Rischi da contaminazione aerotrasportata; i diversi sistemi di diffusione aria – Parte I

Le persone sono la principale sorgente di contaminazione all’interno degli ambienti che abitualmente frequentiamo; le semplici funzioni polmonari quali respirare, parlare, tossire, starnutire e perfino ridere, generano l’emissione di particelle in grado di diffondere batteri e virus. La loro diffusione da uno a più individui può quindi avvenire per trasmissione diretta o indiretta di queste particelle.

Generalmente la trasmissione diretta è causata dalle particelle di diametro più piccolo, rilasciate mentre si parla o si respira; le particelle di diametro maggiore vengono invece emesse da starnuti o colpi di tosse, e si depositano sulle superfici o sugli oggetti che si trovano nel raggio d’azione della persona infetta. Le gocce che si posano sulle superfici adiacenti, possono mantenere in vita i biocontaminanti anche per lungo tempo e, nel caso un’altra persona entri in contatto con queste superfici, il virus può contagiare questo soggetto per trasmissione indiretta.

Il rischio causato dalle particelle più grandi è quindi quello di contribuire a prolungare la vitalità di virus e batteri sulle superfici mentre, la pericolosità delle particelle di diametro inferiore, è dovuta alla maggiore distanza che queste possono coprire prima di depositarsi. Le goccioline di dimensioni maggiori hanno infatti una massa tale per cui l’azione della forza gravitazionale è preponderante rispetto alle altre forze agenti su di esse mentre, quelle di dimensione e massa inferiore, seguono i moti naturali o meccanici dell’aria, arrivando a percorrere distanze anche rilevanti.

In presenza di più persone all’interno di uno stesso ambiente confinato, un soggetto infetto può contaminare gli altri occupanti suscettibili; il livello di esposizione di queste persone dipende da diversi fattori: la posizione delle persone, la distanza tra di loro, la direzione nella quale il soggetto infetto parla o respira, la temperatura della stanza, il gradiente verticale di temperatura, il livello di umidità ed il moto dell’aria.

Se la dipendenza del rischio di infezione legato ad alcuni di questi parametri è abbastanza chiaro, può al contrario essere più complicato legare questo rischi al gradiente di temperatura. Alcuni studi sull’argomento, tra i quali vale citare quelli di Bjorn e Nielsen (2002) e Qian (2006), hanno dimostrato che i gradienti verticali di temperatura influiscono sulla concentrazione dei contaminanti a diverse altezze da terra; quando questi gradienti agiscono in modo da aumentare la concentrazione del contaminante di riferimento, per esempio un virus aerotrasportato, all’altezza delle vie respiratorie delle persone, il rischio di contagio ovviamente aumenta.

Altri fattori che influenzano l’efficienza di un impianto di ventilazione nella rimozione dei contaminanti presenti in ambiente sono, per esempio, la posizione dei terminali di immissione ed estrazione dell’aria, la presenza di ostacoli che agiscano sul percorso ottimale del flusso d’aria, la posizione e la potenza delle sorgenti di calore.

Poiché stiamo trattando i rischi derivanti da contaminazione aerotrasportata in ambienti confinati, è ovvio che l’aria rivesta un ruolo fondamentale anche nella riduzione del rischio di trasmissione dei patogeni da un individuo infetto ad uno o più ricettori suscettibili.

Come si comportano dunque i diversi sistemi di diffusione nell’aria e come è possibile correlare le caratteristiche delle loro vene d’aria alla trasmissione dei vari contaminanti?

Un interessante lavoro che, oltre ad un’importante parte sperimentale prende in considerazione diversi contributi provenienti da altri studi e ricerche, è stato svolto in collaborazione dal Dipartimento di Fisica Chimica e Termodinamica Applicata dell’Università di Cordoba (Spagna) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Aalborg in Danimarca.

Utilizzando due manichini per simulare un soggetto infetto ed uno suscettibile, entrambi dotati di polmoni meccanici per simulare al meglio l’atto respiratorio umano, sono state condotte diverse simulazioni modificando ogni volta la posizione del manichino che simulava il soggetto suscettibile rispetto a quello “infetto”. Come tracciante è stato utilizzato protossido di azoto (N2O) e i tre sistemi di diffusione dell’aria considerati sono stati:

  1. Diffusione dell’aria a miscelazione, a soffitto
  2. Diffusione dell’aria a dislocamento, a parete dal basso
  3. Diffusione dell’aria a bassa velocità, a soffitto

La scelta di questi tre sistemi è stata fatta tenendo conto della soluzione impiantistica più comunemente utilizzata (1), quella che in termini di “efficienza di ventilazione” presenta in genere i valori più elevati (2) e quella spesso utilizzata per ambienti più critici, con immissione dall’alto a basso impulso anche se, in questa simulazione, è stato utilizzato un sistema di diffusione dell’aria attraverso canali tessili semicircolari al posto dei classici diffusori a flusso unidirezionale.

Sul prossimo numero di On Air verranno presentati e discussi i risultati delle tre diverse simulazioni, presentandone i vantaggi in funzione delle diverse applicazioni.

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