Mitigación de los riesgos para la salud en interiores

El modelo predictivo impulsado por la IA de Haven Diagnostics analiza y cuantifica la mitigación del riesgo para la salud con las soluciones de Armstrong: Placas de plafón AIRASSURE y sistemas de purificación de aire VIDASHIELD UV24

Las decisiones sobre las configuraciones de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en inglés) se evalúan más cuidadosamente ahora que hace dos años. Los riesgos de enfermedades infecciosas siempre han existido, pero la pandemia más reciente los ha puesto en el foco de la atención. Como resultado, las medidas para reducir estos riesgos serán un factor importante en los nuevos desarrollos para el regreso al trabajo. Una configuración eficiente de filtración, ventilación y HVAC puede desempeñar un papel clave en la mitigación de estos riesgos. Los productos Armstrong pueden aumentar la ventilación y la filtración como sistemas independientes o como agregado a un sistema de filtración que ya ofrece buenos resultados. Nuestro modelo predice que, cuando se implementan correctamente y en combinación, las placas de plafón Armstrong AirAssure, los sistemas de purificación de aire VidaShield UV24 y las unidades de filtro de ventilador pueden reducir la propagación indirecta de virus respiratorios hasta en un 25% y ser un componente importante para reducir el riesgo de propagación de la COVID-19.

Resumen

1. Las epidemias y pandemias ocurren con frecuencia, y la transmisión respiratoria de virus a través de aerosoles y microgotas es una preocupación importante más allá de la COVID-19.
2. Además del comportamiento individual, los factores más importantes para reducir la concentración en aerosol de virus en el aire son la ventilación y la filtración.
3. Cuando se configuran correctamente y se usan en combinación, las placas de plafón Armstrong AirAssure™, los sistemas de purificación de aire VidaShield UV24™ y las unidades de filtro de ventilador pueden reducir la propagación indirecta de virus respiratorios hasta en un 25%.

Mucha gente cree falsamente que la pandemia de la COVID-19 es un hecho único y que ocurrirá una sola vez. Pero aunque la mortalidad y la morbilidad del virus SARS-CoV-2 son mucho mayores de lo habitual, las epidemias y pandemias suceden con frecuencia. En los países desarrollados que no tienen climas tropicales, estas se deben más comúnmente a virus respiratorios, como los que se enumeran a continuación:

Los virus respiratorios se transmiten tanto por aerosoles como por microgotas, y la cantidad producida varía mucho según la actividad. Las gotas más grandes, de más de 100 μm, tienen una trayectoria más balística y caen al suelo a una distancia relativamente corta (esto se conoce comúnmente como la “regla de los seis pies”, aunque pueden desplazarse una distancia mayor). Sin embargo, las partículas de aerosol más pequeñas pueden flotar en el aire durante períodos prolongados y causar una exposición indirecta al virus.

El primer avance importante en la cuantificación de las tasas de infección transmitida por el aire fue realizado por Wells (1955) y Riley et al. (1978), lo que resultó en la creación de la ecuación de Wells-Riley. Su ecuación permite estimar la tasa de infección en función del número de personas infectadas y susceptibles en un espacio, su frecuencia respiratoria, la tasa de ventilación de la sala y la duración de la exposición.

La base de su avance fue la idea de que no todas las microgotas y los aerosoles inhalados provocarán una infección. Más bien, a niveles bajos de exposición, existe una relación aproximadamente lineal entre el número de microgotas y aerosoles inhalados y la probabilidad de infección.

Esta ecuación sirve como piedra angular para estimar la transmisión dentro del modelo basado en agentes de Haven Diagnostics y también se usa ampliamente en otras metodologías de estimación de riesgos, por ejemplo, del riesgo de transmisión de la COVID-19 durante viajes aéreos (Marcus 2020), la evaluación de la efectividad de equipos de protección personal (Gammaitoni y Nucci 1997) y la medición del riesgo de tuberculosis en edificios (Nardell et al. 1991).

Aunque los fundamentos de la ecuación de Wells-Riley fueron innovadores, hasta hace poco, era un desafío trasladarla a entornos del mundo real.

El modelo de Haven Diagnostics se esfuerza por mejorar la aplicabilidad en el mundo real a través del modelado basado en agentes, que tiene en cuenta los comportamientos únicos de las personas a lo largo de su jornada laboral y los efectos de un conjunto heterogéneo de entornos. Por ejemplo, este modelo toma en consideración el movimiento de los empleados en su espacio de trabajo para asistir a reuniones, almorzar y usar el baño. Además, el modelo considera comportamientos que afectan el tamaño de las microgotas y los aerosoles liberados al entorno, como el uso de mascarillas.

