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Architektur-Ingenieur zur Untersuchung der COVID-19-Aerosol-Übertragung
Original-Nachricht auf (englisch):
https://news.engr.psu.edu/2020/rim-donghyun-covid-19-transmission.aspx
von Mariah Chuprinski
UNIVERSITY PARK, PA. - SARS-CoV‑2, das Virus, das COVID-19 verursacht, scheint nicht so schnell zu verschwinden. Jetzt kann die Erforschung mechanischer Systeme in Gebäuden helfen, die Ausbreitung der Krankheit in Innenräumen besser zu verstehen.
Donghyun Rim, außerordentlicher Professor für Architekturingenieurwesen am Penn State, leitet eine einjährige COVID-19-Studie des Rapid Response Research Program, dotiert mit 108.000 US Dollar, die von der National Science Foundation finanziert wird um zu verstehen, wie das Virus in Innenräumen übertragen wird.
«Wir wollen die Übertragung in der Luft besser verstehen», sagte Rim. «Viele frühere Studien zeigen, dass die Krankheit durch engen persönlichen Kontakt übertragen wird, dass die meisten Partikel aus dem Sprechen und Atmen des Menschen stammen und dass virale Partikel in der Raumluft relativ lange überleben können.»
Laut Rim können Viruspartikel bis zu 90 Minuten in der Luft überleben, was mit der Verweilzeit der Innenluft für viele Gebäude wie Restaurants oder Büros mit vorhandenen Lüftungssystemen vergleichbar ist. Die Studie wird die Konzentration von Viruspartikeln um menschliche Atemzonen im Vergleich zu einer durchschnittlichen Konzentration in der Umgebung untersuchen.
Rim wird Computersimulationen verwenden, um Dateneingaben aus ähnlichen Studien zur Messung der Raumluft anzuwenden, in denen die räumliche Verteilung von Viruspartikeln aufgrund von menschlichen Gesprächen, Husten oder Atmung untersucht wird.
«Unser Ziel ist es zu untersuchen, wie die viralen Aerosole unter verschiedenen Umgebungsbedingungen in Innenräumen in die menschliche Atemzone transportiert werden», sagte Rim. «Und weiter, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass ein anderer Raumbewohner die Viruspartikel einatmet.»
Es werden verschiedene Variablen getestet, welche die Partikelübertragung beeinflussen können, einschließlich des Raumluftstroms. Lüftungsmodi, die Größe des Raumes, die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, Protokolle zur sozialen Distanzierung, Anzahl und Dichte der Raumbenutzer und verschiedene Emissionsmodi wie Atmen, Sprechen, Singen und Husten.
Anhand der gesammelten Daten bestimmt Rim, welche Variablen Schlüsselparameter für die Prävention von Krankheiten im Innenraum sind. Diese Informationen helfen dabei, über die Richtlinien und Standards zu informieren, die Ingenieure bei der Planung von Gebäuden und ihren Systemen verwenden, sowie politische Entscheidungsträger und medizinisches Personal bei der Bewertung von Räumen für eine sichere Belegung von Gebäuden.
Vorläufige Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Belüftung oder der kontinuierliche Außenluftstrom in einen Raum die wichtigste Variable bei der Beurteilung der Virusübertragung in Innenräumen ist. Zum Beispiel können Chorpraktiken aufgrund hoher Virusemissionen in schlecht belüfteten Räumen zu übergreifenden Ereignissen werden – selbst wenn die soziale Distanz gewahrt bleibt –, so Rim.
«Unsere Ergebnisse zeigen, dass Lüftungsmethoden in Gebäuden sehr wichtig sind und sogar noch wichtiger sein können als die Wahrung der sozialen Distanz», sagte Rim.
Sez Atamturktur, Harry und Arlene Schell Professor und Leiter der Abteilung für Architekturingenieurwesen, lobten Rim für seine Forschung, die das Potenzial hat, die Übertragung von Viren in Innenräumen einzudämmen.
«Donghyuns rechtzeitige Forschung wird Ingenieuren und anderen Interessengruppen helfen, künftig Entscheidungen bei der Planung von Geschäftsgebäuden zu treffen, darunter Krankenhäuser, Büroräume, Restaurants und mehr», sagte sie.
