Redução do risco de infecção com a ventilação inteligente

Faça download do artigo em PDF

À medida que os países emergirem da pandemia, será interessante ver como é o "novo normal". Os funcionários voltarão aos escritórios em tempo integral? Ou haverá uma nova preferência por horários mais flexíveis e pelo trabalho híbrido (casa + escritório)? De qualquer forma, haverá uma nova e maior responsabilidade de levar em conta riscos microbiológicos, como a Covid-19, na configuração de ambientes internos seguros.

No artigo a seguir, Anu Kätkä, especialista em ambientes internos da Vaisala (Finlândia), examina o papel que os sistemas de ventilação desempenharão na proteção de pessoas em escritórios e outros espaços de trabalho contra futuras ameaças microbiológicas. Ela também explica por que a medição confiável de dióxido de carbono será extremamente importante porque é a melhor medida de ventilação eficaz.

Lições da COVID-19

A COVID-19 é causada pelo vírus SARS-CoV-2, que é transmitido de duas formas por pessoas infectadas. Em primeiro lugar, os vírus podem sobreviver em superfícies por várias semanas (1), especialmente em temperaturas mais baixas (2). Consequentemente, a transmissão por fômites é possível quando as pessoas tocam nas superfícies infectadas e transferem o vírus para a boca, o nariz ou os olhos. Em segundo lugar, o vírus pode se espalhar da boca ou do nariz de uma pessoa infectada em pequenas partículas líquidas ao tossir, espirrar, falar ou respirar. Essas partículas líquidas variam de gotículas respiratórias maiores a aerossóis menores com menos de 5 µm de diâmetro.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde  (OMS): a transmissão por aerossol pode ocorrer em ambientes específicos, principalmente em ambientes fechados, lotados e com ventilação inadequada, onde as pessoas infectadas passam longos períodos com outras pessoas, como restaurantes, academias, boates, escritórios e/ou locais de culto. (3)

Apoiando a hipótese de que o SARS-CoV-2 é transmitido principalmente pelas vias aéreas, um artigo recente no Lancet mostrou o seguinte: dez motivos científicos em apoio à transmissão aérea do SARS-CoV-2. (4)

Ao entender os modos de transmissão, os governos conseguiram definir estratégias apropriadas para combater a transmissão viral com medidas como máscaras, distanciamento social, lavagem das mãos e desinfecção de superfícies. É importante ressaltar que os governos também reconheceram o aumento da ameaça de ambientes internos, com recomendações para atividades ao ar livre e maior ventilação.

Em novembro de 2020, o governo do Reino Unido publicou um vídeo (5) destacando a importância da ventilação na redução da propagação da Covid-19. O relatório deles dizia: "Pesquisas mostram que estar em um ambiente com ar fresco pode reduzir o risco de infecção por partículas em mais de 70%."

Em janeiro de 2021, centenas de especialistas canadenses (médicos, cientistas, especialistas em saúde e segurança ocupacionais, engenheiros e profissionais de enfermagem) escreveram uma carta aberta (6) para o primeiro-ministro exigindo que ele: "atualizasse as diretrizes provinciais da COVID-19, os regulamentos do local de trabalho e a comunicação pública para refletir a ciência - a COVID-19 é disseminada por aerossóis inalados". Uma das principais recomendações da carta era: "Recomendar e implantar monitores de dióxido de carbono (CO2) como uma medida substituta em caso de ventilação inadequada para reduzir o risco de transmissão de longo alcance no ar compartilhado. Durante um surto de TB, as concentrações de CO2 acima de 1.000 PPM aumentaram significativamente o risco de infecção por TB. Melhorar a ventilação do edifício para uma concentração de CO2 de 600 PPM interrompeu o surto."