Haven Diagnostics ha creado el modelo que complementa la ecuación de Wells-Riley con datos de más de 450 artículos médicos que miden varias propiedades de las enfermedades transmitidas por el aire, como la distancia de dispersión de las gotas y las tasas de descomposición viral a diferentes niveles de temperatura y humedad.

El modelo se ha validado con una base de datos de eventos de supercontagiadores, así como con datos patentados en más de 4 millones de pies cuadrados de espacios de trabajo.

El enfoque que adopta Haven Diagnostics es modelar el entorno de la oficina mediante la simulación de cuatro factores contribuyentes principales que están presentes allí:

1. Comportamiento del personal administrativo: reuniones, encuentros en áreas comunes, uso de baños, charlas.

2. Conocimiento fisiológico de la emisión de aerosoles durante diversas actividades.

3. Deterioro viral basado en entornos ambientales: temperatura, exposición a rayos UV y humedad.

4. Configuración del sistema de HVAC: ubicación de la ventilación de origen/retorno, flujo de aire entre salas, tasa de flujo de aire en cada conducto, recambios de aire fresco por hora, nivel de filtración de la unidad de tratamiento de aire (AHU, por sus siglas en inglés) y presurización de la sala.
 

Comportamiento

El comportamiento del personal administrativo supone las mejores prácticas actuales, incluido el uso de mascarillas, el distanciamiento social cuando sea posible y evitar la presencia prolongada en áreas comunes cuando sea posible. Estos comportamientos son fundamentales para reducir la propagación directa de persona a persona (es decir, una microgota que vuela directamente de la Persona A a la Persona B), lo que hace que la ventilación y la filtración para reducir la propagación indirecta sean más significativas.

Modelamos el comportamiento en función de una versión aleatoria de una plantilla de cronograma laboral, ya que incluso pequeñas variaciones de dicho comportamiento pueden tener un impacto importante en la exposición a aerosoles. Además, debido a que los horarios de los empleados varían a diario, para cada entorno de oficina simulamos 1,000 horarios aleatorios pero acotados para cada empleado.

La plantilla de cronograma laboral se puede personalizar según la ubicación de la oficina pero, por lo general, varía según la industria y la función del equipo. En el caso de nuestro estudio de modelo con Armstrong World Industries, creamos equipos de cuatro (4) personas para la configuración de oficinas con poca presencia de personal y de dieciocho (18) personas para la configuración de oficinas con mayor cantidad de personas.

Concretamente, una plantilla de cronograma laboral de ejemplo es la siguiente:

Grupo de TI

Tamaño del grupo: 4 personas (+/- 2 con un sesgo positivo)
Reuniones de equipo: 1.5 personas (+/- 0.5 con un sesgo positivo)
Reuniones dentro del equipo

1. Los miembros del grupo de TI se reúnen con los miembros del equipo de ventas
a. Promedio de uno por semana
b. Tres miembros por equipo

2. Reunión de toda la división
a. Promedio de uno por mes
b. Todo el equipo asiste

Cronograma de llegada

• Los empleados llegan por separado
• Los empleados llegan durante un período de 45 minutos al comienzo del día

Comidas

• 25% de probabilidad de almorzar juntos en el área común.
• 50% de probabilidad de almorzar solo en el área común.
• 15% de posibilidades de salir de la oficina para almorzar.
• 10% de probabilidad de almorzar sentado en el escritorio de trabajo.

Emisión de aerosoles

Los comportamientos simulados afectan tanto la ubicación de cada persona en un edificio durante la simulación como la cantidad de aerosoles que emite la persona. Por ejemplo, hablar por teléfono produce aproximadamente de 4.5 a 10 veces más aerosoles que sentarse en silencio. La emisión de microgotas también varía entre personas, incluso si se dedican a la misma actividad. El modelo puede capturar algunos factores que determinan el perfil de emisión de aerosoles de un individuo, como el sexo, el peso y la edad. Sin embargo, también existen factores que afectan la emisión de aerosoles que agregan variabilidad. Para registrar esta variabilidad, aplicamos algún comportamiento estocástico a la tasa de emisión por individuo en las simulaciones.

Deterioro viral

A lo largo del día, las partículas de virus fuera del cuerpo humano se vuelven inactivas debido a la desnaturalización, y esto puede acelerarse por el aumento del calor, la exposición a la luz ultravioleta o al asentarse en el piso y en las superficies de poco contacto (donde es improbable que se produzca una transmisión directa). Cabe destacar que los entornos interiores suelen tener una luz ultravioleta mínima debido al filtrado mediante el revestimiento de ventanas comerciales, lo que influye en la razón por la que los espacios exteriores tienen tan poco riesgo de transmisión en comparación con los interiores.

