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El estudio ofrece sugerencias para mantener fresco el aire del aula.

Crédito: CC0 Public Domain

Las ventanas abiertas y un buen sistema de HVAC son puntos de partida para mantener las aulas seguras durante la pandemia de COVID-19. Pero no es la última palabra, según un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts.


El estudio demuestra la precisión salón de clases Las configuraciones pueden afectar calidad del aire Implica medidas adicionales, además del uso de HVAC o ventanas abiertas, para reducir la propagación de aerosoles, esas pequeñas partículas potencialmente portadoras de COVID que pueden permanecer suspendidas en el aire durante horas.

“Hay una variedad de casos en los que claramente encontramos un problema, y ​​cuando se observa la concentración esperada de aerosoles alrededor de otras personas en la habitación, en algunos casos fue mucho más alta de lo que [standard] dice Leon Glicksman, profesor de arquitectura e ingeniería en el MIT y coautor de un nuevo artículo de investigación que detalla la investigación.

De hecho, el estudio muestra que algunas condiciones pueden crear una concentración de aerosoles potencialmente problemáticos que van de 50 a 150 por ciento por encima de la concentración de referencia estándar que los expertos consideran aire interior “bien mezclado”.

“Se complica y depende de las condiciones particulares de la habitación”, añade Glicksman.

El documento, “Patrones de propagación de aerosoles SARS-CoV-2 en aulas modelo”, aparece enviado en línea en un formato de revista. construcción y medio ambiente. Los autores son Gerhard K. Renkin y Emma K. Rutherford, dos 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. Nikelish Ganta, estudiante de posgrado en el MIT Center for Computational Science and Engineering. John Kongolitos, estudiante de posgrado en el Programa de Tecnología de la Construcción del MIT y miembro del Tata Center del MIT; Glicksman, primer autor 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

El SARS-Cov-2, el virus que causa el COVID-19, se transmite principalmente por el aire a través de aerosoles, que las personas exhalan, y puede permanecer en el aire durante largos períodos de tiempo si la habitación no está bien ventilada. Por lo tanto, muchos espacios cerrados con flujo de aire limitado, incluidas las aulas, pueden contener una concentración relativamente mayor de aerosoles, incluidos los exhalados por personas infectadas. Los sistemas HVAC y las ventanas abiertas pueden ayudar a crear condiciones “bien mezcladas”, pero en algunos escenarios se pueden requerir métodos de ventilación adicionales para reducir los aerosoles del SARS-Cov-2.

Para realizar el estudio, los investigadores utilizaron dinámica de fluidos computacional, una simulación sofisticada 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 sus modelos con resultados experimentales anteriores.

Un escenario ideal implica que el aire fresco ingrese al aula cerca del nivel del suelo y se mueva de manera constante hacia arriba, hasta que salga de la sala a través de las rejillas de ventilación del techo. Este proceso se ve favorecido por el hecho de que el aire caliente se eleva y el calor de los cuerpos de las personas genera naturalmente “columnas térmicas” ascendentes, 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, el objetivo es crear un movimiento de aire vertical hacia arriba para hacer circular el aire fuera de la habitación, mientras se limita el movimiento de aire horizontal, que esparce aerosoles entre los estudiantes sentados.

Es por eso que usar máscaras en interiores tiene sentido: las máscaras limitan la velocidad horizontal de los aerosoles exhalados, mientras mantienen esas partículas cerca de las columnas de calor para que los aerosoles se eleven verticalmente, anotaron los investigadores en sus simulaciones. La exhalación normal crea velocidades de aerosol de un metro por segundo y la tos crea velocidades más altas, pero las máscaras mantienen esa velocidad baja.

“Si usa máscaras que le quedan bien, está reduciendo la velocidad [breath] “El escape llega al punto en que el aire saliente es transportado por columnas por encima del personal”, dice Glicksman. Si una máscara es inadecuada o no hay máscara en absoluto, el aire sale a una velocidad horizontal lo suficientemente alta como para que no sea capturado por estas columnas ascendentes y se eleva a tasas mucho más bajas “.

