléčbaNovelCoronavirusPpneumonie(zkušební verze 8), vydaná 19. srpna 2020, jasně ukazuje, že nový koronavirus se šíří hlavně kapénkami z dýchacích cest a blízkým kontaktem, stejně jako kontaktem s předmětem kontaminovaným virem. Dlouhodobá expozice v relativně uzavřeném prostředí s vysokými koncentracemi aerosolů může také vést k přenosu aerosolů. „Vzhledem k tomu, že nový koronavirus lze izolovat ze stolice a moči, je třeba věnovat pozornost tomu, aby se zabránilo znečištění životního prostředí a následnému kontaktnímu přenosu nebo přenosu aerosolů.“ To nám pomáhá správně identifikovat cestu přenosu COVID-19. Potvrzuje to i velký počet případů infekce během epidemie. Nošení roušek, dodržování sociálního odstupu a mytí rukou byly uznány jako nejúčinnější opatření k prevenci a kontrole epidemie.

Za normálních okolností, pokud má virus dobrou přenosnost a difuzi vzduchem, je nepřetržitě rozptýlen prouděním vzduchu a zároveň se ředí, takže koncentrace viru neustále klesá, takže vzduchem se může přenášet pouze malá dávka bakterií. Kromě toho by rozptýlené částice nesené bakteriemi vznášejícími se ve vzduchu jejich vitalita rychle oslabila v důsledku vystavení teplu, vlhkosti a UV záření, pokud nemají enormní vitalitu (nebo nemohou přežít ve vzduchu po dlouhou dobu). Dosud nebyly nalezeny žádné důkazy o tom, že by COVID-19 měl výše uvedené dvě vlastnosti. Lze pouze říci, že COVID-19 má malou šanci na přenos vzduchem v omezené míře, možnost nakažení vzduchem je velmi malá. WHO se stále domnívá, že aerosol SARS-CoV-2 se může šířit v prostředí bez vzduchu nebo v uzavřeném prostředí, ale není to hlavní způsob, ačkoli byl 6. července v časopise Journal of Clinical Infectious Disease (Oxford University Journal) zveřejněn otevřený dopis podepsaný 239 vědci z 32 zemí.

Vzhledem k tomu, že infekční dávka ve vzduchu není dostatečná k přenosu a kapénky se nemohou vznášet po dlouhou dobu a šířit se na velkou vzdálenost, je několik supertransmisních událostí v epidemii zmíněné v otevřeném dopise matoucí. Proto navrhujeme hypotézu přenosu aerosolovým mrakem. Aerosolový mrak je dvoufázový proud páry a kapaliny, který je pro oči neviditelný.

Stav aerosolového oblaku může způsobit, že se vznášejí kapénky obsahující virové částice, které jsou unášeny prouděním vzduchu. Trasa a směr jejich přenosu jsou velmi jasné.

Aerosolový oblak může shromažďovat virové částice, které se obtížně difundují a přenášejí, s delší dobou přežití, takže je snadné lokálně akumulovat velké množství viru a udržovat infekční dávku po dlouhou dobu na velkou vzdálenost. Předpokládá se, že tvorba aerosolového oblaku souvisí s faktory, jako je uzavřené vnitřní prostředí, špatné větrání, vysoká hustota personálu, vysoká vlhkost (obr. 1) a velikost kapének atd. Hypotéza aerosolového oblaku pak může tyto supertransmisní události dobře vysvětlit. Podobné hypotézy lze nalézt i v zahraničních dokumentech (obr. 3), ačkoli se definice a vysvětlení liší. Faktory prostředí, jako je teplota, vlhkost a znečištění, mohou ovlivnit schopnost přežití viru COVID-19 tím, že poškozují jeho povrchové proteiny a lipidovou membránu. Současná teorie naznačuje, že jeho stabilita se zvýší při vyšší vlhkosti (≥80 %) (obr. 1).

Obr. 1 Vztah mezi dobou života virových kapiček, průměrem částic a relativní vlhkostí.

