Il Covid-19 può diffondersi dall’aria all’interno di un’auto

0
138

I ricercatori dell’Università della Florida hanno raccolto il virus SARS-CoV-2 che causa il COVID-19 dall’aria all’interno di un’auto guidata per 15 minuti da un paziente di cui è stata confermata la malattia. L’autista aveva sintomi minimi, senza tosse, e non indossava una maschera facciale durante la guida.

L’autore senior J. Glenn Morris Jr., MD, MPH & TM, che dirige l’Emerging Pathogens Institute di UF, afferma che i risultati sottolineano l’importanza di indossare una maschera quando si utilizza il trasporto pubblico o si condivide un veicolo con un’altra persona. Il loro lavoro è attualmente pubblicato sul server di prestampa medRxiv ed è disponibile pubblicamente.

“In un certo senso, abbiamo mostrato cosa ti aspetti di trovare”, dice il dottor Morris. “Tuttavia, contrariamente a studi precedenti, siamo stati in grado di isolare il virus dall’aria dell’auto. Abbiamo anche utilizzato un campionatore d’aria che ci ha permesso di stratificare le particelle raccolte dall’aria in base alla dimensione e abbiamo trovato solo virus coltivabili, o vitali, in un intervallo di dimensioni che possono essere inalati nella parte inferiore dei polmoni “.

Un virus deve essere vitale per causare un’infezione in una persona. I virus non vitali non causano infezioni e sono innocui.

L’esperto di virologia UF John Lednicky è il primo autore del documento e afferma che il lavoro ha importanti implicazioni per la comprensione dei rischi aerei di COVID-19.

“Siamo stati in grado di recuperare questo virus dallo spazio aereo della persona infetta e poi abbiamo propagato il virus nelle colture cellulari”, afferma Lednicky, professore presso il Dipartimento di salute globale e ambientale del College of Public Health and Health Professions dell’UF. “Questo indica che era presente un virus vitale e rappresentava un rischio di inalazione.”

Le autorità sanitarie pubbliche hanno discusso il ruolo delle goccioline respiratorie grandi e piccole nella diffusione del COVID-19. Mentre le goccioline di grandi dimensioni espulse con un colpo di tosse o uno starnuto cadono a terra entro pochi piedi dalla persona malata, le goccioline respiratorie più piccole possono essere aerosol e viaggiare su correnti d’aria, come il fumo di sigaretta serpeggiante, per una distanza considerevole.

Il lavoro precedente di questo stesso gruppo di ricerca ha raccolto il virus SARS-CoV-2 vitale nell’aria di una stanza d’ospedale occupata da un paziente malato di COVID-19.

Le sequenze genetiche del virus raccolto dall’aria e un tampone dal naso del paziente erano identiche; questo indicava che le particelle virali nell’aria provenivano dal paziente. I campioni dall’aria di un corridoio adiacente alla stanza del paziente non hanno rilevato virus vitali.

“Per questo studio, volevamo andare oltre l’ambiente medico e testare l’aria nella comunità, in un ambiente in cui le persone normali trascorrono la loro giornata”, afferma il dottor Morris, che è anche professore di medicina e malattie infettive all’UF’s College di medicina.

Studi epidemiologici hanno identificato il trasporto pubblico come un rischio di trasmissione e almeno uno studio ha stimato che il rischio di contrarre il COVID-19 è circa tre volte superiore se condivide un veicolo con una persona infetta.

Nello studio, i ricercatori dell’UF hanno agganciato un campionatore d’aria portatile al parasole sul lato passeggero di un’auto guidata da un paziente che aveva ricevuto un test di laboratorio confermato per COVID-19 pochi giorni prima.

Il paziente ha guidato per 15 minuti con il condizionatore d’aria acceso, quindi l’auto è stata lasciata con i finestrini aperti per altre due ore mentre il campionatore d’aria continuava a funzionare. Ciò ha consentito al campionatore di processare circa 1,22 metri cubi d’aria.

Il team ha quindi recuperato il campionatore e lo ha trasportato di nuovo in un laboratorio protetto dell’Università.

Il campionatore d’aria utilizzato dal team di ricerca separa le particelle catturate dall’aria in cinque categorie di dimensioni che vanno da meno di 0,25 micrometri, a tra 0,25 e 0,50 micrometri, tra 0,50 e 1,0 micrometri, tra 1,0 e 2,5 micrometri e maggiori di 2,5 micrometri.

