Contramedidas para o sistema de ar condicionado no período pós-epidemia

Graças às medidas decisivas e eficazes tomadas, a China controlou a epidemia, a vida voltou ao normal e a economia está funcionando normalmente. No entanto, a epidemia ainda persiste em todo o mundo e as medidas de prevenção e controle precisam ser normalizadas. O projeto e as contramedidas operacionais do sistema de ar-condicionado no período pós-epidemia na China têm despertado a reflexão da população. Portanto, a discussão abaixo sobre diferentes visões e medidas contribuirá para a normalização da prevenção de epidemias no futuro.

Tendo em vista que o controle ambiental de prevenção e controle de epidemias é diferente daquele dos confortáveis ​​condicionadores de ar em edifícios civis não médicos, este artigo não elabora sistematicamente as contramedidas para o sistema de ar condicionado no período pós-epidemia, mas apresenta algumas preocupações sobre o propósito das contramedidas, bem como os objetivos de prevenção e controle do sistema de ar condicionado no período pós-epidemia para sua referência.

1. O próprioposicionamentoà disseminação do novo coronavírus  

ODdiagnóstico eTtratamento deNromanceCoronavírusPpneumonia(versão de teste 8), emitida em 19 de agosto de 2020, indica claramente que o novo coronavírus é transmitido principalmente por gotículas respiratórias e contato próximo, bem como contato com o item contaminado pelo vírus. A exposição prolongada em um ambiente relativamente fechado com altas concentrações de aerossóis também pode levar à transmissão por aerossóis. "Como o novo coronavírus pode ser isolado de fezes e urina, deve-se prestar atenção para evitar que ele polua o ambiente e leve à transmissão por contato ou transmissão por aerossol." o que nos ajuda a identificar a rota de transmissão da COVID-19 corretamente. Também é confirmado por um grande número de casos de infecção durante a epidemia. Usar máscaras, manter o distanciamento social e lavar as mãos foram reconhecidos como as medidas mais eficazes para prevenir e controlar a epidemia.

Normalmente, se o vírus tiver boa transmissão e difusão pelo ar, ele se dispersará continuamente sob a ação do fluxo de ar e se diluirá ao mesmo tempo, então a concentração do vírus continuará diminuindo, como resultado, apenas uma pequena dose de bactérias pode ser transmitida pelo ar. Além disso, as partículas dispersas carregadas com bactérias flutuando no ar enfraqueceriam rapidamente devido à exposição ao calor, umidade e luz UV, a menos que tenham enorme vitalidade (ou possam sobreviver no ar por um longo tempo). Nenhuma evidência foi encontrada de que a COVID-19 tenha as duas características acima até o momento. Pode-se dizer apenas que a COVID-19 tem uma pequena chance de ser transmitida pelo ar em uma extensão limitada, a possibilidade de ser infectado pelo ar é muito pequena. A OMS ainda acredita que o aerossol do SARS-CoV-2 pode se espalhar em ambientes sem ar ou fechados, mas essa não é a principal forma, embora uma carta aberta assinada por 239 acadêmicos de 32 países em 6 de julho tenha sido publicada no periódico Clinical Infectious Disease (Oxford University Journal).

Como a dose infecciosa no ar não é suficiente para a transmissão, e as gotículas não conseguem flutuar por muito tempo para se espalharem por longas distâncias, vários eventos de supertransmissão na epidemia mencionados na carta aberta são confusos. Portanto, propomos a hipótese de transmissão por nuvem de aerossol. A nuvem de aerossol é um fluxo bifásico de vapor-líquido, invisível a olho nu.

O estado da nuvem de aerossol pode fazer com que gotículas contendo partículas virais flutuem, sendo transportadas pelo fluxo de ar. A rota e a direção de sua transmissão são muito claras.