Image

A importância do tamanho das partículas

A OMS diz que as pessoas infectadas parecem ser mais infecciosas pouco antes de desenvolverem sintomas. Além disso, algumas pessoas infectadas são assintomáticas, por isso é lógico supor que, em um ambiente de escritório, por exemplo, a principal ameaça NÃO virá de pessoas com sintomas graves como tosse e espirros, mas sim daqueles que não percebem que estão com a doença. Essas pessoas são mais propensas a exalar aerossóis virais com menos de 5 µm de diâmetro, partículas que não respeitam o distanciamento social. Esses aerossóis finos têm um tamanho aproximado equivalente ao das partículas da fumaça do cigarro, que, como sabemos, não se depositam facilmente e são capazes de se espalhar amplamente em espaços mal ventilados.

Um artigo recente publicado no The Lancet (7) descreveu estudos de aerossóis de tosse e respiração exalada de pacientes com várias infecções respiratórias que mostraram semelhanças impressionantes na distribuição de tamanhos de aerossóis, com predominância de patógenos em partículas pequenas (5 μm). Essas partículas são imediatamente respiráveis e podem permanecer no ar indefinidamente na maioria das condições internas, a menos que haja remoção por correntes de ar ou ventilação de diluição.

A umidade também afeta a propagação de aerossóis porque baixos níveis de umidade fazem com que os aerossóis se tornem mais leves e, portanto, mais capazes de permanecer no ar. A umidade também demonstrou afetar a vulnerabilidade à infecção viral porque a exposição ao ar seco prejudica a defesa do hospedeiro contra a infecção por influenza, reduz o reparo tecidual e inflige a quebra celular.(8)

Medidas de redução de risco

As avaliações tradicionais de risco de saúde e segurança abordam perigos como escorregões e tropeços, objetos pesados, lesões repetitivas, quedas, estresse, choque elétrico, incêndio e trabalho solitário. No entanto, para criar ambientes seguros para a Covid, as organizações também precisarão incluir uma avaliação de risco microbiológico. Desse modo, será necessário identificar possíveis fontes de microrganismos patogênicos, bem como seus modos e vias de transmissão. 

O desinfetante para as mãos pode ser disponibilizado e as superfícies podem ser desinfetadas com frequência. Procedimentos podem ser estabelecidos para reduzir a chance de transmissão da doença, com medidas como telas, distanciamento social e até nebulização desinfetante. No entanto, mesmo com todas essas medidas em vigor, uma pessoa infectada pode contaminar grandes áreas rapidamente. A ventilação eficaz será, portanto, essencial, e o sistema de controle precisará realizar medições precisas e oportunas em cada ambiente ou espaço para que possa responder prontamente. Alguns sistemas podem simplesmente monitorar o CO2 no gás de escape, mas isso não permite detectar problemas de ventilação inadequada em espaços específicos.

Image

Escolha do melhor parâmetro de medição

Uma das principais funções de um sistema de automação/gestão predial (BMS) é controlar o conforto térmico e otimizar o uso de energia, por isso a temperatura é inegavelmente o parâmetro de controle mais importante em espaços ocupados. Alguns sistemas também medem e controlam a umidade para manter um nível de 40% a 60% de umidade relativa. Isso acontece por questões de saúde e conforto, bem como para a proteção de sistemas de computador e para evitar problemas estruturais ou relacionados a mofo no edifício. 

As medições de temperatura geralmente não sofrem desvios, mas os sensores tradicionais de umidade sofrem. Assim, os sensores HUMICAP® da Vaisala são preferíveis devido à estabilidade a longo prazo e à insensibilidade a interferências como poeira e condensação. Esses sensores de umidade capacitivos de película fina tornaram-se o padrão da indústria em uma ampla variedade de aplicações onde são necessárias medições de umidade precisas, confiáveis e livres de manutenção a longo prazo. 

O aumento dos níveis de umidade pode ser uma indicação de atividade humana e má ventilação. No entanto, a umidade varia consideravelmente como resultado de fatores externos (por exemplo, condições secas de congelamento ou condições úmidas e chuvosas) e não como resultado da exalação humana. 