I ricercatori hanno recuperato virus vitali e coltivabili solo dal filtro che catturava particelle sospese nell’aria di lunghezza compresa tra 0,25 e 0,50 micrometri, che equivale all’incirca a 1/200 e 1/100 dello spessore di un capello umano.

“Questa è stata la parte più sorprendente”, dice Morris. “Con il campionatore d’aria in funzione per due ore, ci saremmo aspettati che le particelle di dimensioni più piccole si asciugassero e fossero rese non infettive.”

Invece, quando le particelle di questo intervallo di dimensioni sono state introdotte in cellule animali coltivate in un laboratorio protetto, hanno infettato con successo le cellule. Un test molecolare ha suggerito che il virus infettivo fosse SARS-CoV-2, che i ricercatori hanno poi confermato sequenziando l’intero genoma del virus. I ricercatori hanno persino abbinato le mutazioni nel virus campionato a un ceppo precedentemente noto e identificato isolato dalla comunità UF.

Altri studi hanno dimostrato che indossare maschere facciali in tessuto, specialmente quelle costruite con più strati di tessuto, riduce efficacemente l’emissione di goccioline respiratorie da parte di chi le indossa.

“Questi risultati mostrano che esiste il rischio di trasmissione per via aerea da persone malate di COVID-19 che non indossano una maschera”, dice Morris. “Sottolinea davvero l’importanza di indossare la maschera, specialmente in piccoli spazi con scarsa ventilazione, o anche di indossare due maschere come il CDC ha recentemente raccomandato”.


Focolai di malattie respiratorie, come influenza, sindrome respiratoria acuta grave (SARS), sindrome respiratoria mediorientale e ora il nuovo coronavirus [sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2)], hanno avuto un pesante tributo sull’essere umano popolazioni in tutto il mondo.

Stanno ridefinendo una miriade di interazioni sociali e fisiche mentre cerchiamo di controllare la trasmissione prevalentemente aerea del fattore causale SARS-CoV-2 (1–3). Un’interazione sociale comune e critica che deve essere riconsiderata è il modo in cui le persone viaggiano in autovetture, poiché guidare in una cabina chiusa con un copassenger può presentare un rischio di trasmissione di malattie per via aerea.

La maggior parte delle megalopoli (ad es. New York City) supporta più di un milione di queste corse ogni giorno con cifre mediane di 10 interazioni giornaliere per ciclista (4). Per il massimo isolamento sociale, guidare da soli è chiaramente l’ideale, ma questo non è ampiamente pratico o sostenibile dal punto di vista ambientale e ci sono molte situazioni in cui due o più persone hanno bisogno di guidare insieme.

Indossare maschere per il viso e utilizzare schermi barriera per separare gli occupanti offre un primo passo efficace verso la riduzione dei tassi di infezione (5-10). Tuttavia, gli aerosol possono passare attraverso tutti tranne i filtri ad alte prestazioni (8, 11) e le emissioni di virus tramite aerosol di dimensioni micrometriche associate alla respirazione e al parlare, per non parlare della tosse e degli starnuti, sono praticamente inevitabili (12-21).

Anche con misure di protezione di base come indossare la maschera, il microclima in cabina durante queste corse è inferiore a una serie di linee guida epidemiologiche (22) per quanto riguarda la separazione tra occupanti e occupanti e la durata dell’interazione per uno spazio ristretto. I modelli preliminari indicano un accumulo della carica virale all’interno dell’abitacolo di un’auto per unità di appena 15 minuti (23, 24), con evidenza di vitalità del virus all’interno di aerosol fino a 3 ore (25, 26).

Per valutare questi rischi, è fondamentale comprendere i complessi modelli di flusso d’aria che esistono all’interno dell’abitacolo di un’automobile e, inoltre, quantificare l’aria che potrebbe essere scambiata tra un conducente e un passeggero. Sebbene sia stato riconosciuto il pericolo di trasmissione durante il viaggio in auto (27), le indagini pubblicate sul flusso d’aria dettagliato all’interno dell’abitacolo di un’automobile sono inaspettatamente scarse.