A nuvem de aerossol pode reunir partículas virais, difíceis de difundir e transmitir, com maior tempo de sobrevivência, por isso é fácil acumular um grande número de vírus localmente e manter uma dose de infecção por um longo tempo em uma longa distância. Considera-se que a formação de nuvem de aerossol está relacionada a fatores como ambiente interno fechado, ventilação deficiente, alta densidade de pessoas, alta umidade (Fig. 1) e tamanho das gotículas, etc. Então, a hipótese da nuvem de aerossol pode bem explicar esses eventos de supertransmissão. Hipóteses semelhantes também podem ser encontradas em documentos estrangeiros (Fig. 3), embora as definições e explicações sejam diferentes. Fatores ambientais como temperatura, umidade e poluição podem afetar a capacidade de sobrevivência do vírus da COVID-19, danificando sua proteína na superfície e sua membrana lipídica. A teoria atual sugere que sua estabilidade será aumentada em umidade mais alta (≥80%) (Fig. 1).

Fig.1 Relação entre a vida útil das gotículas de vírus e o diâmetro das partículas e a umidade relativa.

Fig.2 Diâmetros das gotas e seu alcance de transmissão

Fig. 3 Espirros, tosse, exalação de nuvens e sua distância de transmissão

2. Contramedidas de ar-sistema de condicionamento no posto-período da epidemia

Devido ao método de prevenção e controle de patógenos, bem como aos requisitos e medidas de controle ambiental interno em epidemias serem diferentes daqueles dos condicionadores de ar confortáveis, o método de controle de patógenos não pode ser compreendido com base no raciocínio lógico e no senso comum.

2.1 Foco no controle da transmissão de nuvens de aerossóis

O controle da propagação da COVID-19 no ar interno não é tanto o controle da transmissão de nuvens de aerossol.

Os resultados mostram que a nuvem de aerossol tem bom desempenho de acompanhamento de corrente de ar, rota de transmissão estreita e direção clara.

Ao contrário da transmissão aérea, que pode se espalhar amplamente e permear todo o espaço, a nuvem de aerossol se espalha com o ar para os órgãos respiratórios próximos de pessoas suscetíveis (Fig. 4), podendo ser inalada e causar infecção, mesmo que mantida a distância social segura. A incerteza da transmissão da nuvem de aerossol revelou a aleatoriedade da infecção, o que desafia nossa teoria tradicional em ventilação ou prevenção e controle de infecções, como distância social segura, proteção individual, tempo de exposição, risco ou probabilidade de infecção.

Fig. 4 Simulação de transmissão de nuvem de aerossol

Da perspectiva do controle da transmissão da nuvem de aerossol, existem três maneiras:

1) Evitar a geração de nuvens de aerossol é a maneira mais fundamental, reduzindo sua ocorrência (como usar máscaras, controlar a densidade de pessoal, depositar as gotículas rapidamente no fluxo de ar interno) e manter uma boa ventilação interna (diluindo a poluição interna e evitando o acúmulo de umidade interna).

2) Uma vez formada a nuvem de aerossol, a incerteza da transmissão e a aleatoriedade da infecção parecem estar fora de controle. De fato, a maneira mais simples de bloquear a transmissão da nuvem de aerossol é evitar o fluxo de ar horizontal em ambientes internos e forçá-la a se acomodar rapidamente, sendo então descarregada pela saída de ar de exaustão (retorno) inferior sob a ação da ventilação.

3) A maneira mais simples de eliminar a transmissão de nuvens de aerossol é dispersá-las por meio de força externa. O fluxo de ar da ventilação perturbará ou dispersará continuamente a nuvem de aerossol. Desde que as partículas infecciosas sejam descentralizadas e a concentração diminua, a transmissão não será possível. Obviamente, reduzir a umidade interna para 40% a 50% também é um método de controle, mas com alto consumo de energia.

2.2 Foco na prevenção e controle de patógenos

A ideia de prevenir e controlar patógenos durante uma epidemia assemelha-se ao controle ambiental de tratamentos farmacêuticos e médicos. Mas difere da tecnologia de limpeza biológica, que é uma medida para prevenir o coronavírus em áreas de serviço de ar-condicionado confortáveis. Primeiramente, extraímos lições dos conceitos de controle farmacêutico e médico para explicar a diferença entre isso e os aparelhos de ar-condicionado confortáveis.

Fig.1 Diferenças entre as ideias de prevenção e controle de patógenos e a ventilação de aparelhos de ar condicionado.