Obr. 2 Průměry kapiček a jejich dosah přenosu

Obr. 3 Oblak z kýchání, kašlání a vydechování a vzdálenost jejich přenosu

2. Protiopatření ve vzduchu-klimatizační systém v postprodukci-doba trvání epidemie

Vzhledem k metodám prevence a kontroly patogenů, jakož i požadavkům a opatřením na kontrolu vnitřního prostředí v epidemiích, se liší od požadavků a opatření u komfortních klimatizací, takže metodu kontroly patogenů nelze pochopit na základě logického uvažování a zdravého rozumu.

2.1 Zaměření na kontrolu přenosu aerosolového oblaku

Kontrola šíření COVID-19 ve vnitřním vzduchu není ani tak důležitá jako spíše kontrola přenosu aerosolového oblaku.

Výsledky ukazují, že aerosolový oblak má dobrou schopnost sledovat proudění vzduchu, úzkou trasu přenosu a jasný směr.

Na rozdíl od přenosu vzduchem, který se může šířit široce a proniknout celým prostorem, se aerosolový oblak unáší vzduchem do blízkosti dýchacích orgánů citlivých osob (obr. 4), které mohou být vdechnuty a způsobit infekci, i když jsou osoby udržovány v bezpečné sociální vzdálenosti. Nejistota přenosu aerosolového oblaku odhalila náhodnost nakažení, což zpochybňuje naši tradiční teorii o ventilaci nebo prevenci a kontrole infekce, jako je bezpečná sociální vzdálenost, osobní ochrana, doba expozice, riziko nebo pravděpodobnost infekce.

Obr. 4 Simulace přenosu aerosolového oblaku

Z hlediska řízení přenosu aerosolového oblaku existují tři způsoby:

1) Nejzákladnějším způsobem, jak snížit vznik aerosolového oblaku (například nošením roušek, kontrolou hustoty personálu, rychlým usazováním kapének prouděním vzduchu v interiéru), je zabránění vzniku aerosolového oblaku. Udržování dobrého větrání interiéru (ředění znečištění interiéru a zabránění hromadění vlhkosti v interiéru) je důležité.

2) Jakmile se vytvoří aerosolový oblak, nejistota přenosu a náhodnost infekce se zdají být mimo kontrolu. Ve skutečnosti nejjednodušším způsobem, jak zabránit přenosu aerosolového oblaku, je zabránit horizontálnímu proudění vzduchu v interiéru a donutit ho k rychlému usazení a poté jej vypustit spodním výstupem odpadního (zpětného) vzduchu pomocí ventilace.

3) Nejjednodušší způsob, jak eliminovat přenos aerosolového oblaku, je rozptýlit aerosolový oblak vnější silou. Proudění vzduchu z ventilace bude aerosolový oblak neustále narušovat nebo rozptylovat. Pokud jsou infekční částice decentralizované a jejich koncentrace klesne, pak nejsou přenosné. Snížení vnitřní vlhkosti na 40–50 % je samozřejmě také kontrolní metoda, ale s velkou spotřebou energie.

2.2 Zaměření na prevenci a kontrolu patogenů

Myšlenka prevence a kontroly patogenů během epidemie je do jisté míry podobná kontrole životního prostředí pomocí farmaceutické a lékařské léčby. Liší se však od biologické čisticí technologie, která je opatřením k prevenci koronaviru v komfortních klimatizačních prostorách. Nejprve se poučíme z konceptů farmaceutické a lékařské kontroly, abychom vysvětlili rozdíl mezi nimi a komfortními klimatizacemi.

Obr. 1 Rozdíly mezi koncepty prevence a kontroly patogenů a koncepty ventilačních klimatizací.