Diversi lavori hanno affrontato gli schemi di flusso all’interno delle cabine delle automobili, ma solo nella configurazione con tutti i finestrini chiusi (28-30), più comunemente utilizzata per ridurre il rumore in cabina. Tuttavia, intuitivamente, un mezzo per ridurre al minimo le particelle infettive è guidare con alcuni o tutti i finestrini aperti, presumibilmente migliorando l’aria fresca che circola nell’abitacolo.

Motivati ​​dall’influenza degli inquinanti sui passeggeri, alcuni studi hanno valutato la concentrazione di contaminanti in entrata dall’esterno della cabina (31) e la persistenza del fumo di sigaretta all’interno della cabina soggetta a diversi scenari di ventilazione (32, 33). Tuttavia, nessuno di questi studi ha affrontato il microclima della cabina e il trasporto di un contaminante da una persona specifica (ad esempio, il conducente) a un’altra persona specifica (ad esempio, un passeggero).

Oltre a essere un problema importante applicabile agli agenti patogeni aerodispersi, in generale, la necessità di una valutazione rigorosa di questi modelli di flusso d’aria all’interno della cabina passeggeri di un’automobile sembra urgente nell’attuale crisi mondiale della salute pubblica della malattia da coronavirus del 2019.

Il lavoro attuale presenta un approccio quantitativo a questo problema. Sebbene la gamma delle geometrie delle auto e delle condizioni di guida sia vasta, limitiamo la nostra attenzione a quella di due persone che guidano in un’auto (cinque posti), che è vicina all’occupazione media e alla configurazione dei posti a sedere delle autovetture negli Stati Uniti (34 ). Ci poniamo quindi la domanda: qual è il trasporto di aria e di goccioline di aerosol potenzialmente infettive tra il guidatore e il passeggero e come cambia il ricambio d’aria per varie combinazioni di finestrini completamente aperti e chiusi?

Per rispondere a questa domanda, abbiamo condotto una serie di simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) rappresentative per una gamma di opzioni di ventilazione in un modello di autovettura a quattro porte. La geometria esterna era basata su una Toyota Prius e abbiamo simulato i modelli di flusso associati all’auto in movimento pur avendo una cabina passeggeri vuota e sei combinazioni di finestrini completamente aperti e chiusi, denominati come anteriore sinistro (FL), posteriore sinistro (RL) , anteriore destro (FR) e posteriore destro (RR) (Fig. 1).

Consideriamo il caso di due persone che viaggiano in macchina: il conducente sul sedile anteriore sinistro (assumendo un veicolo con guida a sinistra) e il passeggero seduto sul sedile posteriore destro, massimizzando così la distanza fisica (≈1,5 m) tra gli occupanti. Ai fini della simulazione, gli occupanti sono stati modellati semplicemente come cilindri posizionati all’interno dell’auto.

Fig. 1 Schema della geometria del modello di automobile, con identificatori delle finestre FL, RL, FR e RR.
Le due regioni colorate in nero rappresentano i volti del guidatore e del passeggero. La tabella a destra riassume le sei configurazioni simulate, con varie combinazioni di finestre completamente aperte e chiuse.

Come configurazione di riferimento (Fig.1, Config.1), si considera la guida con tutti e quattro i finestrini chiusi e un tipico flusso di aria condizionata – con presa d’aria sul cruscotto e prese situate sul retro dell’auto – che è comune a molte automobili moderne (35). L’aria in ingresso è stata modellata per essere fresca (cioè senza ricircolo) con un tasso di afflusso relativamente alto di 0,08 m3 / s (36).

Le simulazioni numeriche sono state eseguite utilizzando il pacchetto Ansys Fluent, risolvendo le equazioni tridimensionali stabili di Navier-Stokes (RANS) mediate di Reynolds utilizzando un modello di turbolenza k-ε standard (per i dettagli, vedere Metodi). L’approccio RANS per la turbolenza, nonostante i suoi noti limiti (37), rappresenta un modello ampiamente utilizzato per applicazioni scientifiche, industriali e automobilistiche (38). Una valutazione più accurata dei modelli di flusso e della dispersione delle goccioline è possibile utilizzando simulazioni di grandi vortici o utilizzando simulazioni numeriche dirette completamente risolte, che hanno un costo computazionale significativamente più elevato. Questo va oltre lo scopo del presente lavoro.