Kurzfassung Forschungsauftrag der «National Science Foundation»
Coronavirus – Verständnis der Aerosolübertragung und möglicher Kontrollmaßnahmen in Innenräumen
COVID-19 ist eine weltweite Pandemie, die durch das Coronovirus SARS-CoV2 verursacht wird. Es wird berichtet, dass COVID-19 durch direkte Oberflächenexposition und durch engen persönlichen Kontakt in kurzer Entfernung übertragen wird. Jüngste Studien zeigen, dass das Virus in kleinen Partikeln in der Luft (weniger als 5 Mikrometer) stundenlang überleben und sich in Innenräumen ansammeln kann. Dieses Ergebnis deutet auf eine starke Möglichkeit der Übertragung von COVID-19 in der Luft in besetzten Räumen hin. Derzeit fehlen jedoch wissenschaftlich fundierte Informationen darüber, wie sich die virusbeladenen Partikel in Innenräumen verteilen. Dieser RAPID-Vorschlag entspricht der dringenden Notwendigkeit, die Luftübertragung und mögliche SARS-CoV2-Kontrollmaßnahmen in Innenräumen besser zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, die Transportmechanismen des Transports von Viruspartikeln durch den menschlichen Körper zu untersuchen und aufzuzeigen, wie die Konzentrationen von Viruspartikeln durch Husten und Atmung beim Menschen sowie die Belüftungsraten und Luftströmungsmuster in Innenräumen beeinflusst werden. Diese Informationen werden verwendet, um die Wirksamkeit von Kontrollmaßnahmen wie Belüftung, Filtration und Zonenaufteilung bei der Aerosolübertragung in dicht besetzten Umgebungen zu bewerten. Die Ergebnisse werden verwendet, um schutzbedürftige Bevölkerungsgruppen in klinischen Umgebungen und Senioreneinrichtungen zu schützen. Der erfolgreiche Abschluss dieser Forschung wird medizinische Fachkräfte, Wissenschaftler, Ingenieure und politische Entscheidungsträger umfassender informieren, um Entscheidungen über die Arten von Beatmungsstrategien und persönlicher Schutzausrüstung zu treffen, die zur Verhinderung der Aerosolübertragung in Innenräumen verwendet werden können.
Die COVID-19-Pandemie ist ein Gesundheitsnotfall von globalem Ausmaß. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse deuten auf ein hohes Potenzial für eine Exposition in der Luft gegenüber SARS-CoV2 (dem für COVID-19 verantwortlichen Virus) als signifikantem Expositionsweg hin. Es gibt jedoch große Lücken in unserem Verständnis, die einen effizienten Einsatz von Kontrollstrategien für Innenräume verhindern. Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsprojekts besteht darin, diese Wissenslücke zu schließen:
(1) Entwicklung eines mechanistischen Verständnisses des SARS-CoV2-Aerosoltransports in Innenräumen aufgrund von Husten, Sprechen, normaler Atmung und Atmung mit einer Maske unter verschiedenen Belüftungsraten und Luftmischbedingungen.
(2) Bewertung des Infektionsrisikos in der Luft unter Verwendung der Inhalationsaufnahme von SARS-CoV2-Aerosolen, die von einem Infektor freigesetzt werden, unter der Annahme von stationären, gut gemischten Luftbedingungen, und
(3) Bewertung der Wirksamkeit der Beatmung, Filtration und Zonenaufteilung zur Steuerung der Aerosolübertragung in dicht besetzten Umgebungen.
Dies wird mithilfe eines mathematischen Infektionsrisikomodells in Verbindung mit rechnergestützten Simulationen der Fluiddynamik des Aerosoltransports erreicht, um neue Informationen bereitzustellen, die für unser Verständnis des Virusaerosoltransports und des damit verbundenen Infektionsrisikos in der Luft in Innenräumen von entscheidender Bedeutung sind.
Die Analyse wird eine kritische Informationslücke in unserem Verständnis der Transportmechanismen infektiöser Aerosole in der menschlichen Atemzone schließen. Zu den zu bewertenden Schlüsselparametern gehören der Emissionsmodus des Infektors (d. h. Husten, Sprechen, Atmen), die infektiöse Aerosolmasse und der Durchmesser, und die Belüftungsstrategie und die Mischungsrate der Raumluft.
Diese Auszeichnung spiegelt die gesetzliche Mission von NSF wider und wurde durch die Bewertung anhand des intellektuellen Werts der Stiftung und der umfassenderen Kriterien für die Überprüfung der Auswirkungen als unterstützenswert eingestuft.