Během období po epidemii se již nemusí uplatňovat tři účinná preventivní a kontrolní opatření, kterými jsou nošení roušek, dodržování sociálního odstupu a mytí rukou. Stále je však třeba zvážit kontrolu hustoty personálu. Protiopatřením klimatizačního systému v období po epidemii je prevence koronaviru. Rozdíly v metodě kontroly viz tabulka 1. Kromě spekulací o preventivních protiopatřeních klimatizačního systému založených na logickém uvažování nebo zdravém rozumu, na co bychom měli věnovat pozornost? Některá protiopatření lze integrovat do komfortního klimatizačního systému, ale některá lze použít pouze jako záložní schéma. Zde je několik příkladů:

1) Celková kontrola nebo kontrola klíčových bodů

Lidé, kteří se zabývají klimatizací, jsou zvyklí posuzovat věci z celkového hlediska, jako je regulace parametrů teploty, vlhkosti a koncentrace oxidu uhličitého v celém prostoru. Lidé, kteří se zabývají kontrolou infekcí, se zaměřují na detaily a klíčové body, odříznou cestu infekce podle charakteristik zdroje infekce. Pozornost si zaslouží i detaily uspořádání přívodního a odvodního vzduchu. Nespočet případů ukázalo, že detaily určují úspěch nebo selhání kontroly infekce. Detaily jsou obrovské.

2) Ředění celé komory nebo sedimentace in situ

Největším znečišťujícím prvkem komfortních klimatizací je CO2. Lidé jsou všude v místnosti a každý může produkovat CO2. Jedná se o velký plošný zdroj. Bakterie v interiéru jsou obecně vydechovány jednotlivými pacienty a šíří se na krátkou vzdálenost, jedná se o bodový zdroj. Proto kontrolní opatření nemohou zředit celou místnost čerstvým vzduchem a kontrolovat bodovou infekci jako kontrola CO2, ani nemohou regulovat objem čerstvého vzduchu pomocí senzoru CO2. Kapičky vydechované pacienty s koronavirem mohou přímo infikovat sousední oblasti a nečekají na zředění. Jakmile je patogen vydechnut, měl by se rychle usadit na místě, aby se zabránilo přenosu. Usazování na místě je nejúčinnějším způsobem, jak snížit expozici. Kontrola bodové infekce generováním vícenásobného objemu vnitřního vzduchu pro zředění nejen způsobuje vysokou spotřebu energie, ale má také špatný účinek.

3) Sterilizace nebo filtrace

Všichni víme, že čerstvý vzduch nenese patogeny a hlavním účelem filtrace čerstvého vzduchu je odstranění prachu. Pokud se v místnosti patogeny vyskytují, měl by být filtr zpětného vzduchu schopen zabránit jejich vniknutí do systému. Odolnost HEPA filtru je však poměrně vysoká, což je obtížné nebo neproveditelné pro použití v občanských budovách. Vzhledem k omezenému vnitřnímu prostoru se vydechované kapénky nemohou v krátké době odpařit na kapalné jádro s malými částicemi a filtrace zpětného vzduchu slouží především k odstranění kapének s velkými částicemi. Naším cílem je zabránit hromadění patogenů v prostoru, proto je třeba při výběru filtrů zpětného vzduchu zohlednit účinnost sterilizace a odolnost filtru.

Článek 7.1.11 normy GB 51039-2014 pro navrhování budov všeobecných nemocnic uvádí:

Výstup zpětného vzduchu centrálního klimatizačního systému a fan coilové jednotky musí být vybaven filtračním zařízením s počátečním odporem nižším než 50 Pa, s mírou prvního průchodu mikroorganismů nižší než 10 % a s mírou průchodu částic najednou nejvýše 5 %.

Ze stejného důvodu společnost ASHRAE doporučila MERV13 jako filtr pro zpětný vzduch. V případě aerosolového oblaku dokáží filtry nejen odfiltrovat některé částice ve vzduchu, ale také aerosolový oblak rozptýlit, čímž znemožní jeho existenci v systémech.

4) Preventivní centralizovaný systém klimatizace nebo preventivní decentralizovaný systém klimatizace

Podle našeho selského rozumu centrální klimatizační systém obsluhuje více místností a jakmile se bakterie objeví v jedné místnosti, zbytek bude kontaminován. Na začátku epidemie byl centralizovaný klimatizační systém klíčovým cílem prevence, zatímco decentralizovaný klimatizační systém nikoli.