Abbiamo simulato una singola velocità di guida di v = 22 m / s [50 miglia all’ora (mph)] e una densità dell’aria di ρa = 1,2 kg / m3. Ciò si traduce in un numero di Reynolds di 2 milioni (in base all’altezza dell’auto), che è abbastanza alto da rendere i risultati presentati qui insensibili alla velocità del veicolo. Gli schemi di flusso calcolati per ciascuna configurazione sono stati utilizzati per stimare la trasmissione dell’aria (e del potenziale agente patogeno) dal conducente al passeggero e, viceversa, dal passeggero al conducente. Queste stime sono state ottenute calcolando il campo di concentrazione di un tracciante passivo “rilasciato” da ciascuno degli occupanti e valutando la quantità di quel tracciante che raggiunge l’altro occupante (vedi Metodi).

Descriviamo qui prima le distribuzioni di pressione stabilite dal movimento dell’auto e dal flusso indotto all’interno dell’abitacolo. Successivamente, descriviamo i risultati della trasmissione da passeggero a conducente e da conducente a passeggero per ciascuna delle opzioni di ventilazione e, infine, concludiamo con approfondimenti basati sui campi di concentrazione osservati, conclusioni generali e implicazioni dei risultati.

RISULTATI E DISCUSSIONE
Schemi generali del flusso d’aria

Il flusso d’aria esterno genera una distribuzione della pressione sull’auto (Fig. 2), formando una regione di ristagno di alta pressione sopra la griglia del radiatore e sulla parte anteriore del parabrezza. La pressione di picco qui (301 Pa) è dell’ordine della pressione dinamica (0,5 ρav2 = 290 Pa a 22 m / s).

Al contrario, mentre il flusso d’aria avvolge la parte superiore dell’auto e attorno ai lati, l’alta velocità è associata a una zona di bassa pressione, con la pressione locale ben al di sotto di quella atmosferica (pressione relativa pari a zero in Fig. 2). Questa mappa della pressione complessiva è coerente con altri calcoli dei flussi sulle carrozzerie delle automobili (39) e fornisce un’anteprima fisica di una caratteristica chiave: le aree vicino ai finestrini anteriori e al tetto dell’auto sono associate a pressioni inferiori a quelle atmosferiche, mentre le aree verso la parte posteriore della cabina passeggeri sono associate a pressioni neutre o superiori a quella atmosferica.

Fig. 2  Distribuzioni di pressione intorno all’esterno dell’auto associate a una velocità del veicolo di 22 m / s (50 mph). A ) Distribuzione della pressione superficiale. ( B ) Distribuzione della pressione nell’aria al piano mediano. La barra colorata mostra la pressione relativa in pascal ed enfatizza la gamma media delle pressioni: [−180, 60] Pa. A questa velocità, la gamma completa della pressione relativa sulla superficie è [−361, 301] Pa.

Un tipico schema streamline (o pathline) all’interno dell’auto è mostrato in Fig. 3, dove i finestrini RL e FR sono aperti (Config. 3 in Fig. 1). Le linee di flusso sono state avviate dalla finestra RL, che è la posizione di un forte afflusso (Fig. 3, in basso a destra), a causa della zona di alta pressione stabilita dal movimento dell’auto (Fig. 2).

Una forte corrente d’aria (~ 10 m / s) entra nell’abitacolo da questa regione e viaggia lungo il sedile posteriore dell’auto prima di fluire oltre il passeggero seduto sul lato RR della cabina. La corrente d’aria gira al finestrino RR chiuso, si sposta in avanti e la maggior parte dell’aria esce dalla cabina dal finestrino aperto sul lato FR del veicolo, dove la pressione esterna è inferiore a quella atmosferica (Fig. 2). C’è una corrente d’aria molto più debole (~ 2 m / s) che, dopo aver girato intorno al passeggero, continua a circolare all’interno della cabina. Una piccola frazione di questo flusso esce dalla finestra RL.