Las principales características de un aerosol que determinan cuánto tiempo permanece en el aire son su tamaño y su tasa de evaporación. Por lo tanto, los factores ambientales como la humedad y la temperatura tienen un efecto importante sobre la vida media viral.

HVAC y filtración activa

Además del comportamiento individual, los factores más importantes para reducir la concentración de aerosoles son la ventilación y la filtración. En las oficinas modernas, el sistema de HVAC es responsable de ambos factores en gran parte, incluida la eliminación de aire del interior de una sala específica, el ingreso activo de aire exterior al edificio y la filtración del aire recirculado. Numerosas características del sistema contribuyen a la eficacia del sistema de HVAC en su conjunto, incluidos los recambios de aire por hora, los niveles de filtración conforme al valor de informe de eficiencia mínima (MERV, por sus siglas en inglés), el cronograma de ingreso de aire exterior, la ubicación de los conductos, la eficiencia del pleno y cualquier opción de filtración avanzada empleada.

En nuestro modelo, simulamos el movimiento del aire mediante el seguimiento de los cambios de temperatura y presión a través del volumen de todo el espacio y la AHU. Los ventiladores de HVAC de origen (y cualquier otro ventilador presente) producen la presión, la cual fluye por medio de la transmisión de aire hacia las áreas de baja presión del piso. Las áreas de baja presión del piso son los conductos de aire de retorno y cualquier otro ventilador en el piso.

El resultado de las simulaciones del modelo son mapas de densidad de aerosoles para cada intervalo de tiempo a lo largo del día (Fig. 2).

Armstrong proporcionó a Haven Diagnostics datos técnicos sobre sus productos, incluidas las placas de plafón AIRASSURE y los purificadores de aire VIDASHIELD UV24, y una unidad de filtro de ventilador (FFU, por sus siglas en ingles) estándar de la industria.
 

Plafones AIRASSURE

Según las especificaciones técnicas de Armstrong, las placas de plafón estándar tienen una tasa de fuga de hasta cuatro (4) veces la de los sellos AIRASSURE. Las placas de plafón AIRASSURE también aumentan la eficacia de la filtración a través del plafón hasta en un 40%. Este valor es en comparación con los plafones falsos típicos donde el aire del pleno y la sala pasarn por el plafón a la interfaz del sistema de suspensión. El aerosol y las microgotas, por supuesto, no pueden atravesar barreras como muros. Sin embargo, existe la posibilidad de que el aire fluya a través del pleno: este movimiento de aire a través de la barrera no solo afecta la eficiencia de la recirculación de la AHU, sino que también permite que aire sin filtrar atraviese el piso independientemente del diseño estructural.

En teoría, el movimiento a través de la barrera puede causar la propagación de aerosoles de una sala a otra a través del pleno. Cuando modelamos el movimiento del aerosol en áreas abiertas del piso, como la cafetería para empleados de 800 pies cuadrados, el efecto de tener un pleno en la sala en comparación con no tener un falso plafón en la transmisión de aerosoles no fue importante. Sin embargo, donde había salas de reuniones y oficinas privadas una al lado de la otra, o al lado de espacios para empleados, la fuga de aerosoles entre salas sí tuvo un efecto en la transmisión.

Para modelar el efecto de la tecnología de plafón AIRASSURE en salas adyacentes, Haven y Armstrong llevaron a cabo un experimento que midió los niveles de CO₂ en una sala de origen y la sala adyacente. Esto se logró utilizando hielo seco como fuente de CO₂ y midiendo la concentración de CO₂ resultante en la sala adyacente.

En nuestras pruebas, sin las placas de plafón AIRASSURE, el 16.6% del CO₂ se transfirió de la sala de origen a la sala adyacente. Con las placas de plafón AIRASSURE, el 11.6% del CO₂ se transfirió de la sala de origen a la sala adyacente (una reducción de 30.1%).

Unidades de filtro de ventilador

Las unidades de filtro de ventilador se instalan en las rejillas de retorno como placas de plafón. Su función es filtrar el aire que ingrese al pleno, de modo que tenga alguna medida de filtración. El filtro del ventilador también proporciona un gradiente de presión entre el volumen de aire del pleno y el volumen de aire de la sala. Para los espacios que utilizan la unidad de ventilador con filtro para todas las rejillas de ventilación, esto minimiza el flujo de aerosol de sala a sala y es funcionalmente similar al uso de conductos de ventilación de retorno.

