Akıllı Havalandırma ile Enfeksiyon Riskini Azaltmak
Ülkeler pandemiden çıktıkça, “yeni normal”in neye benzediğini görmek ilginç olacak. Çalışanlar tam zamanlı olarak ofislerine dönecek mi? Yoksa daha esnek çalışma saatleri ve hibrit çalışma (ev + ofis) için yeni bir tercih mi olacak? Her iki durumda da, güvenli iç ortamların sağlanmasında Covid-19 gibi mikrobiyolojik tehlikeleri hesaba katmak için yeni ve artan bir sorumluluk var olacaktır.
Bu yazıda, Vaisala'da (Finlandiya) bir iç ortam uzmanı olan Anu Kätkä, havalandırma sistemlerinin, ofislerdeki ve diğer çalışma alanlarındaki insanları gelecekteki mikrobiyolojik tehditlerden korumada oynayacağı rolü inceliyor. Ayrıca, etkili havalandırmanın en iyi ölçüsü olduğu için güvenilir karbondioksit ölçümünün neden kritik derecede önemli olacağını da açıklıyor.
COVID-19'dan dersler
COVID-19'a, enfekte kişiler tarafından iki şekilde bulaşan SARS-CoV-2 virüsü neden olur. İlk olarak, virüsler yüzeylerde birkaç haftaya kadar (1), özellikle daha soğuk oda sıcaklıklarında (2) hayatta kalabilir. Sonuç olarak, insanlar enfekte yüzeylere dokunduğunda ve virüsü ağız, burun veya gözlerine aktardığında fomit bulaşması mümkündür. İkincisi, virüs, enfekte bir kişinin ağzından veya burnundan öksürdüğünde, hapşırdığında, konuştuğunda veya nefes aldığında küçük sıvı parçacıklar halinde yayılabilir. Bu sıvı partiküllerin çapı, daha büyük solunum damlacıklarından çapı 5 µm'den daha küçük olan daha küçük aerosollere kadar değişir.
Dünya Sağlık Örgütü'ne (WHO) göre: Aerosol bulaşması, özellikle kapalı, kalabalık ve yetersiz havalandırılan, enfekte kişinin/kişilerin restoranlar, fitness salonları, gece kulüpleri, ofisler ve/veya ibadet yerleri gibi başkalarıyla uzun süreler geçirdiği belirli ortamlarda meydana gelebilir. (3)
Lancet'te yakın zamanda yayınlanan bir makale, SARS-CoV-2'nin öncelikle hava yoluyla bulaştığı hipotezini destekleyerek; SARS-CoV-2'nin hava yoluyla bulaşmasını destekleyen on bilimsel neden açıkladı. (4)
Hükümetler, bulaşma biçimlerini anlayarak yüz maskeleri, sosyal mesafe, el yıkama ve yüzey dezenfeksiyonu gibi önlemlerle viral bulaşmayla mücadele için uygun stratejiler tanımlayabildi. Daha da önemlisi, hükümetler, açık hava etkinliği ve daha fazla havalandırma için önerilerle birlikte kapalı ortamlardan gelen artan tehdidi de kabul ettiler.
Kasım 2020'de Birleşik Krallık Hükümeti, Covid-19'un yayılmasını azaltmada havalandırmanın önemini vurgulayan bir video (5) yayınladı. Raporları şunları söyledi: "Araştırmalar temiz hava bulunan bir odada bulunmanın, partiküllerden enfeksiyon riskini %70'in üzerinde azaltabileceğini gösteriyor".
Ocak 2021'de yüzlerce Kanadalı uzman (doktorlar, bilim adamları, iş sağlığı ve güvenliği uzmanları, mühendisler ve hemşirelik uzmanları) Başbakanlarına bir açık mektup (6) yazdı ve şunu teşvik etti: Bilimi yansıtmak için halkla iletişim — COVID-19, solunan aerosoller yoluyla yayılır.” Mektuptaki önemli tavsiyelerden biri şuydu: "Paylaşılan oda havasında uzun menzilli bulaşma riskini azaltmak için yetersiz havalandırma durumunda yardımcı bir önlem olarak karbondioksit (CO2) monitörlerini tavsiye edin ve kullanın. Bir TB (tüberküloz) salgını sırasında, 1000 PPM'nin üzerindeki CO2 konsantrasyonları, TB ile enfekte olma riskini önemli ölçüde artırdı. Bina havalandırmasını 600 PPM'lik bir CO2 konsantrasyonuna doğru iyileştirmek, salgını durdurdu."