Fig. 3  Streamline calcolate per il caso in cui le finestre RL e FR sono aperte. Le linee di flusso sono state avviate all’apertura della finestra di RL. Il colore streamline indica la velocità del flusso. I riquadri mostrano le finestre FR e RL colorate dalla velocità normale. La finestra RL ha un forte afflusso (positivo) di aria ambiente, concentrata nella sua parte posteriore, mentre la finestra FR mostra prevalentemente un flusso verso l’esterno (negativo) verso l’ambiente.

Le frecce streamline indicano che la direzione predominante della zona di ricircolo all’interno della cabina è antioraria (vista dall’alto). Queste linee di flusso, ovviamente, rappresentano possibili percorsi di trasmissione, potenzialmente trasportando goccioline o aerosol carichi di virus in tutta la cabina e, in particolare, dal passeggero al conducente.

Come già indicato, per la particolare opzione di ventilazione qui rappresentata, il ventaglio complessivo dell’aria – entrante in RL ed uscente in FR – è coerente con le distribuzioni di pressione esterna (Fig. 2). La pressione elevata verso la parte posteriore della cabina e la pressione di aspirazione vicino alla parte anteriore della cabina guidano il flusso della cabina.

Questo particolare modello di flusso d’aria è stato confermato in un “test sul campo” in cui i finestrini di un veicolo di prova (Kia Forte hatchback 2011) erano disposti con i finestrini RL e FR aperti, con due occupanti (conducente sul sedile FL e un passeggero sul Sedile RR) come in Config. 3. L’auto è stata guidata a 30 mph su un tratto di strada diritta e sono stati utilizzati una bacchetta di flusso (un bastone corto con un filo di cotone attaccato alla punta) e un generatore di fumo per visualizzare la direzione e la forza approssimativa del flusso d’aria in tutto la cabina.

Spostando la bacchetta e il generatore di fumo in diverse posizioni all’interno della cabina, i modelli di flusso complessivi ottenuti dalle simulazioni CFD: un forte flusso d’aria lungo la parte posteriore della cabina che esce dal finestrino FR e un flusso molto debole vicino al conducente – sono stati confermati qualitativamente (vedere i materiali supplementari). Diverse configurazioni di ventilazione generano diversi schemi di aerazione (es. Figg. S4 e S5) ma la maggior parte di questi possono essere collegati alle distribuzioni di pressione stabilite sulla carrozzeria (Fig. 2).

Una considerazione importante quando si valutano diverse opzioni di ventilazione nella cabina ristretta di un’auto è la velocità con cui l’aria della cabina viene reintegrata con aria fresca esterna. Questo è stato misurato da Ott et al. (32) per una varietà di automobili, che viaggiano a una gamma di velocità e per una serie limitata di opzioni di ventilazione.

In queste misurazioni, un tracciante passivo (che rappresenta il fumo di sigaretta) è stato rilasciato all’interno della cabina ed è stato misurato il decadimento esponenziale della concentrazione del tracciante. Supponendo che l’aria della cabina fosse ben miscelata (32), hanno stimato i ricambi d’aria all’ora (ACH), una metrica ampiamente utilizzata nei progetti di ventilazione interna.

Dalle simulazioni, possiamo calcolare con precisione il flusso totale di aria in entrata (e in uscita) dalla cabina e, conoscendo il volume della cabina, possiamo calcolare direttamente l’ACH. Un tale calcolo produce una stima molto alta di ACH (dell’ordine di migliaia; vedere fig. S6), ma questo è fuorviante, poiché l’ipotesi di aria di cabina ben miscelata è una semplificazione eccessiva. Invece, una quantificazione più pertinente dell’ACH è stata ottenuta utilizzando un’analisi del tempo di residenza per uno scalare passivo rilasciato in più posizioni all’interno della cabina passeggeri.

È stato calcolato il tempo impiegato dalla concentrazione agli sbocchi per decadere al di sotto di un valore di soglia (1% del valore iniziale) e l’inverso di questo tempo produce valori effettivi per ACH (Fig.4), che si confrontano favorevolmente con quelli riportati da Ott et al. (32), dopo aver corretto la velocità del veicolo (40).

Fig. 4  Tasso di ricambio d’aria (o ACH) calcolato sulla base di un’analisi del tempo di permanenza per diverse configurazioni. Qui, il tasso di ricambio d’aria è dato da 1 / τ r , dove τ r  è il tempo di permanenza in ore. La stima dell’incertezza si basa sul livello di turbolenza.

