クルーズ船の客室研究により、ウイルスの拡散を抑制する最適な空気の流れが判明

雑誌に掲載された最近の研究では 流体の物理学研究者らはクルーズ船の客室内でのウイルスの拡散をシミュレーションした。

背景

2019 年コロナウイルス病 (COVID-19) のパンデミックにより、科学界はその感染メカニズムと重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) の急速な変異能力を研究するようになりました。 そのため、パンデミックの展開を予測するツールに必要なパラメーターを決定するための計算フレームワークが開発されてきました。

一方、いくつかの研究では、感染者が放出する飛沫の拡散を調査し、軽減のためのガイドラインと戦略が提案されています。 しかし、クルーズ船内の換気とエアロゾル感染に関する研究は限られています。

研究について

今回の研究では、研究者らはクルーズ船の客室内の換気がウイルスの空気感染にどのような影響を与えるかをシミュレーションした。

多相シミュレーションでは、液体の水と多成分ガス (水蒸気と乾燥ガス) を含む流体混合物が考慮されました。 チームは 4 つの換気流量 (60 m) の影響を調べました。³/時、120メートル³/時、240メートル³/h、600m³/h) および唾液滴が蒸発するときの機内での咳をしている人の位置。

研究結果

咳は 0.12 秒にわたってシミュレートされ、60 秒後に完全に発達した咳が達成されました。 咳をしている間の短期間（8.5 m/s）を除いて、全体的な流速は低かった（2 m/s）。 最初のケース (A) では、咳をしている人は客室の中央に位置していました。 基準流量時（60m）³/h)、唾液滴は 0.12 秒で 36 cm 未満に移動しました。

飛沫は咳後最初の1秒間で91.5センチメートルを素早く飛び、わずか4秒後に最大距離に達した。 8 秒までに、ほとんどの飛沫は腰の高さより下に沈着するか、蒸発しました。 より高い流量では、液滴の侵入距離は最初は減少しましたが、後の段階では可逆的でした。

流れ場の速度は、特に後の段階で液滴の蒸発に影響を与えました。 流量を増やすと、最高流量を除いて蒸発が加速しました。 すべての場合において、唾液の極微量は20秒後でも蒸発しませんでした。 120mで³/h、飛沫貫通力は最も低く (1 m)、600 m では最も高く (1.5 m) でした。³/h.

液滴の散乱は、基準流量よりも高い流量で約 3 倍大きくなりました。 600mの地点³/h、液滴は 4 秒以内に地面に定着し、他の流量でも同様の持続時間でした。 最適流量は120mであった³/h を使用すると、唾液の飛沫が個人の周囲の小さな空間に限定されます。

研究チームは、より高い流量で追加の空気流が発生し、飛沫の拡散が増加することを観察しました。 さらに、基準流量では、キャビン内の空気の一部のみが更新され、キャビンの空気が完全に更新されるまでに 40 分かかったと考えられます。 対照的に、120mでは³/h、かなりの量の客室の空気が 3 分以内にリフレッシュされました。

2 番目のケース (B) では、咳をしている被験者は客室のドアの近くに位置していました。 この場合、空気は人の後ろから吹いており、60メートルで咳をした後の飛沫の侵入に対する影響は最小限でした。³/h. 同じ流量でのケース A と比較して、最初の 4 秒間で液滴が軸方向に移動する速度は 10% 未満でした。 8 秒までに、飛沫はケース A よりも 20% 多く客室空間に浸透しました。

より高い流量では、浸透はケース A よりも大きくなりました。600 m では³/h、飛沫の侵入は 2 メートル x 8 秒を超えました。 蒸発速度は、60 m を除いてケース A と同様でした。³/h、質量減少はわずかに遅くなりました。 液滴の直径と質量の減少は、ケース B の方がはるかに速かったです。

ケース B では、飛沫は 600 メートルで 2.5 メートル以上移動しました³/h であり、すべての流量でケース A よりも高い浸透が得られました。さらに、ケース A と比較してケース B では、高流量で液滴の沈降がはるかに速くなりました。同様に、120 m³/h は、液滴の浸透と飛散を最小限に抑える最適な流量でした。

結論

まとめると、この研究結果は、換気流量が高くても空気感染症の感染を軽減/防止できない可能性があることを示しています。 適切な換気は乾燥を促進する可能性があります。 ただし、液滴の急速な蒸発は、必ずしも病原体の即時不活化を反映するとは限りません。 著者らは、120mの中程度の流量で換気を使用することを提案しています。³/h.

この流量により、飛沫の拡散を最小限に抑え、適切な換気、エネルギー消費、快適さを維持できます。 部屋を空けた後、流量は 600 m まで増加可能³/h を 12 分間押し続けてから、最小レベルに下げるか、スイッチをオフにします。 この戦略により、次の乗員のために機内の空気を完全に新しくすることができます。