空気の流れの研究は病気や汚染の拡大を減らす可能性がある

室内の空気の流れは、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) などのウイルスの伝播に影響を与える可能性があります。

テキサス A&M アグリライフリサーチの科学者は、暖房、換気、空調、HVAC、システム構成、建物の設計によって、人間の健康に有害なウイルスを含む微生物の蔓延をどのように軽減できるかを研究しています。

生物農業工学部農業大気環境工学科学センター所長のマリア・キング博士は、最近、医療施設における病原体の空中経路を研究するために国立衛生研究所から2年間の40万ドルの助成金を受け取りました。この研究は、人間の健康に大きな影響を与える建築設計の目に見えない側面に光を当てるはずだ。

キング教授は、この研究は生物学、ウイルス学、計算モデリング、工学などの科学分野を刺激的かつ革新的な方法で応用研究に橋渡しすると述べた。この研究は、世界が主に空気感染する新型コロナウイルス感染症の発生に数年を費やして対処してきた後にも発表された。

この革新的なエンジニアリングの観点は、施設における空気の流れ設計の考え方に大きな影響を与えているとキング氏は述べています。

「工学を利用して生命科学の問題を検討することは、病気の予防に対する見方に大きな変化をもたらしています」と彼女は言う。「私たちは、衛生問題に対処したり、人間の健康に影響を与える微生物や有機体に対処したりするために、エンジニアリングツールと視点がもたらす可能性を認識しています。」

換気システムはほとんどの建築環境の一部であるため、エアロゾル化したウイルスに対する空気の性質の影響を研究することが非常に重要です。研究者は、気流モデリングとシミュレーションを使用して、さまざまな要因に基づいて病原体が空間内でどのように移動するかを視覚的にパターン化します。キング牧師の研究は、その運動に関する基本的な疑問に答えます。

キング氏は、この新しいプロジェクトによって、ウイルスが咳やくしゃみからの飛沫など、さまざまなバイオエアロゾルの形態で空間をどのように移動するかについて科学者や技術者を教育できることを期待している。

目標は、医療施設における疾患の設計、管理、監視において、他の建築環境にも適用できる学際的な換気戦略とガイドラインの開発と実装を支援することです。

さらに、チームは、温度、湿度、気流速度などの要因が、さまざまな構成、寸法、表面特性、その他の特徴を持つ空間を介して、さまざまなサイズの飛沫をどのように輸送するかを学ぼうとしていると彼女は述べた。病原体への曝露の増加に寄与する条件を理解することで、病原体の同伴と拡散を減らす設計を指示できます。

キング博士は以前、モデリングとサンプリングのアプローチを組み合わせることで、換気を通じて空気感染性微生物の移動を軽減できることを示しました。

たとえば、キング博士は、モデリングシミュレーションを使用して食肉加工工場内の空気の流れを研究し、食料品店のチェックアウトカウンターにある透明なプラスチックのシールドと同じような障壁が、加工ラインに沿って近くで働く人々の間での病原体の拡散にどのような影響を与えるかを示しました。モデリングでは、バリアが空気の流れに影響を与えるものの、各作業員の上にシールドを追加することで保護が大幅に向上することが示されました。

キング氏は、空気流のモデリングとシミュレーションでは、空気流のパターンを正しく視覚化するために、テキサス A&M ハイパフォーマンスリサーチコンピューティンググループのリソースに膨大な量のデータ入力と高度な計算技術が必要であると述べました。研究チームはまた、大風量バイオエアロゾルコレクターを使用して、吸排気構成や空気交換率が異なるHVACシステム全体にウイルスがどのように拡散するかを調査する予定です。

研究チームには、キング氏に加えて、最近ダウ・ケミカル寄附教授職に任命されたサンダン・フェルナンド博士とジヴコ・ニコロフ博士も含まれており、どちらも生物学・農業工学部に所属している。チームのもう一人のメンバーは、昆虫学部の准教授であるガブリエル・ハマー博士です。

研究チームはまた、換気された病室の 3/4 スケールのモデルと実際の病院環境で実験を行う予定です。

「私にとってこの研究で最もエキサイティングな点は、この研究が提示する複雑な課題についてさらに学ぶために私たちが使用しているチームの専門知識とテクノロジー、独自の施設です」とキング氏は語った。「革新的な研究は適切なチームから始まります。私たちは優れた学際的なチームと、学部と農業生命科学部からの完全なサポートを持っています。非常に相乗効果のある職場環境です。」

シミュレーションとモデリングでは、建物の設計や時間当たりの空気交換回数 (ACH) の影響など、換気の特定の側面が衛生や感染予防に逆効果となる可能性があることがすでに明らかになりました。

例えば、病院は浮遊粒子がより迅速に除去されるという想定の下で、高ACHを採用する可能性があるとキング氏は述べた。ただし、レイアウトによっては、ACH がブレンダーのように部屋の周りで粒子を移動させる場合があり、これにより露出が大幅に増加します。

別の例では、ある食肉加工工場では、HVAC 吸気ユニットが牛を収容している囲いの近くに設置されていました。摂取場所により、望ましくない細菌、真菌、その他の微生物が食肉加工施設内の敏感なエリアの衛生状態に影響を与える可能性が高まりました。

キング氏は、この研究は医療施設に焦点を当てているが、学校、食品加工産業、食料品店、オフィス、軍事施設など無数の用途があると述べた。

「これらの例は、今では明白に思えるかもしれませんが、施設が構成されたとき、この空気の流れの観点からは考慮されていませんでした」とキング氏は言いました。「これらの例は、モデリングが建築の設計および計画段階で特定の目標を最適化するのにどのように役立つかを理解することの価値を示しています。したがって、これらの発見は重要なインフラストラクチャにとって非常に重要であり、応用可能であると信じているため、私たちはこの研究が私たちをどこへ導くのかを楽しみにしています」私たちの生活の日常的な側面まで。」

アダム・ラッセルによるこの記事はもともと AgriLife Today に掲載されたものです。

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