Mindre infektionsrisk med smart ventilation

Ladda ner artikeln som pdf

När pandemin släpper sitt grepp om länder runtom i världen kommer det att bli intressant att se hur det nya normala ser ut. Kommer människor återvända till sina kontor på heltid? Eller kommer det att finnas en dragning åt mer flexibla arbetstider och hybridarbete (hemmet + kontor)? Oavsett kommer det att finnas ett nytt, ökat ansvar att ta hänsyn till mikrobiologiska faror som Covid-19 när säkra inomhusmiljöer ska planeras.

I följande artikel undersöker Anu Kätkä från Vaisala (Finland), som är expert på inomhusmiljöer, vilken roll ventilationssystem kommer att spela för att skydda människor i kontor och andra arbetsplatser från framtida mikrobiologiska hot. Hon förklarar också varför tillförlitlig mätning av koldioxid kommer att vara avgörande eftersom det är det bästa måttet på effektiv ventilation.

Lärdomar från COVID-19

COVID-19 orsakas av SARS-CoV-2-viruset, som kan överföras på två olika sätt av smittade personer. Den första överföringsvektorn är att virus kan överleva på ytor i upp till flera veckor (1), särskilt vid lägre rumstemperatur (2). Detta leder till så kallad fomitöverföring när människor rör vid smittade ytor och sedan överför viruset till sin mun, näsa eller ögon. Den andra överföringsvektorn är när viruset sprids från en smittad persons mun eller näsa i små vätskepartiklar när de hostar, nyser, talar eller andas. Dessa vätskepartiklar varierar från större andningsdroppar till mindre aerosoler med en diameter under 5 µm.

Världshälsoorganisationen (WHO) skriver att: Aerosolöverföring kan ske i specifika miljöer, särskilt inomhus, i trånga och otillräckligt ventilerade utrymmen, där de smittade personerna tillbringar längre tid med andra människor. Exempelvis restauranger, gym, nattklubbar, kontor och/eller gudstjänstlokaler. (3)

En nyligen publicerad artikel i Lancet ger stöd för hypotesen att SARS-CoV-2 främst överförs luftburet: Tio vetenskapliga skäl till stöd för luftburen överföring av SARS-CoV-2. (4)

Genom att förstå överföringsmetoderna har regeringar kunnat ta fram lämpliga strategier för att bekämpa virusöverföring med åtgärder som ansiktsmasker, social distansering, handtvätt och ytdesinfektion. Viktigt är att regeringar också har erkänt det ökade hotet från inomhusmiljöer, med rekommendationer för utomhusaktiviteter och bättre ventilation.

I november 2020 publicerade den brittiska regeringen en video (5) som lyfter fram vikten av ventilation för att minska spridningen av Covid-19. I rapporten framgår bland annat att: ”Forskning visar att frisk luft i ett rum kan minska risken för smitta av partiklar med över 70 %”.

Januari 2021 skrev hundratals kanadensiska experter (läkare, forskare, arbetsmiljöexperter, ingenjörer och sjuksköterskor) ett öppet brev (6) till premiärministern som uppmanar honom att: ”Uppdatera provinsiella COVID-19-riktlinjer, arbetsplatsbestämmelser och offentlig kommunikation för att återspegla vetenskapen – COVID-19 sprids genom inandning av aerosoler.” En av de viktigaste rekommendationerna i brevet var att: ”Rekommendera och använda koldioxidgivare (CO2) som en hjälpåtgärd vid otillräcklig ventilation för att minska risken för långväga överföring av virus i rumsluft. Under ett TB-utbrott innebar CO2-koncentrationer på över 1 000 PPM en betydligt högre risk att bli smittad med TB. Att förbättra byggnadsventilationen till en CO2-koncentration på 600 PPM stoppade utbrottet.”

Image

Partikelstorlekens betydelse

WHO har kommit fram till att smittade personer verkar vara som mest smittsamma precis innan de utvecklar symptom. Vissa smittade personer är dessutom asymptomatiska, vilket gör det logiskt att anta att i till exempel en kontorsmiljö kommer det huvudsakliga smittohotet INTE från personer med svåra symptom som hosta och nysningar, utan från de som inte inser att de har blivit smittade. Dessa människor är mer benägna att andas ut virala aerosoler med en diameter under 5 µm – partiklar som inte kan bekämpas med social distansering. Dessa små aerosoler är ungefär lika stora som partiklarna i cigarettrök, som vi vet inte lägger sig så lätt utan istället sprids i dåligt ventilerade utrymmen.

En nyligen publicerad artikel i The Lancet (7) beskriver studier av hostaerosoler och utandningsluft från patienter med olika luftvägsinfektioner som visade slående likheter i aerosolens storleksfördelning, med en övervikt av patogener i små partiklar (<5 μm). Dessa partiklar är omedelbart inandningsbara och kan förbli luftburna på obestämd tid i de flesta inomhusförhållanden – såvida de inte avlägsnas genom luftströmmar eller utspädningsventilation.