Come ci si potrebbe aspettare, la configurazione-all-windows-open (Config.6) ha il più alto ACH — circa 250, mentre tra le restanti configurazioni, la-all-windows-closed-configuration (Config.1) ha il più basso ACH di 62. Tuttavia, ciò che è alquanto inaspettato è che l’ACH per la configurazione con finestre adiacenti al guidatore e al passeggero (FL e RR, rispettivamente; Config. 2) sono aperte è solo 89, appena superiore a tutte le finestre -configurazione chiusa.

Le restanti tre configurazioni (Config. Da 3 a 5) con due o tre finestre aperte mostrano tutte un’efficacia relativamente elevata di circa 150 ACH. La ragione di queste differenze può essere ricondotta agli schemi generali di ottimizzazione e alle distribuzioni di pressione che guidano il flusso della cabina (Fig. 2).

Uno spazio ben ventilato richiede la disponibilità di un ingresso e un’uscita e un gradiente di pressione favorevole tra i due (41, 42). Una volta stabilito un percorso di ventilazione incrociata (come in Config. 3 o Fig. 3), l’apertura di una terza finestra ha scarso effetto sull’ACH.

È importante sottolineare che il file ACH for Config. 3 è maggiore di quello per Config. 2, nonostante l’apparente simmetria speculare delle finestre aperte. Ciò si verifica a causa di due effetti. In primo luogo, la posizione degli occupanti rispetto alle finestre aperte influenza il tempo di permanenza dello scalare rilasciato, che viene utilizzato nella stima dell’ACH (32).

In secondo luogo, i cilindri che rappresentano il guidatore e il passeggero causano anche una riduzione del flusso d’aria in Config. 2 dove gli occupanti sono seduti accanto ai finestrini aperti. In seguito mostreremo che l’ACH fornisce solo un’immagine parziale e che la diffusione di uno scalare passivo può mostrare variazioni marcate tra le configurazioni. 3 e 5, nonostante il loro ACH quasi costante.

Trasmissione guidatore-passeggero

I flussi stabiliti attraverso la cabina forniscono un percorso per la trasmissione dell’aria tra i due occupanti e quindi una possibile via di infezione. Il nostro focus qui è sulla trasmissione tramite aerosol, che sono abbastanza piccoli (e non inerziali) da poter essere considerati traccianti fedeli del flusso del fluido (43, 44).

Iniziamo affrontando il problema dal punto di vista di un guidatore infetto che rilascia aerosol carichi di agenti patogeni e potenzialmente infetta il passeggero. La Figura 5 mostra un confronto dei modelli di diffusione di uno scalare passivo rilasciato vicino al conducente e che raggiunge il passeggero (per i dettagli, vedere Metodi). Per ottenere una quantificazione volumetrica, viene calcolata anche la concentrazione scalare media in un dominio sferico di 0,1 m di diametro che circonda il viso del passeggero, come mostrato in Fig. 5B.

Fig.5  Trasmissione guidatore-passeggero. A ) Schema del veicolo con un piano di taglio passante per il centro del vano interno sul quale sono mostrati i successivi campi di concentrazione. ( B ) Il grafico a barre mostra la frazione di massa d’aria che raggiunge il passeggero che proviene dal conducente. ( C ) Mappe termiche che mostrano il campo di concentrazione delle specie originate dal conducente per diversi casi di finestre. Notare che il segmento di linea A – D si trova nella parte anteriore dell’abitacolo e la direzione del flusso in  C  è da sinistra a destra. Le linee tratteggiate rappresentano le finestre aperte e le linee continue indicano le finestre chiuse. Qui,  0 è la frazione di massa iniziale dello scalare passivo nella posizione dell’iniezione, dove  C / C 0  = 1. Le barre di errore in (B) sono 1 DS del campo di concentrazione intorno al passeggero.

La configurazione tutto-finestrino chiuso (Config.1), che fa affidamento solo sull’aria condizionata, fa la peggio e si traduce in oltre il 10% dello scalare che lascia il guidatore raggiungere il passeggero. Al contrario, l’impostazione di tutti i finestrini aperti (Config.6) sembra essere il caso migliore, con quasi nessuno scalare iniettato che raggiunge il passeggero. Quando si aumenta il numero di finestre aperte, si osserva una tendenza generale alla diminuzione della trasmissione. Tuttavia, esiste una certa variabilità tra le diverse configurazioni, le ragioni per le quali potrebbero non essere chiare finché non si esaminano i modelli di flusso complessivi (ad esempio, Fig. 3).