Parçacık boyutunun önemi
DSÖ, enfekte olmuş kişilerin semptom geliştirmeden hemen önce “en bulaştırıcı” halde olduğunu söylüyor. Ek olarak, bazı enfekte kişiler asemptomatiktir, bu nedenle örneğin bir ofis ortamında ana tehdidin öksürme ve hapşırma gibi şiddetli semptomları olan kişilerden değil, bunun farkında olmayan kişilerden geleceğini varsaymak mantıklıdır. Bu insanların, 5 µm'den daha küçük çaplı viral aerosolleri - sosyal mesafeye uymayan partikülleri - soluma olasılıkları daha yüksektir. Bu ince aerosoller, bildiğimiz gibi, kolayca yerleşmeyen ve kötü havalandırılan alanlarda geniş çapta yayılabilen sigara dumanındaki partiküllere kabaca eşdeğer boyuttadır.
The Lancet'te (7) yayınlanan yakın tarihli bir makale, küçük partiküllerde (<5 μm) patojenlerin baskın olduğu aerosol boyut dağılımlarında çarpıcı benzerlikler gösteren çeşitli solunum yolu enfeksiyonlu hastalardan alınan öksürük aerosolleri ve solunan nefes çalışmalarını tanımladı. Bu parçacıklar hemen solunabilir, hava akımları veya seyreltme havalandırması ile giderilmedikçe çoğu iç mekan koşulunda süresiz olarak havada kalabilir.
Nem ayrıca aerosollerin yayılmasını da etkiler, çünkü düşük nem seviyeleri aerosollerin daha hafif olmasına ve dolayısıyla havada daha iyi asılı kalmasına neden olur. Nemin viral enfeksiyona karşı hassasiyeti etkilediği de gösterilmiştir, çünkü kuru havaya maruz kalmak influenza enfeksiyonuna karşı konak savunmasını bozar, doku onarımını azaltır ve hücre yıkımına neden olur.(8)
Risk azaltma önlemleri
El dezenfektanı hazır bulundurulabilir ve yüzeyler sıklıkla dezenfekte edilebilir. Ekranlar, sosyal mesafe ve hatta dezenfektanla sisleme gibi önlemlerle hastalık bulaşma olasılığını azaltmak için prosedürler oluşturulabilir. Bununla birlikte, tüm bu önlemler yerinde olsa bile, enfekte bir kişi geniş alanları hızla kontamine edebilir. Bu nedenle etkili havalandırma gerekli olacaktır ve kontrol sisteminin, anında yanıt verebilmesi için her odadan veya alandan doğru ve zamanında ölçümler yapması gerekecektir. Bazı sistemler egzoz gazındaki CO2'yi kolaylıkla izleyebilir, ancak bu, belirli alanlarda yetersiz havalandırma sorunlarını tespit etme yeteneği sağlamaz.
En iyi ölçüm parametresini seçme
Bir bina otomasyon/yönetim sisteminin (BMS) ana işlevlerinden biri, termal konforu kontrol etmek ve enerji kullanımını optimize etmektir, bu nedenle sıcaklık, kullanılan alanlarda inkar edilemez bir şekilde en önemli kontrol parametresidir. Bazı sistemler ayrıca %40-60 RH seviyesini korumak için nemi ölçer ve kontrol eder. Bu, sağlık ve konfor nedenlerinin yanı sıra bilgisayar sistemlerinin korunması ve binada yapısal sorunların önlenmesi içindir.
Sıcaklık ölçümleri genellikle akımlardan etkilenmez, ancak geleneksel nem sensörleri etkilenir, bu nedenle Vaisala'nın HUMICAP® sensörleri, uzun vadeli kararlılıkları, toz ve yoğuşma gibi parazitlere karşı duyarsızlığı nedeniyle tercih edilir. Bu ince film kapasitif nem sensörleri, uzun vadeli doğru, güvenilir, bakım gerektirmeyen nem ölçümlerinin gerekli olduğu çok çeşitli uygulamalarda endüstri standardı haline gelmiştir.
