Virusten ilmavälitteisyyttä on tutkittu tiiviissä tahdissa 2020 koronapandemian puhkeamisen jälkeen. Aihe on hyvin laaja, ja siksi sitä tuleekin lähestyä monesta eri näkökulmasta – useiden eri asiantuntijaryhmien kautta.
Yksi erittäin tärkeä osa-alue on sisäilman liikkeiden ja sekoittumisen tutkiminen. Sitä kautta voidaan ymmärtää, millä toimenpiteillä tartuntariskit saadaan minimoitua.
Virustartuntojen riskin mallintamisessa haasteena on, että kuka tahansa voi olla tartuttava henkilö – hän voi istua esimerkiksi ravintolassa millä tahansa paikalla.
Sisäilman turbulenssia mallintamalla voidaan ymmärtää myös virusten reittejä ilmassa
Ilmatieteenlaitoksen tutkija Mikko Auvinen tutkii ilman virtauksia. Auvinen tekee töitä lähinnä virtausmekaniikan parissa eli tutkii ja mallintaa sitä miten ilman virtaukset käyttäytyvät. Ennen koronapandemian alkua, hänen työnsä keskittyi täysin ulkoilman ilmiöihin, mutta vuodesta 2020 eteenpäin Auvisen työpöydällä ovat olleet myös sisäilman virtaukset ja niiden mallinnus.
Sisäilman virtauksia on yllättävän vaikea mallintaa sillä ilman liikehdintä, “turbulenssi”, on pääosin hyvin heikkoa. Mallinnuksen tulee olla hyvin tarkka jotta se pystyy kuvaamaan heikot ilman pyörteet luotettavasti muuten laskennassa aina läsnäoleva mallinnusvirhe saattaa dominoida tulosta. Tarkkuusvaatimus tekee laskennasta raskasta ja ne tehdäänkin Kajaanissa sijaitsevilla supertietokoneilla.
Mallintamisen tuloksia on testattu monin koejärjestelyin ja validointia on tehty niin Henri Alenin ravintolassa kuin VTT:n tutkimuskammiossakin. Sittemmin mallia on sovellettu käytännössä myös E3-hankkeen sairaalatutkimuksessa.
Huoneilman sekoittuminen tarkoittaa myös viruspitoisuuden laimenemista
Ihminen levittää hengittäessään, puhuessaan, laulaessaan tai huutaessaan pieniä pisaroita, aerosolihiukkasia ilmaan. Aerosolihiukkaset ovat niin pieniä, että ne jäävät ilmaan leijumaan, eivätkä laskeudu pölyn tavoin pinnoille mutta ne ovat riittävän isoja kantaakseen mukanaan viruksia. Ilmavälitteinen tartunta tarkoittaa, että sairaudet leviävät ilman kautta ihmisestä toiseen, näiden viruksia sisältävien hiukkasten avulla.
Auvinen ja tutkimusryhmä selvittivät aerosolipilven liikkeitä, leviämistä ja laimenemista tilassa sekä sitä mikä on todennäköisyys, että aerosolit päätyvät seuraavan ihmisen hengitettäväksi. He tutkivat mitkä yleispätevät mekanismit vaikuttavat altistumiseen ja miten ilmanvaihto, ilman sekoittuminen ja poistot vaikuttavat ilmahygieniaan.
Tutkimuksessa huomattiin että kun ilma sekoittuu, pitoisuudet ilmassa laimenevat. Vaikka saattaakin kuulostaa hieman ristiriitaiselta, aerosolien, siis myös virusten, leviäminen ympäri tilaa, on hyvä uutinen tautien ilmavälitteisen leviämisen näkökulmasta. Yhden viruksen hengittäminen kun ei vielä ole tartuttava annos.
Ilman sekoittuminen tilassa lisää myös riskien ennustettavuutta joka on suunnittelun kannalta tärkeää. Tosielämässä emme koskaan voi tietää, kuka huoneessa olijoista on tartuttava henkilö ja siksi ilmahygieniaa parantavien toimenpiteiden tulee olla yleispäteviä ja varmatoimisia.