I campi di concentrazione dello scalare (Fig. 5C) vengono esaminati su un piano orizzontale ABCD all’interno dell’abitacolo all’incirca all’altezza della testa degli occupanti (Fig. 5A). La concentrazione del campo scalare è la più alta quando tutte e quattro le finestre sono chiuse (Config. 1). Notiamo che questa configurazione di guida potrebbe anche rappresentare quella maggiormente preferita negli Stati Uniti (con alcune variazioni stagionali).

Una situazione con due finestrini aperti, in cui guidatore e passeggero aprono i rispettivi finestrini (Config.2), potrebbe essere considerata la cosa logica da fare per evitare l’infezione dall’altro occupante. Sebbene questa configurazione migliori rispetto alla situazione con tutte le finestre chiuse, mostrata in Fig. 5B, si può vedere dal campo di concentrazione che Config. 2 non diluisce efficacemente le particelle traccianti e il passeggero riceve un carico di contaminanti abbastanza grande dal conducente.

Per spiegare questo risultato, abbiamo esaminato più da vicino i modelli di flusso d’aria. In analogia con gli streamline associati a Config. 3 (Fig.3), Config. 2 stabilisce una forte corrente d’aria dalla finestra RR aperta (RR) alla finestra FL aperta, insieme a un flusso di ricircolo in senso orario all’interno della cabina vista dall’alto.

Sebbene questo modello di flusso sia debole, aumenta il trasporto del tracciante dal conducente al passeggero. Inoltre, il flusso d’aria in entrata in Config. 2 entra dietro il passeggero ed è inefficace nello scovare potenziali contaminanti provenienti dal guidatore.

Un miglioramento di questa configurazione può essere ottenuto se sono possibili due modifiche: (i) un cambiamento nella direzione della circolazione interna e (ii) un flusso d’aria in entrata modificato che colpisce il passeggero prima di uscire dal finestrino aperto sul davanti. Questo è stato realizzato quando RL e FR sono aperti (Config. 3) (Fig. 5C), come la configurazione mostrata in Fig. 3). Ora, il flusso d’aria pulita in entrata dal finestrino RL colpisce parzialmente il passeggero (seduto sul sedile RR) mentre gira dietro l’angolo. Questo flusso d’aria potrebbe anche agire come una “cortina d’aria” (45) e, quindi, la concentrazione di aria potenzialmente contaminata che raggiunge il passeggero è ridotta.

Le restanti configurazioni (Config. Da 4 a 6) verranno trattate come modifiche apportate a Config. 3 aprendo più finestre. La configurazione 4 ha tre finestre aperte (Fig. 5C). Poiché ciò rappresenta l’apertura di una finestra aggiuntiva (RR), potrebbe essere inaspettato trovare un effetto dannoso sul campo di concentrazione e sull’ACH (confrontando le configurazioni 3 e 4 in Fig. 5, B e C). L’aumento della concentrazione può essere collegato ai modelli di flusso d’aria modificati che risultano dall’apertura della terza finestra (RR). Innanzitutto, l’apertura del finestrino RR comporta una riduzione del flusso in rotazione all’estremità RR della cabina, poiché una frazione dell’aria in entrata viene espulsa da questo finestrino (fig. S4). A causa di questa deviazione del flusso d’aria, la regione che circonda il passeggero è meno efficace come barriera allo scalare rilasciato dal conducente. Secondo,

Quando la terza finestra aperta è la FL (Config. 5), questo porta ad un miglioramento, quasi dimezzando la concentrazione media rispetto a quando la finestra aggiuntiva è la RR (Config. 3). La ragione di ciò è evidente dal campo di concentrazione (Fig. 5C), poiché con il finestrino FL vicino al conducente aperto, la pressione relativamente bassa vicino alla parte anteriore dell’auto crea un flusso verso l’esterno che espelle gran parte delle specie rilasciate. Con il campo di concentrazione iniziale sostanzialmente ridotto vicino al guidatore, la frazione che raggiunge il passeggero è proporzionalmente ridotta. Così, tra le configurazioni con tre finestre aperte, Config. 5 potrebbe fornire il miglior vantaggio dal punto di vista della trasmissione da conducente a passeggero.

