Wie Luftströmungen im Fahrzeuginneren das Übertragungsrisiko von COVID-19 beeinflussen können – Was funktioniert am besten bei Fenstern und Lüftung?

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Eine neue Studie verwendet Computersimulationen, um die Luftströmungen in der Fahrgastzelle eines Autos zu verfolgen und mögliche Strategien – einige davon kontraintuitiv – zur Verringerung des Risikos der Übertragung von durch die Luft übertragenen Krankheiten zu entwickeln.

Eine neue Studie über die Luftströmungsmuster in der Fahrgastzelle eines Autos bietet einige Vorschläge zur potenziellen Verringerung des Risikos der Übertragung von COVID-19, während andere mitfahren.

Die von einem Forscherteam der Brown University durchgeführte Studie verwendete Computermodelle, um die Luftströmung im Inneren eines Kleinwagens mit verschiedenen Kombinationen von geöffneten oder geschlossenen Fenstern zu simulieren. Die Simulationen zeigten, dass beim Öffnen der Fenster – je mehr Fenster, desto besser – Luftstrommuster erzeugt werden, die die Konzentration der zwischen einem Fahrer und einem einzelnen Fahrgast ausgetauschten luftgetragenen Partikel drastisch reduzieren. Die Forscher fanden heraus, dass durch das Sprengen des Ventilationssystems des Autos die Luft nicht annähernd so gut zirkulierte wie bei einigen wenigen geöffneten Fenstern.

“Mit geöffneten Fenstern und eingeschalteter Klimaanlage oder Heizung herumzufahren, ist nach unseren Computersimulationen definitiv das schlimmste Szenario”, sagte Asimanshu Das, ein Doktorand an der Brown’s School of Engineering und Mitverfasser der Forschungsarbeit. “Das beste Szenario, das wir gefunden haben, war, alle vier Fenster geöffnet zu haben, aber selbst ein oder zwei Fenster geöffnet zu haben, war weitaus besser, als sie alle geschlossen zu haben”.

Das leitete die Forschungsarbeit zusammen mit Varghese Mathai, einem ehemaligen Postdoktoranden an der Brown School of Engineering, der jetzt Assistenzprofessor für Physik an der University of Massachusetts, Amherst, ist. Die Studie wird in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Die Forscher betonen, dass es keine Möglichkeit gibt, das Risiko vollständig auszuschalten – und natürlich wird in den aktuellen Leitlinien der U.S. Centers for Disease Control (CDC) darauf hingewiesen, dass ein Aufschub der Reise und ein Verbleiben zu Hause der beste Weg ist, die persönliche und gemeinschaftliche Gesundheit zu schützen. Das Ziel der Studie bestand einfach darin zu untersuchen, wie Veränderungen in der Luftströmung im Auto das Risiko einer Erregerübertragung verschlechtern oder verringern können.

Die in der Studie verwendeten Computermodelle simulierten ein Auto, das lose auf einem Toyota Prius basiert, mit zwei Personen im Inneren – einem Fahrer und einem Beifahrer, die auf dem Rücksitz auf der dem Fahrer gegenüberliegenden Seite sitzen. Die Forscher wählten diese Sitzanordnung, weil sie den physischen Abstand zwischen den beiden Personen maximiert (wenn auch immer noch weniger als die von der CDC empfohlenen sechs Fuß). Die Modelle simulierten die Luftströmung um und in einem Auto, das sich mit 50 Meilen pro Stunde bewegt, sowie die Bewegung und Konzentration von Aerosolen, die sowohl vom Fahrer als auch vom Beifahrer kommen. Aerosole sind winzige Partikel, die über längere Zeit in der Luft verweilen können. Man geht davon aus, dass sie eine Möglichkeit der Übertragung des SARS-CoV-2-Virus darstellen, insbesondere in geschlossenen Räumen.

Ein Grund dafür, dass das Öffnen von Fenstern hinsichtlich der Aerosolübertragung besser ist, liegt unter anderem darin, dass dadurch die Anzahl der Luftwechsel pro Stunde (ACH) im Fahrzeuginneren erhöht wird, was dazu beiträgt, die Gesamtkonzentration von Aerosolen zu verringern. Aber ACH war nur ein Teil der Geschichte, sagen die Forscher. Die Studie zeigte, dass verschiedene Kombinationen offener Fenster unterschiedliche Luftströmungen im Fahrzeuginneren erzeugten, die die Exposition gegenüber den verbleibenden Aerosolen entweder erhöhen oder verringern konnten.

Aufgrund der Art und Weise, wie die Luft über die Außenseite des Wagens strömt, ist der Luftdruck in der Nähe der Heckscheiben tendenziell höher als der Druck an den Frontscheiben. Infolgedessen neigt die Luft dazu, durch die Heckscheiben in das Fahrzeug einzutreten und durch die Frontscheiben auszutreten. Bei geöffneten Fenstern erzeugt diese Tendenz zwei mehr oder weniger unabhängige Strömungen auf beiden Seiten der Kabine. Da die Insassen in den Simulationen auf gegenüberliegenden Seiten der Kabine saßen, werden am Ende nur sehr wenige Partikel zwischen den beiden übertragen. Der Fahrer ist in diesem Szenario einem geringfügig höheren Risiko ausgesetzt als der Beifahrer, da der durchschnittliche Luftstrom im Fahrzeug von hinten nach vorne verläuft, aber beide Insassen erfahren eine dramatisch geringere Übertragung von Partikeln im Vergleich zu jedem anderen Szenario.

Die Simulationen für Szenarien, in denen einige, aber nicht alle Fenster heruntergeklappt sind, ergaben einige möglicherweise kontraintuitive Ergebnisse. Beispielsweise könnte man erwarten, dass das Öffnen von Fenstern direkt neben jedem Insassen die einfachste Möglichkeit ist, die Exposition zu reduzieren. Die Simulationen ergaben, dass diese Konfiguration zwar besser ist als gar keine heruntergeklappten Fenster, dass sie jedoch ein höheres Expositionsrisiko birgt, als das Fenster gegenüber jedem Bewohner herunterzuklappen.

“Wenn die Fenster gegenüber den Insassen geöffnet sind, entsteht eine Strömung, die hinter dem Fahrer in den Wagen eintritt, über die Kabine hinter dem Beifahrer hinwegfegt und dann durch das beifahrerseitige Frontfenster wieder austritt”, so Kenny Breuer, Professor für Ingenieurwesen an der Brown University und Seniorautor der Studie. “Dieses Muster trägt dazu bei, die Kreuzkontamination zwischen Fahrer und Beifahrer zu reduzieren.

Wichtig ist, so die Forscher, dass die Anpassung des Luftstroms kein Ersatz für das Tragen einer Maske durch beide Insassen im Auto ist. Und die Ergebnisse beschränken sich auf die potenzielle Exposition gegenüber verweilenden Aerosolen, die Krankheitserreger enthalten können. In der Studie wurden weder größere Atmungstropfen noch das Risiko

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