Även luftfuktigheten påverkar aerosolernas spridning där en låg luftfuktighet gör att aerosoler blir lättare och därför enklare förblir luftburna. Luftfuktigheten har också visat sig påverka sårbarheten för virusinfektioner eftersom exponering för torr luft försämrar värdens försvar mot influensainfektioner, minskar vävnadsreparationen och orsakar cellnedbrytning. (8)

Riskreducerande åtgärder

Konventionella bedömningar av hälso- och säkerhetsrisker tar upp faror som halk- och snubbelrisk, tunga föremål, belastningsskador, fall, stress, elstötar, brand och ensamarbete. För att skapa Covid-säkra miljöer måste dock organisationer även göra en bedömning av mikrobiologiska risker. Därför kommer det bli nödvändigt att identifiera potentiella källor till patogena mikroorganismer samt deras metoder och smittovägar. 

Handdesinfektionsmedel kan göras tillgängliga och ytor kan desinficeras ofta. Rutiner kan fastställas för att minska risken för sjukdomsöverföring, med åtgärder som skärmar, social distansering och till och med moln av desinficerande medel. Men även med alla dessa åtgärder på plats kan en smittad person snabbt kontaminera stora områden. Effektiv ventilation kommer därför att vara avgörande. För att kunna reagera snabbt måste styrsystemet kunna genomföra exakta och punktliga mätningar i alla rum och utrymmen. Vissa system övervakar helt enkelt CO2 i avgaserna, men det gör inte att de kan upptäcka problem med dålig ventilation i specifika utrymmen.

Image

Välja den bästa mätparametern

En av de viktigaste funktionerna för automatiserings- och hanteringssystem för byggnader (BMS) är att kontrollera värmekomforten och optimera energianvändningen. Temperaturen är alltså tveklöst den viktigaste kontrollparametern i befolkade utrymmen. Vissa system mäter och kontrollerar även luftfuktigheten för att bibehålla en nivå av 40–60 % RH. Detta görs både för god hälsa och komfort, men även för att skydda datorsystem och för att undvika mögel och andra problem i byggnaden. 

Temperaturmätningar påverkas i allmänhet inte av avdrift, men det gör däremot traditionella fuktighetssensorer. Därför är Vaisalas HUMICAP®-sensorer att föredra tack vare sin långtidsstabilitet och att de inte störs av faktorer som damm och kondens. Dessa fuktsensorer med kapacitiv tunnfilmsteknik har blivit industristandard i en mängd olika applikationer där långsiktiga, exakta, pålitliga, underhållsfria fuktighetsmätningar krävs. 

Ökade luftfuktighetsnivåer kan vara en indikation på mänsklig aktivitet eller dålig ventilation. Luftfuktigheten påverkas dock avsevärt mycket mer av yttre faktorer (t.ex. torra förhållanden under fryspunkten eller fuktiga förhållanden med regn) än av utandningsluft från människor. 

Sammanfattningsvis spelar temperatur- och luftfuktighetsövervakning en viktig roll i optimeringen av BMS-system. När anläggningschefer behöver ta hänsyn till människor i lokalerna och minska mänskliga föroreningar i utrymmen, är dock CO2 en perfekt tilläggsparameter för automatisk ventilationskontroll.

Använda koldioxidmätning som proxy för effektiv ventilation

Koldioxid (CO2) kommer med utandningsluften från människor, så ackumulering av CO2 indikerar (a) att det befinner sig människor i rummet och (b) att ventilationen är otillräcklig. Ett bra ventilationssystem bör kunna upptäcka detta och tillämpa tillräcklig ventilation automatiskt. Systemet måste vara automatiserat. Det måste även kunna ventilera enskilda utrymmen så att varje utrymme hålls optimalt ventilerat och för att minska energianvändningen vid överdriven ventilation eller vid ventilation av utrymmen där det inte behövs. 

Image

Icke-Covid-relaterade fördelar med CO2- och luftfuktighetsövervakning

Standarden ASHRAE Green Standard 189.1 (USA) och den europeiska standarden FprEN 16798-3 rekommenderar användningen av behovsstyrd ventilation (DCV) för att minska energianvändningen och främja hälsosam luft inomhus. 

Ur ett VVS-designperspektiv är CO2 en perfekt proxy för luftkvaliteten inomhus i huvudsakligen befolkade byggnader. Luftfuktighet skulle kunna vara en bättre eller minst lika användbar parameter, särskilt i byggnader som används för att förvara konstverk, böcker, vin, historiska föremål och dylikt, eller när det är själva byggnaden som ska bevaras.