Para resumir, o monitoramento de temperatura e umidade desempenha um papel importante na otimização de um BMS. No entanto, onde os gerentes das instalações precisam levar em consideração a ocupação de pessoas e reduzir a poluição gerada pelo homem nos espaços, o CO2 é o parâmetro adicional ideal para o controle automático da ventilação.

Uso da medição de dióxido de carbono como uma referência para ventilação eficaz

O dióxido de carbono (CO2) é exalado pelas pessoas enquanto respiram e, portanto, um acúmulo de CO2 indica que (a) as pessoas estão no ambiente e (b) a ventilação é insuficiente, de modo que um bom sistema de ventilação deve ser capaz de detectar isso e aplicar automaticamente a quantidade correta de ventilação. O sistema deve ser automático e capaz de ventilar espaços individuais para que cada espaço seja ventilado de forma ideal e a energia não seja desperdiçada ventilando em excesso ou ventilando espaços que não precisam dela. 

Image

Vantagens não relacionadas à Covid do monitoramento de CO2 e umidade

O ASHRAE Green Standard 189.1 (EUA) e o padrão europeu FprEN 16798-3 recomendam o uso de ventilação controlada por demanda (DCV) para reduzir o uso de energia e promover um ar interno saudável. 

Do ponto de vista do projeto de HVAC, o CO2 é uma referência ideal para a qualidade do ar interno onde o edifício é predominantemente ocupado por pessoas. A umidade seria um parâmetro melhor ou pelo menos um parâmetro adicional útil, especialmente em edifícios que são usados para armazenar obras de arte, livros, vinho, artefatos históricos etc., ou em edifícios que precisam de conservação.

Normalmente, o ar externo contém 250 a 400 ppm de CO2. Por outro lado, a respiração exalada contém cerca de 50.000 ppm de CO2, o que representa um aumento de 100 vezes em relação ao gás inalado. Assim, sem ventilação adequada, quando as pessoas estão em ambientes fechados, os níveis de CO2 aumentarão gradualmente. 

Tanto o conforto quanto o desempenho das pessoas dentro de edifícios podem ser afetados pelos níveis de CO2. Espaços ocupados com boa troca de ar podem conter de 350 a 1.000 ppm, mas qualquer coisa acima disso pode induzir sonolência, com níveis acima de 2.000 ppm causando dores de cabeça, sonolência, falta de concentração, perda de atenção, aumento da frequência cardíaca e náusea leve. A exposição a níveis muito altos (de queimadores de óleo/gás ou vazamentos de gás) pode resultar em fatalidades por asfixia.

As taxas mínimas de ventilação recomendadas são fornecidas para uma ampla variedade de espaços internos na norma ANSI/ASHRAE 62.1-2019 Ventilação para qualidade de ar interno aceitável.

Vários estudos avaliaram os efeitos da concentração de CO2 na função cognitiva. Por exemplo, Allen et al (2016) (9) descobriu que os escores de função cognitiva foram 15% mais baixos para o dia de CO2 moderado (~945 ppm) e 50% mais baixos em um dia com concentrações de CO2 de ~1.400 ppm em comparação com dois dias "Green+" (~ 540 ppm). Em média, um aumento de 400 ppm no CO2 foi associado a uma diminuição de 21% nos escores cognitivos de um participante típico. O DCV baseado em medições de CO2 pode, portanto, proporcionar melhorias no bem-estar e na produtividade que superam em muito os custos do próprio sistema DCV.

Escolha do transmissor de CO2 certo

É importante resistir à tentação de comprar os sensores mais baratos que atendam às especificações exigidas. Isso ocorre porque, embora a precisão e o alcance sejam importantes, o desempenho contínuo do BMS dependerá da estabilidade dos sensores.

