Kirpykla ir virusas

Kaip oro srauto valdymo įrankiai sumažina COVID-19 plitimą uždarose erdvėse.

Pripažįstama, kad SARS-CoV-2 virusas pirmiausia plinta tarp žmonių per lašelius ir aerozolius, kuriuos sukuria žmogus kosint, čiaudint ar net kalbant.

Parašė Krishnendu Sinha

Indijoje plintant COVID-19 pandemijai, dėmesys buvo sutelktas į ekonomikos atrakinimą ir atvėrimą. Prasidėjo atšiauri tikrovė, kad kol nebus sukurtos vakcinos ar nauji gydymo būdai, turėsime išmokti gyventi su pandemija. Mažinant koronaviruso perdavimo ir plitimo riziką, be socialinio elgesio pokyčių, pvz., fizinio atsiribojimo ir kaukių naudojimo, darbo vietų ir bendruomeninių patalpų, tokių kaip kaimyninės parduotuvės, biurų pastatai ir klasės, modernizavimas.

Pripažįstama, kad SARS-CoV-2 virusas pirmiausia plinta tarp žmonių per lašelius ir aerozolius, kuriuos sukuria žmogus kosint, čiaudint ar net kalbant. Lašelis, paprastai mažesnio nei milimetro dydžio, greitai nukrenta ant žemės po to, kai jį išmetė dėl gravitacijos. Aerozolio dalelės yra daug mažesnės (tūkstantoji milimetro dalis) ir gali likti pakibusios ore, kartu su savimi pernešdamos užkrečiamas viruso daleles ir žmonės gali jas įkvėpti. Todėl oro srauto ir vėdinimo supratimas, ypač uždarose erdvėse, kur aerozoliai linkę išsilaikyti, yra pagrindinis infekcijos plitimo kontrolės aspektas.

Dabar kyla klausimas: kaip sumažinti riziką užsikrėsti COVID-19 uždarose patalpose, pavyzdžiui, kaimyninėje parduotuvėje ar kirpykloje? Kirpykla turi keletą unikalių iššūkių. Klientai parduotuvėje sėdi vienoje vietoje visą kirpimo laiką, paprastai 10–15 minučių. Kas turi įtakos užsikrėtimo rizikai šiuo laikotarpiu? Be abejo, svarbus yra kaukių etiketas, kurio laikosi kirpėjas ir kiti klientai, kaip ir fizinis atstumas tarp klientų. Ne mažiau svarbus yra klausimas: ar yra tinkama ventiliacija, kad išsklaidytų ore esančius lašelius ir aerozolius? Galbūt ir pačiam kirpėjui kyla daug tų pačių klausimų. Juk jis toje uždaroje erdvėje praleidžia daug daugiau laiko nei klientai.

Manome, kad IIT-Bombay miestelyje yra kirpykla, kurioje lankosi dėstytojai ir studentai (kurių dauguma šiuo metu tęsia mokslus internetu, iš namų). Universiteto kirpyklos išplanavimas galbūt panašus į tai, ką būtų galima susidurti daugelyje šalies miestų. Parduotuvę paprastai sudaro uždara patalpa (kai kuriais atvejais su oro kondicionieriumi – taip yra miestelio parduotuvės atveju) ir ji paprastai nėra gerai vėdinama. Jame bet kuriuo metu yra daugiau nei saujelė žmonių. Yra klientų, kurie ateina ir išeina, o išlaikyti socialinį atsiribojimą yra sudėtinga. Ar tokiu atveju oro srauto valdymas gali būti naudojamas siekiant pagerinti ventiliaciją ir sumažinti pernešimo per orą riziką?

Techniniu požiūriu oro srauto tyrimas vadinamas skysčių mechanika ir yra svarbus daugelyje sričių – nuo ​​aviacijos ir mechaninės inžinerijos iki astrofizikos ir aplinkos. Skysčių mechanika moko mus, kaip oras teka kanaluose ir aplink kliūtis. Matematinės skysčių mechanikos lygtys yra gerai žinomos, tačiau jas išspręsti labai sunku. Norint numatyti oro srautą, reikia labai sudėtingų kompiuterinių modelių, ir tai yra studijų sritis, vadinama skaičiavimo skysčių dinamika. CFD gali mums pasakyti, kaip oras juda kirpykloje ir kaip srautai neša infekcinius lašelius. Jis taip pat gali apskaičiuoti, kaip oro srautą gali keisti ventiliatoriai, langai, oro kondicionavimas ir daugybė kitų veiksnių.

CFD jau buvo plačiai naudojamas tiriant oro srautą uždarose erdvėse, pavyzdžiui, geležinkelio skyriuose, biurų patalpose ir prekybos centruose. Keletas tyrimų, apie kuriuos pranešta, yra susiję su geresniu žmonių komfortu ir energijos suvartojimo mažinimu, pavyzdžiui, geresniu oro kondicionavimo sistemų dizainu. Šiais laikais, kai mūsų gyvenime dominuoja COVID-19, CFD tyrimuose pagrindinis dėmesys buvo skiriamas kaukių poveikiui (rodo, kaip kaukės sumažina išskiriamų lašelių skaičių ir atstumą, kurį jos nukeliauja) ir oro srautus bei aerozolių pralaidumą. rinkose. Grupės Honkonge ataskaita parodė, kaip infekciniai lašeliai iš vieno šaltinio gali išplisti į visą greitojo geležinkelio skyrių.

