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Nahfeldexposition respiratorischer Partikel anhand statistischer Auswertung um eine emittierende Person im Innenraum

Makris, Ruben; Lichtner, Eugen; Kriegel, Martin

Air is considered a relevant route of transmission for SARS-CoV-2. The viruses are transported on respiratory aerosol particles. This study shows the relationship between the local concentration of pathogen-carrying aerosol particles and the radial distance to an emitting individual. For this purpose, several numerical studies (CFD) were statistically evaluated and a validation experiment was performed. The simulations include different positions of the emitting person under different ventilation strategies. Statistical evaluation of the spatial aerosol particle distribution was used to determine the potential exposure to elevated aerosol particle concentrations. Risk assessment models typically assume ideal mixing ventilation where the particle concentration is the same at each point in the room. This study shows how large the local deviations from this idealized assumption can be and shows a first correlation between the level of concentration and the distance from the emitter. Compared to an ideally mixed room, at a distance of 1.5 m the mixing ventilation cases show a 25 percent chance of inhaling twice the amount of aerosol particles than in the far field. At this distance, there is a 5% risk of being exposed to more than 5 times the assumed value. The probability of inhaling more aerosol particles at a distance of 1.5 m than assumed for ideal mixing ventilation is 55%. For the displacement ventilation cases, on the other hand, it is less than 25%. The experimentally determined measured values agree well with the simulation results.
Luft gilt als ein relevanter Übertragungsweg für SARS-CoV-2. Die Viren werden dabei auf respiratorischen Aerosolpartikeln transportiert. Diese Untersuchung zeigt den Zusammenhang zwischen der lokalen Konzentration von erregertragenden Aerosolpartikeln und dem radialen Abstand zu einer emittierenden Person. Zu diesem Zweck wurden mehrere numerische Untersuchungen (CFD) statistisch ausgewertet und ein Validierungsexperiment durchgeführt. Die Simulationen beinhalten verschiedene Positionen der emittierenden Person bei unterschiedlichen Lüftungsstrategien. Durch die statistische Auswertung der räumlichen Aerosolpartikelverteilung wurde die mögliche Exposition gegenüber erhöhten Aerosolpartikelkonzentrationen ermittelt. Risikobewertungsmodelle gehen in der Regel von einer idealen Mischlüftung aus, bei der die Partikelkonzentration in jedem Raumpunkt gleich groß ist. Diese Studie zeigt, wie groß die lokalen Abweichungen von dieser idealisierten Annahme sein können und zeigt einen ersten Zuammenhang zwischen Höhe der Konzentration und des Abstands vom Emitter. Im Vergleich zur idealen Durchmischung zeigt sich bei Mischlüftung in einem Abstand von 1,5 m eine 25 prozentige Wahrscheinlichkeit, die doppelte Menge an Aerosolpartikeln einzuatmen als im Fernfeld. Bei diesem Abstand besteht ein Risiko von 5 %, mehr als dem 5-fachen des angenommenen Wertes ausgesetzt zu sein. Für die Mischlüftungsfälle liegt die Wahrscheinlichkeit in einem Abstand von 1,5 m mehr Aerosolpartikel einzuatmen, als bei der idealen Mischlüftung angenommen, bei 55 %. Bei den Quelllüftungsfällen beträgt sie hingegen weniger als 25 %. Die experimentell ermittelten Messwerte stimmen gut mit den Simulationsergebnissen überein.