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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.