Utomhusluft innehåller vanligtvis 250–400 ppm CO2. Däremot innehåller utandningsluft cirka 50 000 ppm CO2, vilket motsvarar en hundrafaldig ökning jämfört med inandad gas. Detta innebär att utan tillräcklig ventilation i befolkade inomhusmiljöer, kommer CO2-nivåerna gradvis att stiga. 

CO2-halten påverkar både människors välbefinnande och prestation. Befolkade utrymmen med god luftväxling kan ha halter mellan 350–1 000 ppm, men alla halter över detta kan leda till matthet, och halter över 2 000 ppm kan orsaka huvudvärk, trötthet, försämrad koncentrationsförmåga, bristande uppmärksamhet, ökad hjärtfrekvens och lätt illamående. Exponering för alltför höga halter (från olje-/gasbrännare eller gasläckor) kan till och med leda till dödsfall till följd av kvävning.

Rekommenderade lägsta ventilationsflöden bestäms för ett brett utbud av inomhusutrymmen i ANSI/ASHRAE-standarden 62.1-2019, Ventilation för acceptabel luftkvalitet inomhus.

CO2-koncentrationens påverkan på kognitiva funktioner har utvärderats i flera studier. Till exempel upptäckte Allen et al (2016) (9) att kognitiva funktionspoäng var 15 % lägre på en dag med medelhög CO2-nivå (~945 ppm) och 50 % lägre på en dag med CO2-koncentrationer på ~1 400 ppm, jämfört med två ”Grön+”-dagar (~540 ppm). I genomsnitt kopplades en ökning av CO2 på 400 ppm med en minskning på 21 % av en typisk deltagares kognitiva poäng. DCV som baseras på CO2-mätningar kan därför ge förbättringar i välbefinnande och produktivitet som med råge uppväger kostnaden för själva DCV-systemet.

Välja rätt CO2-transmitter

Det är viktigt att motstå frestelsen att köpa de billigaste sensorerna som uppfyller de nödvändiga kraven. Även om noggrannhet och intervall är viktiga parametrar är sensorernas stabilitet avgörande för den långvariga prestandan hos ett BMS-system.

Leverantörer av VVS-system föredrar naturligtvis sensorer som kräver mindre underhåll. Det är därför nödvändigt att välja sensorer som inte kräver regelbunden omkalibrering för att motverka avdrift. Urvalsprocessen försvåras dock av att vissa sensorer påstås kunna kompensera för avdrift med programvarulösningar. Dessa utgår från att de lägsta uppmätta värdena är desamma som den genomsnittliga CO2-koncentrationen utomhus. Faran med den typen av algoritmer är att små felaktigheter byggs på över tid, vilket leder till allvarligare felaktigheter över tid. I ett försök att undvika riktig kalibrering har den typen av sensorer med programvara och algoritmer gjorts icke-tillämpliga i kontinuerligt befolkade lokaler. De kan dessutom bli lurade av att man bygger automationssystem som drastiskt minskar friskluftsintaget när mindre folk rör sig i lokalerna. I vissa fall kan även betongen i väggarna absorbera CO2 och därigenom ”lura” algoritmen och ge upphov till ytterligare felaktigheter. 

Det finns potential för en mindre intressekonflikt mellan en BMS-leverantör/-installatör och en fastighetsägare/anläggningschef. För den förra måste systemet fungera perfekt omedelbart, och åtminstone under garantiperioden, medan den senare måste tänka mer långsiktigt.

Kostnaden för en bra sensor blir obetydlig i jämförelse med dess fördelar. Exakt och behovsstyrd styrning kan leda till väsentliga energibesparingar. Än viktigare är dock att hälsa och välmående hos personerna i byggnaden skyddas och att inomhusmiljön främjar förbättrade resultat på arbetsplatsen.

Att välja Vaisala CARBOCAP® CO2-sensorer är därför den bästa lösningen. Detta beror på att de använder dubbelvåglängds NDIR-teknik som kan frodas i en mängd olika miljöer och kan utföra verklig självkalibrering med en intern referens. Kostnaden för tekniken är obetydlig i jämförelse med energikostnaderna för ett ineffektivt BMS-system eller kostnaden för underhåll av billiga sensorer som visar fel med tiden eller går sönder.

Det är inte ovanligt att Vaisalas sensorer fungerar problemfritt i upp till 15 år. Det är denna stabilitet och pålitlighet som fått erkännande runtom världen – och utanför den. Vaisala-sensorer fortsätter att vara i bruk på NASA:s Curiosity Rover som sköts upp 2011 och på Perseverance Rover som landade på Mars i februari 2021.

Sammanfattningsvis, här på jorden kan sjukdomsförebyggande åtgärder förstärkas genom smart ventilation med pålitliga CO2-mätningar. Dessutom kan en god inomhusluftkvalitet ha en betydande positiv inverkan på både hälsa och välbefinnande hos människor inne i byggnader. 

Ladda ner hela artikeln som en pdf

Referenser:
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.    World Health Organization: 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