Jakmile se nakažená osoba objeví na veřejných místech, plyn, který vydechuje, bude nasát do klimatizačního systému, ale infekční dávka v přiváděném vzduchu musí být snížena po procesu vysokorychlostního ventilátoru, několika filtrů, komponentů pro úpravu tepla a vlhkosti a směsného ředění čerstvého vzduchu. I když se uvnitř vyskytují aerosolové mraky, je nepravděpodobné, že by centrální ventilační a klimatizační systém obsluhoval více místností, že by došlo ke křížové infekci. Dosud nedošlo k žádné rozsáhlé infekci způsobené centralizovanou klimatizací. Decentralizované klimatizace, jako jsou klimatizace s děleným vzduchem, fan-coilové jednotky a VRV systémy používané v restauracích, barech, autobusech a zábavních zařízeních, však svým prouděním vzduchu způsobí horizontální proudění vzduchu v místnosti, což pohání aerosolový mrak k jeho pohybu (obr. 4).

Během epidemie dochází na některých místech s decentralizovanou klimatizací k občasným případům agregace infekcí, což je také typické místo šíření aerosolových oblaků.

5) Rovnoměrné rozložení nebo omezení proudění vzduchu

Klimatizační systém klade důraz na rovnoměrné rozložení parametrů teploty a vlhkosti. Teoreticky se venkovní čerstvý vzduch neustále mísí a ředí s vnitřním vzduchem, proudění vzduchu se rovnoměrně rozděluje, takže koncentrace virů bude klesat, ale analýza detailů procesu distribuce z jiného úhlu pohledu může objektivně napomoci šíření patogenů. Proto je důležitý směr distribuce proudění vzduchu, a proto se v čisticím prostoru v lékařství, farmaceutickém průmyslu a elektronice klade důraz na vzorec proudění vzduchu, který je přiváděn shora a vrací se dolů. Plně využívá roli proudění vzduchu jako ochrannou vrstvu, čímž se bodové znečištění co nejrychleji usadí a zabrání se jeho úletu a rozptýlení, čímž se výrazně zkrátí doba expozice. Omezení proudění vzduchu je mnohem důležitější než rovnoměrné rozložení. Centralizovaný klimatizační systém dokáže snadno realizovat vzorec proudění vzduchu s přiváděním shora a vracením dolů, zatímco decentralizované klimatizační jednotky, které integrují úpravu a distribuci vzduchu, jsou obtížně dosažitelné.

6) Zamezení přívodu vzduchu nebo zabránění úniku

Jakmile je vzduch v interiéru znečištěný a klimatizace dodávají znečištěný vzduch do interiéru, dochází k druhému znečištění ovzduší, kterému se říká nepřímé znečištění.

Z našeho pohledu je nejhorší, když se bakterie v interiéru dostanou z klimatizace. Nemluvě o tom, že se virus nemůže šířit centrálním klimatizačním systémem, a i kdyby se mohl, pokud je na výstupu přívodního nebo odvodního vzduchu účinný vzduchový filtr, je obtížné virus odstranit. Z hlediska čisticího inženýrství je v současném stavebním a schvalovacím systému málo případů úniku znečištění způsobeného filtry a jejich instalací. Nicméně slepé zvyšování objemu čerstvého vzduchu bez zohlednění regulace tlakového rozdílu způsobí, že se uspořádaný gradient tlaku v dané oblasti vymkne kontrole a vnitřní vzduch obsahující znečištění (viry) bude přímo unikat ven, což často způsobuje případy znečištění (infekce). Tento druh znečištění způsobený únikem znečištění v interiéru se nazývá přímé znečištění, což je ještě horší, protože neuspořádaný únik proudění vzduchu činí místo infekce obtížně předvídatelným. Proto normy nebo předpisy pro výstavbu nemocnic v tuzemsku i v zahraničí nevyžadují pro terminály přívodu vzduchu v klíčových odděleních filtry s vysokou úrovní filtrace, ale kladou důraz na regionální uspořádanou regulaci gradientového tlakového rozdílu.