Konkrečiai kalbant apie kirpyklą, CFD gali būti naudojamas kuriant modernizavimo sprendimus, kad būtų sumažintas oru plintančių infekcijų plitimas. Tokios paprastos priemonės kaip išmetimo ventiliatorių ar net paprasto ventiliatoriaus su pjedestalo montavimas ir galinių durelių atidarymas (laimei, jas turime IITB kirpykloje), gali turėti didelį skirtumą. Idėja yra greitai išsklaidyti lašelius iš galimo šaltinio kambario viduje į išorę, kad būtų sumažinta rizika kirpėjui ir kitiems klientams. Paprasti skaičiavimai jau gali pasakyti, kokio dydžio ir galios reikia išmetimo ventiliatoriams. Pavyzdžiui, darant prielaidą, kad įprastas kirpyklos dydis yra 10 pėdų x 15 pėdų x 10 pėdų, jei norime pakeisti orą patalpoje kas minutę, reikės ventiliatorių, galinčių išsiurbti 1500 kubinių pėdų oro per minutę, arba 1500 cfm, kaip nurodyta išmetimo ventiliatoriaus specifikacijose. Norėdami tai padaryti dvigubai greičiau, galime sumontuoti du tokius ventiliatorius arba vieną 3000 cfm išmetimo ventiliatorių.

Nors paprasti skaičiavimai yra geras atspirties taškas, norint atlikti griežtą analizę, reikia išsamaus CFD. Išmetimo ventiliatoriai gali arba padidinti natūralią oro cirkuliaciją patalpoje, arba gali ją trukdyti. Todėl labai svarbu žinoti tikslius išmetimo ventiliatoriaus sukurtus srauto modelius. Pavyzdžiui, gali būti antrinių oro srautų, kartais vadinamų negyvomis zonomis, kur oro kišenės gali likti įstrigusios ilgą laiką. Natūralu, kad tai neišleidžia oro iš patalpos ir tokioje negyvoje zonoje sėdintis žmogus yra labiau linkęs kvėpuoti patvariais aerozoliais. Ventiliatorių ir ventiliatorių išdėstymas, siekiant išvengti tokių negyvų zonų kirpykloje, yra labai svarbus oro srauto valdymui. Mums reikia CFD modelių, kad galėtume nustatyti negyvas zonas patalpoje ir įvertinti, kiek laiko oras laikosi tokiose kišenėse. Naudodami CFD galime įrengti ventiliatorius ir orlaides kompiuteriniame patalpos modelyje, kad gautume geriausią įmanomą sprendimą.

Taip pat galima apskaičiuoti scenarijus, kai keičiasi oro srautas klientui įeinant ar išeinant pro duris, arba kai staiga iš lauko patenka šilto oro trauka. CFD taip pat gali numatyti, kaip viskas pasikeis priklausomai nuo oro ar geografinių vietovių. Tačiau skysčių mechanikos lygtys ne taip lengvai pasiduoda net šiuolaikiniams kompiuteriams, nes problemos tampa vis sudėtingesnės. Pavyzdžiui, atsakyti į paprastą klausimą, pavyzdžiui, kas atsitiks su milijonais plaukų gabalėlių ant grindų? gali išplėsti super kompiuterių ribas. Žinojimas, kad tai tikrai padės, nes niekas nenori, kad jie pradėtų plūduriuoti.

Modernizavimo sprendimai, sukurti naudojant CFD, gali būti taikomi ir kitose uždarose erdvėse, tokiose kaip kampinės bakalėjos parduotuvės, nedidelės užkandinės ir gydytojų klinikos. Kiekvienas gali turėti savo būdą valdyti oro srautą, kad sumažintų infekciją. CFD gali padėti sukurti modernizavimo sprendimus, pritaikytus jų atitinkamiems poreikiams. Didesniuose įrenginiuose, pavyzdžiui, paskaitų salėse, teatruose ir prekybos centruose, turime susidurti su daug daugiau žmonių ir daugybe įėjimo bei išėjimo vietų. Problemos dydis yra didesnis, bet mokslas yra tas pats. Mums reikės didesnių ir daugiau ventiliatorių ir vėdinimo angų, o CFD gali nurodyti, kur juos dėti efektyviausia. Išmanieji sprendimai su realaus laiko duomenimis gali būti pritaikyti pagal žmonių skaičių tam tikru momentu. Tai gali būti efektyviau energijos suvartojimo ir įrengimo požiūriu.

Indijos mokslininkų grupė, vadinama COVID-19 skysčių mechanikos tyrimais (FMRC), susibūrė, kad išspręstų skysčių srauto problemas, kylančias dėl ekonomikos atsivėrimo. Šioje grupėje dalyvauja įvairių IIT (IIT-Bombay, IIT-Madras, IIT-Roorkee) ir pramonės mokslininkai. Ji siekia naudoti pažangias modeliavimo priemones, kad pasiūlytų modernizavimo sprendimus, kurie padės sumažinti infekcijos perdavimo riziką. Šią grupę ypač domina klausimai, susiję su skysčių srautu uždarose patalpose, viešuoju transportu ir, žinoma, klasėse.

Rašytojas yra Aerospace Engineering profesorius, IIT Bombay