Durante o período pós-epidemia, três medidas eficazes de prevenção e controle, que são o uso de máscaras, o distanciamento social e a lavagem das mãos, podem não ser mais aplicadas. Mas o controle da densidade de pessoal ainda precisa ser considerado. A contramedida do sistema de ar condicionado no período pós-epidemia é prevenir o coronavírus. As diferenças do método de controle referem-se à tabela 1. Exceto a especulação sobre as contramedidas de prevenção do sistema de ar condicionado baseadas no raciocínio lógico ou no senso comum, a que preocupações devemos prestar atenção? Algumas contramedidas podem ser integradas ao sistema de ar condicionado confortável, mas algumas podem ser usadas apenas como um esquema de backup. Aqui estão alguns exemplos:

1) Controle geral ou controle de ponto-chave

Pessoas que trabalham com ar condicionado estão acostumadas a considerar aspectos da situação geral, como o controle dos parâmetros de temperatura, umidade e concentração de dióxido de carbono em todo o ambiente. Pessoas que trabalham com controle de infecções concentram-se nos detalhes e nos pontos-chave, cortando a rota de infecção de acordo com as características da fonte de infecção. Até mesmo os detalhes do layout do suprimento e do retorno de ar merecem atenção. Inúmeros casos demonstraram que os detalhes determinam o sucesso ou o fracasso do controle de infecções. Os detalhes são monstros.

2) Diluição em câmara inteira ou sedimentação in situ

O maior poluente dos aparelhos de ar condicionado confortáveis ​​é o CO2. Há pessoas por todo o ambiente, e todos podem produzir CO2, sendo uma fonte de grande área. As bactérias internas, em geral, são exaladas por pacientes individualmente e se espalham em um curto alcance, sendo uma fonte pontual. Portanto, as medidas de controle não podem diluir todo o ambiente com ar fresco para controlar a infecção pontual, pois o controle de CO2 também não pode controlar o volume de ar fresco pelo sensor de CO2. As gotículas exaladas por pacientes com coronavírus podem infectar diretamente as áreas adjacentes e não precisam esperar para serem diluídas. Uma vez exalado, o patógeno deve ser depositado no local rapidamente para evitar a transmissão. A fixação in situ é a maneira mais eficaz de reduzir a exposição. Controlar a infecção pontual gerando várias vezes o volume de ar interno para diluição não só causa alto consumo de energia, mas também tem um efeito ineficaz.

3) Esterilização ou filtração

Todos sabemos que o ar fresco não transporta patógenos, e o principal objetivo da filtragem do ar fresco é a remoção de poeira. Se houver patógenos no ambiente, o filtro de retorno de ar deve ser capaz de impedir que eles entrem no sistema. No entanto, a resistência do filtro HEPA é bastante alta, o que dificulta ou inviabiliza seu uso em edifícios civis. Devido ao espaço interno limitado, as gotículas exaladas não conseguem evaporar para o núcleo líquido em partículas pequenas em um curto espaço de tempo, e a filtragem do ar de retorno visa principalmente remover as gotículas em partículas grandes. Nosso objetivo de controle é evitar que os patógenos se acumulem no ambiente, portanto, a eficiência da esterilização e a resistência do filtro devem ser levadas em consideração ao selecionar os filtros de retorno de ar.

O artigo 7.1.11 do código GB 51039-2014 para projeto de edifícios de hospitais gerais indica:

A saída de ar de retorno do sistema de ar condicionado central e da unidade fan coil deve ser equipada com equipamento de filtragem com resistência inicial inferior a 50 Pa, primeira taxa de passagem de microrganismos inferior a 10% e taxa de passagem de ponderação de partículas de uma só vez não deve ser superior a 5%.

Este é o mesmo motivo pelo qual a ASHRAE recomendou o MERV13 como filtro de retorno de ar. Para a nuvem de aerossol, os filtros podem não apenas filtrar algumas partículas no ar, mas também dispersá-la, impossibilitando sua permanência nos sistemas.