Os fornecedores de sistemas de HVAC naturalmente preferem sensores que você pode "instalar e esquecer". Consequentemente, é necessário selecionar sensores que não exijam recalibração frequente para evitar desvios. No entanto, o processo de seleção é ainda mais complicado por sensores que afirmam compensar o desvio implementando uma solução de software que presume que as leituras mais baixas medidas são iguais à concentração externa média de CO2. O perigo desse tipo de algoritmo é que pequenos erros são agravados com o passar do tempo, conduzindo a erros muito significativos a longo prazo. Como tentativa de evitar a calibração real, esses sensores de algoritmo de software não são aplicáveis em espaços que estão sempre ocupados e também podem ser enganados por sistemas de automação predial que reduzem agressivamente a entrada de ar fresco fora do horário de pico. Em alguns casos, mesmo o concreto nas paredes pode absorver CO2 e, assim, "enganar" o algoritmo e criar ainda mais imprecisão. 

Existe a possibilidade de um ligeiro conflito de interesses entre um fornecedor/instalador de BMS e um proprietário de edifício/gerente de instalações. Para o primeiro, o sistema deve funcionar perfeitamente de imediato, e pelo menos durante o período de garantia. No entanto, para o segundo, o requisito é mais longo.

O custo de um bom sensor se torna insignificante em comparação com os benefícios que ele oferece. A economia de energia devida a controles precisos baseados em necessidades pode ser considerável, mas, ainda mais importante, a saúde e o bem-estar das pessoas dentro do edifício são protegidos e as condições internas melhoram o desempenho do local de trabalho.

A solução ideal é, portanto, optar pelos sensores de CO2 Vaisala CARBOCAP®. Isso ocorre porque eles empregam a tecnologia NDIR de comprimento de onda duplo capaz de prosperar em uma variedade de ambientes e capaz de realizar uma autocalibração verdadeira com uma referência interna. O custo dessa tecnologia é insignificante em comparação com os custos de energia de um BMS que não é eficiente ou com o custo de manutenção quando sensores de baixo custo geram desvios ou falhas.

Não é incomum que os sensores da Vaisala operem sem problemas por até 15 anos. Essa estabilidade e essa confiabilidade foram reconhecidas em todo o mundo… e além. Os sensores da Vaisala continuam a operar no Rover Curiosity da NASA, lançado em 2011, e a bordo do Rover Perseverance, que pousou em Marte em fevereiro de 2021.

Em resumo, aqui na Terra, as medidas de prevenção de doenças podem ser reforçadas por ventilação inteligente com medições de CO2 confiáveis. Além disso, uma boa qualidade do ar interno pode ter um impacto positivo significativo na saúde e no bem-estar das pessoas no interior dos edifícios. 

Baixe o artigo completo como PDF

Referências:
1.    Kampf, G. et al (2020) Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of Hospital Infection.
2.    Ratnesar-Shumate, S. et al (2020) Simulated sunlight rapidly inactivates SARS-CoV-2 on surfaces. The Journal of Infectious Diseases.
3.    Organização Mundial da Saúde: https://www.who.int/news-room/q-a-detail/coronavirus-disease-covid-19-how-is-it-transmitted 
4.    Greenhalgh, T. et al (2021) Ten scientific reasons in support of airborne transmission of SARS-CoV-2. THE LANCET. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00869-2  
5.  Department of Health and Social Care, United Kingdom (2020) New film shows importance of ventilation to reduce spread of COVID-19.  www.gov.uk/government/news/new-film-shows-importance-of-ventilation-to-reduce-spread-of-covid-19#:~:text=Coronavirus%20is%20spread%20through%20the,virus%20transmissions%20happen%20indoors. 
6.   Ricochet (2021) Time for government to take aerosol transmission of COVID-19 seriously. https://ricochet.media/en/3423/there-is-still-time-to-address-aerosol-transmission-of-covid-19 
7.    Fennelly, K.P. (2020) Particle sizes of infectious aerosols: implications for infection control. THE LANCET, Respiratory Medicine, VOLUME 8, ISSUE 9, P914-924.
8.    Kudo.E. et al (2019) Low ambient humidity impairs barrier function and innate resistance against influenza infection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (22).
9.    Allen J.G. et al (2016) Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments. Environmental Health Perspectives 124:6 CID: https://doi.org/10.1289/ehp.1510037