Puolita tartuntariski tuplaamalla ilmanvaihtokerroin
Hyvän sisäilman kriteerit täyttyvät esimerkiksi silloin kun ilmanvaihto on riittävän tehokas poistamaan liian hiilidioksidin tai huuhtelemaan muut epäpuhtaudet sisäilmasta. Virusturvallisuuden näkökulmasta tarkasteltuna, kriteereissä on kuitenkin eroavaisuuksia.
Aluksi määritetään ilmahygienian tavoitetaso sekä nykytaso. Mikä on lähtötilanteessa tilan ilmanvaihtokerroin, ja minkälaisen riskin esimerkiksi työnantaja on halukas ottamaan henkilöstön sairastelun suhteen.
Lähtötietojen perusteella lasketaan, millä muutoksella nykytilasta päästään tavoitetasolle. Jos tämä vaatii esimerkiksi riskien puolittamista, karkeasti voidaan sanoa että silloin pitää “tuplata ilmanvaihto”. Tämä voidaan tehdä joko aidosti tuplaamalla ilmanvaihdon määrä, tai tuomalla tilaan ilmanpuhdistimia, joiden puhtaanilmantuotto vastaavalla määrällä lisää puhdasta ilmaa tilaan. Myös tavallisilla tuulettimilla voidaan parantaa jonkin verran tilan ilmahygieniaa ilmanvaihdon ja –puhdistimien tukena.
Ilmanpuhdistin parantaa tilan virusturvallisuutta merkittävästi
- Ilmanpuhdistimella voidaan energiatehokkaasti lisätä ilmanvaihtokerrointa. Tällöin puhdistimen puhtaan ilman tuotto lisää ilmanvaihtokerrointa.
- Jos virustartuntariski halutaan puolittaa, tulee tilaan tuoda ilmanpuhdistin(mia), joilla puhtaan ilman tuotto tuplaa ilmanvaihdon tuloilman määrän. Riski pienenee edelleen, mitä enemmän puhdasta ilmaa tilaan tuotetaan enemmän.
Esim. Tilan koko 250 m3, ilmanvaihtokerroin 2 ACH (tuloilmaa 500 m3/h). Kun tilaan tuodaan ilmanpuhdistin, jonka puhtaan ilman tuotto on 500m3/h, on tilan yhteenlaskettu ilmanvaihtokerroin 4 ACH (500+500 m3/h)
- Ilmanpuhdistin sijaitsee lähempänä viruslähteitä (ihmisiä) kuin ilmanvaihdon venttiilit, ja siten se todennäköisemmin ehtii auttamaan ajoissa virusten poistamisessa
- Ilmanpuhdistin toimii myös ilman sekoittajana sekä ylimääräisenä poistona, ja siten laimentaa kertyviä viruspilviä jo lähtökohtaisesti, puhdistamisen ja poistamisen lisäksi myös ilmaa sekoittaen
Ilmakehän turbulenssi on tuulta, mutta turbulenssia eli ilmavirtausta esiintyy myös sisätiloissa. Siitä miten turbulenssi liittyy sisätilojen ilmahygieniaan ja ilmanpuhdistimiin, kertoo Sisäilmapodin ensimmäisessä jaksossa Mikko Auvinen. Mikko työskentelee Ilmatieteen laitoksella. Jakso on tallennettu syksyllä 2023.
Katso koko jakso Youtubesta tai kuuntele Spotifysta:
Ilman virtaustutkimus on osa E3-pandemiatutkimushanketta joka on poikkitieteellisyydessään poikkeuksellinen. Mukana mm. virologeja, lääkäreitä ja aerosolifyysikkoja – yhteensä 7 tutkimuslaitosta ja 22 yritystä. Air0 on mukana konsortiossa, ja tarjoaa laitteita sekä osaamista tutkimushankkeiden käyttöön.