4) Sistema de ar condicionado centralizado preventivo ou sistema de ar condicionado descentralizado preventivo

De acordo com o nosso senso comum, o sistema de ar condicionado central atende a vários cômodos; assim que as bactérias se instalassem em um cômodo, os demais seriam contaminados. No início da epidemia, o sistema de ar condicionado centralizado era o principal alvo da prevenção, enquanto o sistema de ar condicionado descentralizado não.

Assim que um indivíduo infectado aparece em locais públicos, o gás que ele exalou será sugado para o sistema de ar condicionado, mas a dose infecciosa no suprimento de ar deve ser reduzida após o processo de ventilador de alta velocidade, múltiplos filtros, componentes de tratamento de calor e umidade e a diluição mista de ar fresco. Mesmo que haja nuvens de aerossol em ambientes internos, com o sistema central de ventilação e ar condicionado atendendo a vários cômodos, é improvável que cause infecção cruzada. Não há nenhuma infecção em larga escala causada por ar condicionado centralizado até o momento. No entanto, o ar condicionado descentralizado, como o ar condicionado split, unidade fan coil, VRV usado em restaurantes, bares, ônibus, locais de entretenimento, seu padrão de fluxo de ar causará um fluxo de ar horizontal no ambiente, empurrando a nuvem de aerossol para se espalhar (Fig. 4).

Houve alguns eventos de infecção por agregação que ocorreram de tempos em tempos em alguns lugares que usavam ar condicionado descentralizado durante a epidemia, o que também é um local típico de propagação de nuvens de aerossol.

5) Distribuição uniforme ou contenção do fluxo de ar

O sistema de ar condicionado enfatiza a distribuição uniforme dos parâmetros de temperatura e umidade. Teoricamente, o ar fresco externo continua se misturando e diluindo com o ar interno, e o fluxo de ar é distribuído uniformemente, de modo que a concentração de vírus continuará caindo. No entanto, analisando os detalhes do processo de distribuição de outra perspectiva, isso pode ajudar os patógenos a se espalharem objetivamente. Portanto, a direção da distribuição do fluxo de ar é importante. É por isso que o espaço purificador nas áreas médica, farmacêutica e eletrônica enfatiza o padrão do fluxo de ar, que é fornecido de cima para baixo e retornado para baixo. Ele faz pleno uso da função de contenção do fluxo de ar, fazendo com que a poluição localizada se instale o mais rápido possível e impedindo que ela se disperse e se difunda, reduzindo significativamente o tempo de exposição. A contenção do fluxo de ar é muito mais importante do que a distribuição uniforme. Um sistema de ar condicionado centralizado pode facilmente implementar o padrão do fluxo de ar fornecido de cima para baixo, enquanto unidades de ar condicionado descentralizadas, que integram o tratamento e a distribuição de ar, são difíceis de alcançar.

6) Prevenção de suprimento de ar ou prevenção de vazamento

Uma vez que o ar interno é poluído e os condicionadores de ar fornecem ar poluído para o interior, ocorre uma segunda poluição do ar chamada poluição indireta.

Do nosso senso comum, bactérias internas fornecidas pelo sistema de ar condicionado são a coisa mais terrível. Sem mencionar que o vírus não pode se espalhar no sistema de ar condicionado central; mesmo que possa, desde que haja um filtro de ar eficaz na saída de ar ou na saída de ar de retorno, é difícil expelir o vírus. Da perspectiva da engenharia de purificação, existem poucos incidentes de poluição por vazamento causados ​​por filtros e sua instalação no sistema atual de construção e aceitação. No entanto, o aumento cego do volume de ar fresco sem considerar o controle da diferença de pressão tornará a pressão de gradiente ordenada fora de controle na área, e o ar interno contendo poluição (vírus) vazará diretamente, causando incidentes de poluição (infecção) frequentes. Esse tipo de poluição causada por vazamento de poluição interna é chamado de poluição direta, que é ainda mais terrível, pois o vazamento desordenado do fluxo de ar torna difícil prever o local da infecção. É por isso que os padrões ou normas para construção hospitalar, no país ou no exterior, não exigem filtros de alto nível para terminais de suprimento de ar em departamentos-chave, mas enfatizam o controle regional da pressão diferencial de gradiente ordenada.