Artan nem seviyeleri, insan faaliyetinin ve yetersiz havalandırmanın bir göstergesi olabilir. Bununla birlikte, nem, insan solumasının bir sonucu olmaktan ziyade dış etkenlerin (örneğin, donma-kuru koşullar veya yağmurlu nemli koşullar) bir sonucu olarak önemli ölçüde değişir.
Özetlemek gerekirse, sıcaklık ve nem izleme bir BMS'nin (Bina Yönetim Sistemi) optimizasyonunda önemli bir rol oynar, ancak tesis yöneticilerinin ortamda insan doluluğunu hesaba katıp alanlarda insan kaynaklı kirliliği azaltması gerektiğinde, CO2 otomatik havalandırma kontrolü için ideal ek parametredir.
Etkili havalandırma için bir yardımcı olarak karbondioksit ölçümünü kullanma
Karbondioksit (CO2) insanlar nefes aldıkça dışarı verilir, bu nedenle CO2 birikimi (a) odada insanlar olduğunu ve (b) havalandırmanın yetersiz olduğunu gösterir, bu nedenle iyi bir havalandırma sistemi bunu otomatik olarak algılayabilmelidir. Sistem otomatik olmalı ve her bir mahallin optimum şekilde havalandırılmasını sağlayabilmelidir. İhtiyaç duyulmayan mahallerin aşırı havalandırılması veya havalandırılması ile enerjinin boşa harcanmaması için ayrı mahalleri farklı ihtiyaçlara göre havalandırabilmelidir.
CO2 ve nem izlemenin Covid haricinde avantajları
ASHRAE Yeşil Standardı 189.1 (ABD) ve Avrupa standardı FprEN 16798-3, sağlıklı iç mekan havasını teşvik ederken enerji kullanımını azaltmak için talep kontrollü havalandırmanın (DCV) kullanılmasını önerir.
HVAC tasarım perspektifinden bakıldığında, CO2, binanın ağırlıklı olarak insanlar tarafından işgal edildiği iç mekan hava kalitesi için ideal bir kirleticidir. Nem, özellikle sanat eserleri, kitaplar, şarap, tarihi eserler vb. depolamak için kullanılan binalarda veya kendilerinin korunması gereken binalarda daha iyi, ya da en azından yararlı bir ek parametre olacaktır.
Tipik olarak, dış hava 250 ila 400 ppm CO2 içerir. Buna karşılık, solunan nefes yaklaşık 50.000 ppm CO2 içerir, bu da solunan gaza göre 100 katlık bir artışı temsil eder, bu nedenle yeterli havalandırma olmadan, insanlar iç mekanlardayken CO2 seviyeleri kademeli olarak yükselecektir.
Binaların içindeki insanların hem konforu hem de performansı CO2 seviyelerinden etkilenebilir. İyi hava değişimine sahip dolu alanlar 350-1.000 ppm içerebilir, ancak bunun üzerindeki herhangi bir şey uyuşukluğa neden olabilir, 2.000 ppm'nin üzerindeki seviyeler baş ağrısına, uykululuğa, zayıf konsantrasyona, dikkat kaybına, kalp atış hızında artışa ve hafif mide bulantısına neden olabilir. Çok yüksek seviyelere maruz kalma (petrol/gaz brülörlerinden veya gaz sızıntılarından) boğulma sonucu ölümlere bile neden olabilir.
Kabul Edilebilir İç Mekan Hava Kalitesi için ANSI/ASHRAE Standardı 62.1-2019 çok çeşitli iç mekanlar için önerilen minimum havalandırma oranlarını göstermektedir.