Infine, quando tutte e quattro le finestre sono aperte (Config.6), possiamo nuovamente utilizzare la distribuzione della pressione esterna per prevedere le direzioni del flusso. Le linee aerodinamiche entrano dai finestrini posteriori e escono dai finestrini anteriori. Tuttavia, a differenza della configurazione con solo due finestre aperte (Fig.3), lo schema di flusso complessivo è sostanzialmente modificato (fig. S5) e le linee di flusso obbediscono alla simmetria sinistra-destra e, per la maggior parte, non attraversano il piano mediano verticale della vettura. In questa configurazione, il flusso è ampiamente suddiviso in due zone creando due percorsi di ventilazione incrociata in cui la portata d’aria totale è quasi raddoppiata rispetto alle configurazioni con due e tre finestre aperte (fig. S6).

Trasmissione da passeggero a conducente

In questa sezione, esaminiamo la trasmissione di particelle (e potenziale patogeno) dal passeggero al conducente. Confrontando gli schemi di diffusione di uno scalare passivo all’interno dell’abitacolo (Fig.6), la tendenza generale suggerisce un livello di trasmissione decrescente all’aumentare del numero di finestrini aperti, simile ai risultati trovati per la trasmissione guidatore-passeggero.

La configurazione con tutte le finestre chiuse (Config.1) mostra il livello di concentrazione più alto al conducente (~ 8%). Tale valore, però, è inferiore all’11% riportato per il trasporto inverso, ovvero dal guidatore al passeggero (Fig. 5B), differenza riconducibile al fatto che l’aria condizionata crea un flusso medio indietro.

Fig.6  Trasmissione da passeggero a conducente. A ) Schema del veicolo con un piano di taglio passante per il centro del vano interno sul quale sono mostrati i successivi campi di concentrazione. ( B ) Il grafico a barre mostra la frazione di massa d’aria che raggiunge il conducente e proviene dal passeggero. ( C ) Mappe termiche che mostrano il campo di concentrazione delle specie originate dal passeggero per diverse configurazioni di finestre. Le linee tratteggiate rappresentano le finestre aperte e le linee continue indicano le finestre chiuse. Qui,  0  è la frazione di massa iniziale dello scalare passivo nella posizione dell’iniezione, dove  C / C 0 = 1. Le barre di errore in (B) corrispondono a 1 SD del campo di concentrazione attorno al conducente.

Come prima, il livello più basso di trasporto scalare corrisponde allo scenario con tutte le finestre aperte (Config.6), sebbene notiamo che il carico di concentrazione qui (circa 2%) è notevolmente superiore a quello per la trasmissione da conducente a passeggero ( circa 0,2%). Gli schemi aerodinamici per questa configurazione (fig. S5) mostrano che l’aria entra da entrambi i finestrini posteriori ed esce dai rispettivi finestrini anteriori. C’è, quindi, un flusso medio da dietro a davanti sia nella metà sinistra che in quella destra della cabina, che migliora la trasmissione dal passeggero al guidatore.

Tra le restanti configurazioni (Config. Da 2 a 5), ​​Config. 3 mostra un livello di concentrazione media leggermente elevato. Il modello di circolazione interna in senso antiorario è al centro di questo modello di trasmissione. Una sostanziale riduzione della concentrazione media può essere ottenuta aprendo ulteriormente il lunotto adiacente al passeggero (Config.4).

Ciò consente che gran parte dello scalare rilasciato dal passeggero venga immediatamente risciacquato attraverso il lunotto, in modo analogo al modo in cui l’apertura del finestrino adiacente al conducente (FL) aiuta a scovare i contaminanti ad alta concentrazione dal conducente prima che può circolare al passeggero (Fig. 5C, Config. 5).

link di riferimento: https: //advances.sciencemag.org/content/7/1/eabe0166


Ulteriori informazioni:  John A. Lednicky et al. Isolamento di SARS-CoV-2 dall’aria in un’auto guidata da un paziente COVID con malattia lieve, (2021). DOI: 10.1101 / 2021.01.12.21249603

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.