7) Operação intermitente ou operação contínua

Com medo da transmissão de vírus no sistema de ar condicionado, a operação intermitente do sistema de ar condicionado é frequentemente necessária. Ou seja, o ar condicionado será desligado após um período de funcionamento e, em seguida, a ventilação natural ou mecânica será acionada. 2 a 3 vezes ao dia por pelo menos 30 minutos é necessária. Todos sabemos que uma grande quantidade de ar fresco trazido prejudica o ambiente interno confortável, mas o que não sabíamos é que o ambiente confortável criado pelos condicionadores de ar também pode ser considerado uma medida antiepidêmica. O avanço da epidemia mostra que a COVID-19 ainda mantém uma forte infecciosidade, independentemente de temperaturas baixas ou altas. Enquanto a atividade do vírus atinge o nível mais baixo em temperatura ambiente de 22-25 ℃ e umidade relativa de 50%-60% (Fig. 5).

A entrada direta de ar fresco forte também destrói o equilíbrio da diferença de pressão entre diferentes espaços, resultando no fluxo desordenado de vazamento de ar.

Portanto, desde que o sistema de ar condicionado esteja em conformidade, ele não só precisa operar continuamente, como também ser ligado com antecedência e desligado com atraso. Um ambiente estável e controlado é a verdadeira demanda para a normalização da prevenção e controle de epidemias.

Fig. 5 Taxa de sobrevivência do novo coronavírus e temperatura e humidade

8) Ajuste de atraso ou prevenção de limite

O controle do ambiente de ar condicionado é feito pelo sensor de temperatura e umidade, que será ajustado pelo sistema após o sensor detectar o desvio de temperatura ou umidade, processo esse chamado de ajuste de lag.

Relativamente falando, o nível de temperatura e umidade é muito alto, a estrutura e o equipamento do gabinete interno também têm capacidade térmica, então alterar a temperatura interna de 1℃ requer mais energia ou não oscilará muito.

Mesmo que a temperatura e a umidade dos condicionadores de ar confortáveis ​​tenham requisitos de controle de desvio positivo e negativo, o tempo de ajuste geralmente não é uma preocupação. Essa característica também é a base para que os condicionadores de ar confortáveis ​​adotem a regulação variável do volume de ar.

Relativamente falando, o nível de concentração de poeira é muito pequeno, com um pouco de desatenção, o desvio de partículas seria de uma dúzia ou até mais de uma centena.

Podem ocorrer problemas quando a concentração de bactérias e poeira excede o padrão. Os parâmetros devem ser ajustados abaixo do limite antes que seja detectado excesso de bactérias e poeira.

A intervenção deverá ser realizada caso atinja a linha de dissuasão. O tempo entre a correção do desvio da concentração excessiva de bactérias e poeira e o estado de ajuste é chamado de autopurificação dinâmica da poluição. Este é um parâmetro importante para o controle de um ambiente controlado. Mas, é claro, está relacionado aos requisitos de controle para o nível de risco do processamento.

9) Ventilação de janela ou manutenção da temperatura interna

A ventilação por janelas pode ser o método de prevenção e controle mais econômico e eficaz, mas tem pouco efeito em grandes espaços. A COVID-19 é uma doença autolimitada e não há cura específica. A imunidade é o melhor médico e o melhor tratamento médico. Seja inverno ou verão, é necessário manter uma temperatura ambiente adequada. É claro que pode não ser tão preciso para trazer mais ar fresco. Ela pode ser controlada entre 16°C e 28°C, desde que não prejudique sua imunidade, pois melhorar a autoimunidade durante a epidemia é fundamental. Em algum momento, manter uma temperatura ambiente estável é mais importante do que abrir janelas para ventilação.

No que diz respeito à nuvem de aerossol, a direção variável do fluxo de ar às vezes pode se tornar a força motriz para a propagação da nuvem de aerossol.

10) Corte de transmissão ou medida de prevenção e controle

Qual é o propósito das medidas de contenção do sistema de ar-condicionado no período pós-epidemia? Lidar com pacientes com COVID-19 em ambientes fechados? Ou conter a propagação da COVID-19?