Birkaç çalışma, CO2 konsantrasyonunun bilişsel işlevler üzerindeki etkilerini değerlendirmiştir. Örneğin, Allen ve diğerleri (2016) (9) orta düzeyde bilişsel işlev puanlarının ~945 ppm CO2 olan bir günde %15 daha düşük olduğunu ve CO2 konsantrasyonunun ~1,400 ppm olduğu bir günde, ilk iki güne kıyasla %50 daha düşük olduğunu buldu. ~ 540 ppm seviye ise “yeşil bir gün” anlamına gelir. Ortalama olarak, CO2'de 400 ppm'lik bir artış, tipik bir katılımcının bilişsel puanlarında %21'lik bir düşüşle ilişkilendirildi. CO2 ölçümlerine dayalı DCV, bu nedenle, DCV sisteminin maliyetlerinden çok daha ağır basan refah ve üretkenlik iyileştirmeleri sağlayabilir.
Doğru CO2 sensörünü seçme
Gerekli özellikleri karşılayan en ucuz sensörleri satın alma isteğine direnmek gerekir. Bunun nedeni, doğruluk ve menzil önemli olmakla birlikte; BMS'nin devam eden performansı, sensörlerin kararlılığına bağlı olacaktır.
HVAC sistemlerinin tedarikçileri, doğal olarak "takıp unutabileceğiniz" sensörleri tercih edecektir. Sonuç olarak, sapmayı önlemek için sık sık yeniden kalibrasyon gerektirmeyen sensörlerin seçilmesi gerekir. Bununla birlikte, seçim süreci; ölçülen en düşük okumaların ortalama dış mekan CO2 konsantrasyonu ile aynı olduğunu varsayan bir yazılım çözümü uygulayarak sapmayı telafi ettiğini iddia eden sensörler tarafından daha da karmaşık hale gelir. Bu tür bir algoritmanın tehlikesi, zaman geçtikçe küçük hataların artmasıdır; uzun vadede çok önemli hatalara yol açar. Gerçek kalibrasyondan kaçınma girişimi olarak, bu yazılım algoritması sensörleri, sürekli olarak kullanılan alanlarda uygulanamaz ve yoğun olmayan saatlerde taze hava girişini agresif bir şekilde azaltan otomasyon sistemleri inşa ederek de yanıltılabilir. Bazı durumlarda, duvarlardaki beton bile CO2'yi emebilir ve böylece algoritmayı "kandırabilir" ve daha fazla yanlışlık yaratabilir.
Bir BMS tedarikçisi/kurucusu ile bina sahibi/tesis yöneticisi arasında küçük bir çıkar çatışması potansiyeli vardır. İlki için sistem hemen ve en azından garanti süresi boyunca kusursuz bir şekilde çalışmalıdır, ancak ikincisi için gereksinim daha uzun vadelidir.
İyi bir sensörün maliyeti, sağladığı faydalara kıyasla önemsiz kalır. Doğru, ihtiyaca dayalı kontrollerden elde edilen enerji tasarrufu önemli olabilir, ancak daha da önemlisi, bina içindeki insanların sağlığı ve esenliği korunur ve iç mekan koşullarını, işyeri performansını iyileştirir.
Bu nedenle ideal çözüm Vaisala CARBOCAP® CO2 sensörlerini tercih etmektir. Bunun nedeni, çeşitli ortamlarda gelişebilen ve dahili bir referansla gerçek, kendi kendine kalibrasyon gerçekleştirebilen çift dalga boylu NDIR teknolojisini kullanmalarıdır. Bu teknolojinin maliyeti, verimli olmayan bir BMS'nin enerji maliyetleri veya düşük maliyetli sensörler saptığında veya arızalandığında bakım maliyeti ile karşılaştırıldığında önemsizdir.
Vaisala sensörlerinin 15 yıla kadar sorunsuz çalışması alışıldık bir durumdur. Bu istikrar ve güvenilirlik, dünya çapında ve ötesinde kabul görmüştür. Vaisala sensörleri, NASA'nın 2011'de fırlatılan Curiosity Rover'ında ve Şubat 2021'de Mars'a inen Perseverance Rover'da çalışmaya devam ediyor.
Özetle, dünyada hastalık önleme önlemleri, güvenilir CO2 ölçümleri ve akıllı havalandırma ile yeniden uyarlanabilir. Ayrıca, iyi bir iç hava kalitesi, binaların içindeki insanların sağlığı ve esenliği üzerinde önemli bir olumlu etkiye sahip olabilir.
Referanslar:
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
Kaynak: https://www.vaisala.com/en/blog/2022-03/lowering-infection-risk-smart-ventilation