También modelamos configuraciones en las que hay filtros de ventilador instalados en rejillas de ventilación selectas. En tales configuraciones, las salas donde se emplean experimentaron una mejora apreciable en la reducción de la transmisión de aerosoles a través del pleno y, por lo tanto, a otras ubicaciones en el piso a través de rejillas de retorno normales. En esta configuración, la migración de aerosoles externos a la sala permaneció cercana a cero, a pesar de que el aire del pleno contenía algunos aerosoles de ubicaciones sin unidades de ventilador con filtro.

Unidades de purificación de aire VIDASHIELD UV24 de Armstrong

Los productos VIDASHIELD UV24 son unidades de ventilador independientes que canalizan el aire a través de una fuente de luz UV-C de alta potencia. El proceso neutraliza el 97% de los patógenos en una pasada, según los estudios técnicos del producto. Estas unidades pueden producir 3,200 pies cúbicos por hora y pueden colocarse específicamente donde la acumulación de aerosoles sería mayor sin modificar los conductos de HVAC existentes.

Modelamos dos configuraciones diferentes de las unidades VidaShield UV24. En una configuración, usamos el resultado de una ejecución de simulación anterior para comprender dónde ocurriría la mayor parte de la acumulación de aerosoles y colocamos seis (6) unidades VIDASHIELD UV24 alrededor del piso en esos lugares. La otra configuración tenía 23 unidades VIDASHIELD UV24 instaladas alrededor del piso en áreas de circulación alta y baja.

Modelamos una oficina con las características anteriores en dos niveles de densidad: baja densidad (24 personas) y alta densidad (108 personas) con una prevalencia de COVID-19 que coincidió con el promedio de los Estados Unidos en julio de 2020, octubre de 2020 y febrero de 2021 (aproximadamente un 1.2% infectados activamente). Cada escenario se ejecutó 1,000 veces para tener en cuenta una variación en los comportamientos.

En la situación del caso base con un pleno expuesto y 24 personas, se detectaron 3.2 casos de transmisión de COVID-19 (en promedio) durante un año, con una desviación estándar de 1.8 casos.

En la situación del caso base con un pleno expuesto y 108 personas, se detectó un promedio de 35.7 casos de transmisión de COVID-19 (+/- 9.3 casos). Cabe destacar que la variación registrada aquí depende de los datos y las estimaciones disponibles más recientes a partir de marzo de 2021, y la nueva información sobre la transmisión del SARS-CoV-2 y sus variantes puede incidir en los resultados.

Luego, agregamos varios productos Armstrong y otros en nuestro modelo para comprender la reducción del riesgo que suponía su agregado. Cabe destacar que las ubicaciones de las unidades VidaShield UV24 y las unidades de filtro de ventilador se optimizaron en función de las ubicaciones de máxima dispersión de aerosoles y microgotas.

Estas reducciones en el riesgo son comparables o significativamente más eficacesque muchas otras intervenciones que las empresas emplean de forma habitual. Por ejemplo, la “limpieza profunda” de la oficina probablemente reduce el riesgo en menos de 1%, y las flechas direccionales unidireccionales quizás tengan un efecto insignificante, e incluso la medición diaria de la temperatura tiene una sensibilidad solo del 8% al 18%, según el límite utilizado para la fiebre (Bielecki 2020).

Resumen

Las decisiones sobre las configuraciones de HVAC se evalúan más cuidadosamente ahora que hace dos años. Los riesgos de enfermedades infecciosas siempre han existido, pero la pandemia más reciente los ha puesto en el foco de la atención. Como resultado, las medidas para reducir estos riesgos serán un factor importante en los nuevos desarrollos para el regreso al trabajo. Una configuración eficiente de filtración, ventilación y HVAC puede desempeñar un papel clave en la mitigación de estos riesgos. Los productos Armstrong pueden aumentar la ventilación y la filtración como sistemas independientes o como agregado a un sistema de filtración que ya ofrece buenos resultados. Nuestro modelo predice que, cuando se implementan correctamente y en combinación, las placas de plafón Armstrong AirAssure, los sistemas de purificación de aire VidaShield UV24 y las unidades de filtro de ventilador pueden reducir la propagación indirecta de virus respiratorios hasta en un 25% y ser un componente importante para reducir el riesgo de propagación de la COVID-19

Apéndice

Políticas centrales para oficinas asumidas durante la simulación:
- Usar mascarillas a seis pies de distancia de otras personas
- Evitar actividades grupales en comedores y otras áreas de descanso
- Mantener la distancia social a más de seis pies cuando sea posible
- Establecer aforo máximo en salas de conferencias y duración de reuniones
- Evitar ir trabajar cuando NO se asumió que estaba enfermo (la frecuencia con la que los empleados se presentaron a trabajar con COVID-19 es igual a la prevalencia nacional histórica)