No período pós-epidêmico, as medidas de prevenção e controle do sistema de ar-condicionado podem ser adotadas, o que pode evitar ou reduzir a ocorrência de infecção cruzada caso surjam casos individuais. Medidas de engenharia podem ser tomadas para prevenir sua colonização, reprodução e transmissão. O vírus só pode ser trazido por pacientes, mas não pode ser introduzido pelo ar externo, ou como mofo e bactérias presentes em todo o ambiente natural.

Mesmo que o sistema de ar condicionado tenha fortes medidas preventivas, assim que um caso de coronavírus ou paciente suspeito for confirmado, o local deve ser fechado e os aparelhos de ar condicionado devem ser desligados imediatamente, reportando oportunamente à agência local de saúde e prevenção de epidemias para tratamento de emergência e limpeza e desinfecção completas.

Usar medidas excessivas de prevenção e controle que consomem energia e dinheiro é de pouca utilidade. Em suma, quais são os objetivos do sistema de ar-condicionado no período pós-epidemia? Quais são os alvos de controle de bactérias? Se a prevenção e o controle do coronavírus ainda são o alvo, usar máscaras, manter o distanciamento social e lavar as mãos são a premissa. Essas ações são melhores do que quaisquer outras medidas poderosas de sistema de ar-condicionado, se todos, incluindo os pacientes de COVID-19, puderem fazê-lo.

Se o objetivo do controle for prevenir e controlar a infecção cruzada bacteriana em um sentido geral, então o GB 51039-2014 "código para projeto de edifícios hospitalares gerais" foi levado em consideração na preparação, ou seja, em áreas públicas, podemos adotar três medidas que são medidas de controle comuns usadas em ambientes médicos gerais: ventilação razoável, fornecimento de ar pela parte superior e retorno de ar pela parte inferior e filtragem adequada na saída de ar de retorno. Essas medidas provaram ser econômicas, de baixo consumo de energia, eficazes e amadurecidas pela prática ao longo dos últimos anos. Se as condições permitirem, é viável usar condicionadores de ar com diferença de pressão constante e volume de ar fresco variável.

3.Conclusão

Este artigo sugere que gotículas respiratórias e contato próximo são as principais vias de transmissão da COVID-19. É possível se infectar por aerossol se a exposição for prolongada em um ambiente fechado com alta concentração de aerossóis, o que foi comprovado por quase 30 milhões de casos de infecção durante a epidemia. Usar máscaras, manter o distanciamento social e lavar as mãos são reconhecidos como as medidas mais eficazes para prevenir e controlar a epidemia.

A infecção de agregação frequente ocorrida em um espaço limitado é muito provavelmente causada por nuvem de aerossol.

Os casos de supertransmissão não identificados existentes podem ser razoavelmente explicados pela teoria da transmissão por nuvens de aerossol. Não é difícil simular a transmissão por nuvens de aerossol por CFD, mas é inútil sem o apoio de um grande número de pesquisas epidemiológicas. Embora a incerteza e a aleatoriedade da transmissão por nuvens de aerossol desafiem as teorias e contramedidas tradicionais na prevenção e controle de infecções, não é difícil controlar a transmissão por nuvens de aerossol.

O sistema de ar condicionado no período pós-epidemia deve primeiro determinar a finalidade das contramedidas e os objetivos de controle. Deve evitar especular sobre as contramedidas e os objetivos de controle a partir do raciocínio lógico e do bom senso.

O sistema de ar condicionado não médico no período pós-epidemia pode adotar três medidas comumente utilizadas no controle do ambiente médico geral: ventilação adequada, distribuição do fluxo de ar e filtragem adequada do ar de retorno. Essas medidas apresentam baixo consumo de energia, baixo custo e alta viabilidade. Medidas excessivas de prevenção e controle são desnecessárias. Em suma, as contramedidas para o sistema de ar condicionado no período pós-epidemia devem ser compatíveis, apropriadas e razoáveis.

Publicado por Shen Jinming e Liu Yanmin em HVAC