Dos escenarios problemáticos

Pero aun así, los investigadores han descubierto que pueden surgir complicaciones. En su conjunto de simulación que se centró en las ventanas cerradas y el uso de HVAC, surgieron problemas de flujo de aire en el invierno, con ventanas frías a los lados. En este caso, a medida que el aire frío cerca de las ventanas entra naturalmente, interrumpe el flujo general ascendente del aire de la temporada, a pesar de las columnas de calor que están aumentando las personas.

“Debido al aire frío de la ventana, parte del aire se mueve hacia abajo”, dice Glicksman. “Lo que encontramos en las simulaciones es, sí, la columna de calor de la persona enmascarada subirá hacia el techo, pero si la persona está cerca de una ventana, los aerosoles suben al techo y en algunos casos son recogidos por ese flujo descendente, y bajamos al nivel de respiración en la habitación. Y descubrimos que cuanto más fría está la ventana, mayor es el problema “.

En este escenario, es muy probable que una persona con COVID-19 sentada cerca de una ventana esparza aerosoles a su alrededor. Pero existen soluciones a este problema: entre otras cosas, colocar calefactores cerca de ventanas frías limita su efecto en el flujo de aire del aula.

En el otro conjunto de simulaciones, que incluían ventanas abiertas, surgieron problemas adicionales. Si bien las ventanas abiertas son buenas para el flujo de aire fresco en general, los investigadores identificaron un escenario problemático: el movimiento de aire horizontal de las ventanas abiertas alineadas con las filas de asientos crea una gran difusión de aerosoles.

Los investigadores sugieren una solución simple a este problema: instalar Ventana Deflectores, accesorios que se pueden ajustar para mover el aire hacia abajo. Al hacer esto, el aire fresco del exterior entrará al aula cerca de los pies de sus ocupantes y ayudará a crear un mejor patrón de circulación general.

“La ventaja es que lleva aire limpio del exterior al suelo y luego [by using baffles] “Tienes algo que comienza a parecerse a la ventilación por desplazamiento, donde nuevamente el aire caliente de los individuos lo levanta y se mueve hacia el techo”, dice Glicksman. Y nuevamente, esto es lo que encontramos cuando ejecutamos las simulaciones, la concentración de aerosol era mucho menor en esos casos que si dejaras que el aire entrara directamente en forma horizontal “.

Penalización de energía

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

Si el sistema HVAC por sí solo no crea las condiciones óptimas dentro del aula, la tentación puede ser activar todo el sistema, con la esperanza de crear un mayor flujo. Pero esto es caro y gravoso para el medio ambiente. Un enfoque alternativo es buscar soluciones específicas para el aula, como particiones o el uso de filtros de alta eficiencia para recircular el suministro de aire HVAC.

“Cuanto más aire del exterior ingrese, menor será la concentración promedio de estos aerosoles”, dice Glicksman. “Pero hay una penalización de energía asociada”.

Glicksman también enfatiza que el estudio actual examina la calidad del aire en condiciones específicas. La investigación también se llevó a cabo antes de que se propagara el tipo delta más transmisible del virus COVID-19. Glicksman señala que este desarrollo refuerza la importancia de “reducir aerosol nivel de concentración a través de enmascaramiento y tasas de ventilación más altas “en un aula determinada, haciendo especial hincapié en que” el enfoque local en el área de respiración ” [near the heads of room occupants] Debería minimizarse “.

Glicksman enfatiza que sería útil realizar más estudios para explorar los temas en profundidad.

“Lo que hemos hecho es un estudio limitado de ciertas formas de geometría en el aula”, dice Glicksman. “Depende de alguna manera de las circunstancias particulares. No existe una receta simple para mejorar el flujo de aire. Lo que esto realmente dice es que nos gustaría ver que se realicen más investigaciones”.


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más información:
Gerhard K. Renkin et al., Los patrones de aerosol del SARS-CoV-2 son frecuentes en las aulas típicas, construcción y medio ambiente (2021). DOI: 10.1016 / j.buildenv.2021.108167

La frase: El estudio ofrece sugerencias para mantener el aire fresco en el salón de clases (2021, 11 de agosto) Recuperado el 11 de agosto de 2021 de https://phys.org/news/2021-08-classroom-air-fresh.html

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