7) Přerušovaný provoz nebo nepřetržitý provoz

Z obavy z přenosu virů v klimatizačním systému je často nutný přerušovaný provoz klimatizačního systému. To znamená, že se klimatizace po určité době provozu vypne a poté se zapne přirozené nebo mechanické větrání 2–3krát denně po dobu alespoň 30 minut. Všichni víme, že velké množství čerstvého vzduchu přiváděného dovnitř poškozuje vnitřní prostředí, ale co jsme nevěděli, je, že příjemné prostředí vytvořené klimatizací lze považovat také za protiepidemické opatření. Průběh epidemie ukazuje, že COVID-19 si stále udržuje silnou infekčnost bez ohledu na nízkou nebo vysokou teplotu. Virová aktivita dosahuje nejnižší úrovně při pokojové teplotě 22–25 °C a relativní vlhkosti 50–60 % (obr. 5).

Přímý vstup silného čerstvého vzduchu také narušuje rovnováhu tlakových rozdílů mezi různými prostory, což má za následek neuspořádaný tok netěsného proudění vzduchu.

Proto, pokud je klimatizační systém v souladu s předpisy, musí být nejen nepřetržitý, ale také musí být spouštěn včas a oddálen při vypínání. Stabilní a kontrolované prostředí je skutečným požadavkem pro normalizaci prevence a kontroly epidemií.

Obr. 5 Míra přežití nového koronaviru a teplota a vlhkost

8) Úprava zpoždění nebo prevence limitů

Řízení klimatizace je zajištěno senzorem teploty a vlhkosti, které systém upraví poté, co senzor detekuje odchylku teploty nebo vlhkosti, tento proces se nazývá úprava zpoždění.

Relativně vzato je úroveň teploty a vlhkosti velmi vysoká a vnitřní konstrukce a zařízení mají také tepelnou kapacitu, takže změna vnitřní teploty o 1 °C vyžaduje větší energii nebo se nebude výrazně měnit.

I když teplota a vlhkost komfortních klimatizací vyžadují regulaci s kladnou a zápornou odchylkou, doba nastavení obvykle není problémem. Tato vlastnost je také základem pro to, aby komfortní klimatizace používaly variabilní regulaci objemu vzduchu.

Relativně vzato je úroveň koncentrace prachu velmi malá, při malé nepozornosti by odchylka částic byla tucet nebo dokonce přes sto.

Jakmile koncentrace bakterií a prachu překročí normu, mohou nastat problémy. Parametry musí být nastaveny pod limit, než bude detekováno nadměrné množství bakterií a prachu.

Pokud se dostane na odstrašující hranici, je nutné zasáhnout. Doba od doby, kdy upravíme odchylku nadměrné koncentrace bakterií a prachu do stavu ustálení, se nazývá dynamické samočištění znečištění. Jedná se o důležitý parametr pro řízení kontrolovaného prostředí. Samozřejmě však souvisí s požadavky na řízení úrovně rizika zpracování.

9) Větrání okny nebo udržování vnitřní teploty

Větrání okny může být nejúspornější a nejúčinnější metodou prevence a kontroly, ale na velké prostory má malý vliv. COVID-19 je onemocnění, které samo odezní, neexistuje žádný speciální lék. Imunita je nejlepším lékařem a nejlepší léčbou. Ať už je to v zimě nebo v létě, je nutné udržovat vhodnou pokojovou teplotu. Samozřejmě, že pro zajištění přísunu čerstvého vzduchu nemusí být teplota tak přesná. Lze ji regulovat v rozmezí 16 °C až 28 °C, pokud to nepoškodí vaši imunitu, protože zlepšení vlastní imunity během epidemie je nadevše. V určitém okamžiku je udržování stabilní pokojové teploty důležitější než otevírání oken pro větrání.

Pokud jde o aerosolový oblak, proměnlivý směr proudění vzduchu se někdy může stát hnací silou šíření aerosolového oblaku.

10) Přerušení přenosu nebo preventivní a kontrolní opatření

Jaký je účel protiopatření klimatizačních systémů v období po epidemii? K řešení problémů s pacienty s COVID-19 v interiéru? Nebo k zamezení šíření COVID-19?

