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Covid-19: il nuovo modello di valutazione del rischio di trasmissione aerea che permette la messa in sicurezza degli ambienti chiusi

Arriva dall’Università di Cassino e del Lazio Meridionale e nello specifico da Giorgio Buonanno, professore ordinario di Fisica Tecnica Ambientale, e dalla sua equipe il modello fisico per la stima dell’emissione delle particelle virali da un soggetto infetto. Il tool permette di valutare il rischio contagio dovuto alla trasmissione aerea negli ambienti chiusi e di intervenire con le corrette misure di protezione (anche legate alla ventilazione) per la sua riduzione a valori accettabili.

Milano, 12 luglio 2022 – È stato presentato a MCE (Mostra Convengo Expocomfort) nell’ambito dell’Healt Academy di Home Health & Hi-Tech il modello di previsione che permette di stimare il rischio e la conseguente probabilità di contagio virale (in primis Covid-19) in un luogo chiuso. È il risultato di uno studio condotto dal professor Giorgio Buonanno, ordinario di Fisica Tecnica Ambientale presso l’Università di Cassino e professore aggiunto presso la Queensland University of Technology di Brisbane, Australia. Esperto internazionale di polveri aerodisperse nell'ampio contesto dell'inquinamento dell’aria e delle sue fonti, nonché del suo impatto sulla salute umana e sull'ambiente; Buonanno fa anche parte del gruppo di 36 scienziati costituito da Lidia Morawska, fisica della Queensland University of Technology in Australia che gestisce un laboratorio di qualità dell'aria specializzato in particolato atmosferico, che hanno firmato una petizione (sottoscritta poi da 236 scienziati dell'aerosol e dell'atmosfera di tutto il mondo) per allertare fin dall’inizio della pandemia l’OMS e i principali CDC (Centers for Disease Control and Prevention) sul rischio della trasmissione aerea del SARS-CoV-2 e sulla conseguente inefficacia delle misure di protezione basate sui droplets.

Il nuovo modello nasce dallo studio svolto da Buonanno con il suo gruppo di ricerca in quattro aree principali: (i) metrologia degli aerosol; (ii) caratterizzazione dell'inquinamento atmosferico urbano; (iii) emissioni di particelle respiratorie e da sorgenti inquinanti e (iv) qualità dell'aria negli ambienti indoor.

L’emissione dipende, oltre che dal carico virale nei fluidi orali del soggetto infetto, dalla attività metabolica e respiratoria (Fig.1). – spiega il professor Buonanno – Un soggetto infetto che parla emette 10 volte più particelle infettive respiratorie rispetto alla semplice respirazione e addirittura 100 volte di più se parla ad alta voce o canta. Il modello emissivo è alla base di un tool di valutazione del rischio infezione sviluppato in collaborazione con la Queensland University of Technology di Brisbane, che permette di valutare il rischio contagio dovuta alla trasmissione aerea negli ambienti chiusi e di intervenire con le corrette misure di protezione (anche legate alla ventilazione) per la riduzione a valori accettabili.


Fig.1 – Emissioni di carico virale in funzione delle attività metabolica e respiratoria

Il gruppo di ricerca del prof. Buonanno ha applicato l’approccio ingegneristico adottato dai CDC per la protezione degli agenti inquinanti e patogeni che prevede livelli di intervento a priorità decrescenti (Fig.2). A partire dalla eliminazione o riduzione dell’emissione della sorgente si deve passare a separare i suscettibili dagli agenti patogeni (es. con la ventilazione), quindi istruire correttamente le persone su cosa fare e solo in ultimo adottare dispositivi di protezione individuale.


Fig. 2 – Strategie di mitigazione del rischio da agenti patogeni e respiratori

Questo approccio è stato impiegato in diversi ambienti chiusi (palestre, ristoranti, sale riunioni, scuole, ...). Il caso delle classi scolastiche nelle scuole è particolarmente rilevante: come dimostrato nello studio nelle scuole delle Marche finanziato della Regione Marche in oltre 300 classi scolastiche di sistemi di ventilazione meccanica controllata. Da tale studio si evince che il numero totale dei ricambi dell’aria riveste un ruolo fondamentale con valori di ventilazione di almeno 5-6 volumi/h (almeno 10 L/s/studente) per avere una riduzione del rischio contagio dell’80% rispetto a classi sprovviste di ventilazione meccanica controllata. Nel periodo di osservazione da settembre 2021 a gennaio 2022, gli studenti in classi dotate di ventilazione meccanica controllata hanno avuto una maggiore protezione dal contagio con una incidenza notevolmente inferiore rispetto alle classi gestite con la semplice aperture delle finestre (ventilazione naturale).

La ventilazione tecnicamente ed economicamente sostenibile è però insufficiente per rendere questi ambienti sicuri in caso di elevate incidenze del virus ma è necessaria l’integrazione di altre misure di protezione come l’utilizzo di microfoni per i docenti e di filtri facciali FFP2 (Fig.3).


Fig.3 – Misure di protezione da adottare nelle classi per una scuola sicura


Le raccomandazioni per la riduzione del rischio di infezione nell'aria da COVID-19 suggeriscono un aumento sostanziale del tasso di ventilazione, cioè un aumento della quantità di aria esterna pulita. Tuttavia, i sistemi di ventilazione esistenti negli edifici sono progettati per il condizionamento e inquinamento in condizioni normali, cioè quando non c'è una pandemia. – prosegue Buonanno – Sistemi di ventilazione progettati per fornire una grande quantità di aria esterna potrebbero essere economicamente non sostenibili in condizioni normali (nessuna pandemia). È necessario un cambio di paradigma nella progettazione della futura ventilazione, con il focus sul singolo occupante e non l’intero volume. I sistemi di ventilazione basati sul controllo della sorgente e sulla distribuzione avanzata dell'aria, ovvero la cosiddetta ventilazione personale, consentiranno di migliorare la qualità dell'ambiente interno, soddisfare più occupanti e ridurre al minimo il consumo di energia. Dobbiamo prevedere di progettare sistemi più piccoli che richiedono meno spazio per i condotti e le unità di trattamento dell'aria.

Alla complessità degli ambienti chiusi fa da contraltare l’implicita sicurezza degli ambienti aperti. A differenza dell’impostazione delle nostre autorità sanitarie durante buona parte della pandemia, l’ambiente aperto è sicuro tranne in un caso, ovvero quando il soggetto infetto parla ed il soggetto suscettibile rimane davanti al soggetto infetto per un tempo di esposizione di almeno 10-15 min. Questo purtroppo è l’unico scenario che è stato considerato apparentemente sicuro (si pensi ai bar e ai ristoranti). Al contrario il camminare in una strada molto affollata presenta un rischio assolutamente trascurabile per i ridottissimi tempi di esposizione e le esigue emissioni nel caso di soggetti che respirano.

Alla complessità degli ambienti chiusi fa da contraltare l’implicita sicurezza degli ambienti aperti. A differenza dell’impostazione delle nostre autorità sanitarie durante buona parte della pandemia, l’ambiente aperto è sicuro tranne in un caso, ovvero quando il soggetto infetto parla ed il soggetto suscettibile rimane davanti al soggetto infetto per un tempo di esposizione di almeno 10-15 min. Questo purtroppo è l’unico scenario che è stato considerato apparentemente sicuro (si pensi ai bar e ai ristoranti). Al contrario il camminare in una strada molto affollata presenta un rischio assolutamente trascurabile per i ridottissimi tempi di esposizione e le esigue emissioni nel caso di soggetti che respirano.
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