V období po epidemii jsou protiopatřeními klimatizačních systémů preventivní a kontrolní opatření, která mohou v případě výskytu jednotlivého případu zabránit výskytu křížové infekce nebo jej snížit. Mohou být přijata technická opatření, která zabrání kolonizaci, reprodukci a přenosu viru. Virus může být zanesen pouze pacienty, ale nesmí být zavlečen z venkovního vzduchu nebo jako plísně a bakterie, které jsou všude v přírodním prostředí.

I když má klimatizační systém přísná preventivní opatření, jakmile je potvrzen případ koronaviru nebo podezření na pacienta, musí být dané místo okamžitě uzavřeno a klimatizace musí být včas nahlášeny místnímu úřadu pro zdravotní a epidemickou prevenci k poskytnutí neodkladné péče a důkladnému vyčištění a dezinfekci.

Používání nadměrných preventivních a kontrolních opatření, která spotřebovávají energii a peníze, je málo užitečné. Stručně řečeno, jaké jsou cíle klimatizačních systémů v období po epidemii? Jaký je cíl kontroly bakterií? Pokud je prevence a kontrola koronaviru stále cílem, je předpokladem nošení roušek, dodržování sociálního odstupu a mytí rukou. Tato opatření jsou lepší než jakákoli jiná účinná opatření klimatizačních systémů, pokud je mohou dělat všichni, včetně pacientů s COVID-19.

Pokud je cílem kontroly prevence a kontrola křížové infekce bakteriemi v obecném smyslu, pak byla při přípravě zohledněna norma GB 51039-2014 „předpis pro návrh budov všeobecných nemocnic“. Ve veřejných prostorách můžeme přijmout tři opatření, která jsou běžnými kontrolními opatřeními používanými v prostředí všeobecného lékařství: přiměřené větrání, přívod vzduchu shora a odvod vzduchu dolů a řádná filtrace odvodu vzduchu. Tato opatření se v posledních letech osvědčila jako ekonomická, s nízkou spotřebou energie, účinná a osvědčená v praxi. Pokud to podmínky dovolí, je možné použít klimatizace s konstantním tlakovým rozdílem a proměnným objemem čerstvého vzduchu.

3. Závěr

Tento článek naznačuje, že hlavní cestou přenosu COVID-19 jsou respirační kapénky a blízký kontakt. Je možné se nakazit aerosolem, pokud je člověk dlouhodobě vystaven uzavřenému prostředí s vysokou koncentrací aerosolů, což prokázalo téměř 30 milionů případů infekce během epidemie. Nošení roušek, dodržování sociálního odstupu a mytí rukou byly uznány za nejúčinnější opatření k prevenci a kontrole epidemie.

Častá agregační infekce, ke které dochází v omezeném prostoru, je s velkou pravděpodobností způsobena aerosolovým mrakem.

Existující neidentifikované případy superpřenosu lze rozumně vysvětlit teorií přenosu aerosolového mraku. Simulace přenosu aerosolového mraku pomocí CFD není obtížná, ale bez podpory velkého počtu epidemiologických průzkumů je marná. Ačkoli nejistota a náhodnost přenosu aerosolového mraku zpochybňují tradiční teorie a protiopatření v prevenci a kontrole infekcí, není obtížné přenos aerosolového mraku kontrolovat.

Klimatizační systém v období po epidemii by měl nejprve stanovit účel protiopatření a kontrolní cíle. Měl by se vyhnout spekulacím o protiopatřeních a kontrolních cílech na základě logického uvažování a zdravého rozumu.

Nelékařské klimatizační systémy v období po epidemii mohou přijmout tři opatření, která se běžně používají při regulaci celkového lékařského prostředí, a to přiměřené větrání, distribuci proudění vzduchu a řádnou filtraci zpětného vzduchu. Tato opatření se vyznačují nízkou spotřebou energie, nízkými náklady a vysokou proveditelností. Nadměrná preventivní a kontrolní opatření nejsou nutná. Jedním slovem, protiopatření klimatizačních systémů v období po epidemii by měla být v souladu s předpisy, vhodná a rozumná.

Publikovali Shen Jinming a Liu Yanmin na HVAC