• How to use ventilation and air filtration to prevent the spread of coronavirus indoors

    The vast majority of SARS-CoV-2 transmission occurs indoors, most of it from the inhalation of airborne particles that contain the coronavirus. The best way to prevent the virus from spreading in a home or business would be to simply keep infected people away. But this is hard to do when an estimated 40% of cases are asymptomatic and asymptomatic people can still spread the coronavirus to others.

    Masks do a decent job at keeping the virus from spreading into the environment, but if an infected person is inside a building, inevitably some virus will escape into the air.

    I am a professor of mechanical engineering at the University of Colorado Boulder. Much of my work has focused on how to control the transmission of airborne infectious diseases indoors, and I’ve been asked by my own university, my kids’ schools and even the Alaska State Legislature for advice on how to make indoor spaces safe during this pandemic.

    Once the virus escapes into the air inside a building, you have two options: bring in fresh air from outside or remove the virus from the air inside the building.

    All of the air in a room should be replaced with fresh, outside air at least six times per hour if there are a few people inside.
    It’s all about fresh, outside air

    The safest indoor space is one that constantly has lots of outside air replacing the stale air inside.

    In commercial buildings, outside air is usually pumped in through heating, ventilating and air-conditioning (HVAC) systems. In homes, outside air gets in through open windows and doors, in addition to seeping in through various nooks and crannies.

    Simply put, the more fresh, outside air inside a building, the better. Bringing in this air dilutes any contaminant in a building, whether a virus or a something else, and reduces the exposure of anyone inside. Environmental engineers like me quantify how much outside air is getting into a building using a measure called the air exchange rate. This number quantifies the number of times the air inside a building gets replaced with air from outside in an hour.

    While the exact rate depends on the number of people and size of the room, most experts consider roughly six air changes an hour to be good for a 10-foot-by-10-foot room with three to four people in it. In a pandemic this should be higher, with one study from 2016 suggesting that an exchange rate of nine times per hour reduced the spread of SARS, MERS and H1N1 in a Hong Kong hospital.

    Many buildings in the U.S., especially schools, do not meet recommended ventilation rates. Thankfully, it can be pretty easy to get more outside air into a building. Keeping windows and doors open is a good start. Putting a box fan in a window blowing out can greatly increase air exchange too. In buildings that don’t have operable windows, you can change the mechanical ventilation system to increase how much air it is pumping. But in any room, the more people inside, the faster the air should be replaced.

    CO2 levels can be used to estimate whether the air in a room is stale and potentially full of particles containing the coronavirus.
    Using CO2 to measure air circulation

    So how do you know if the room you’re in has enough air exchange? It’s actually a pretty hard number to calculate. But there’s an easy-to-measure proxy that can help. Every time you exhale, you release CO2 into the air. Since the coronavirus is most often spread by breathing, coughing or talking, you can use CO2 levels to see if the room is filling up with potentially infectious exhalations. The CO2 level lets you estimate if enough fresh outside air is getting in.

    Outdoors, CO2 levels are just above 400 parts per million (ppm). A well ventilated room will have around 800 ppm of CO2. Any higher than that and it is a sign the room might need more ventilation.

    Last year, researchers in Taiwan reported on the effect of ventilation on a tuberculosis outbreak at Taipei University. Many of the rooms in the school were underventilated and had CO2 levels above 3,000 ppm. When engineers improved air circulation and got CO2 levels under 600 ppm, the outbreak completely stopped. According to the research, the increase in ventilation was responsible for 97% of the decrease in transmission.

    Since the coronavirus is spread through the air, higher CO2 levels in a room likely mean there is a higher chance of transmission if an infected person is inside. Based on the study above, I recommend trying to keep the CO2 levels below 600 ppm. You can buy good CO2 meters for around $100 online; just make sure that they are accurate to within 50 ppm.

    Air cleaners

    If you are in a room that can’t get enough outside air for dilution, consider an air cleaner, also commonly called air purifiers. These machines remove particles from the air, usually using a filter made of tightly woven fibers. They can capture particles containing bacteria and viruses and can help reduce disease transmission.

    The U.S. Environmental Protection Agency says that air cleaners can do this for the coronavirus, but not all air cleaners are equal. Before you go out and buy one, there are few things to keep in mind.

    If a room doesn’t have good ventilation, an air cleaner or air purifier with a good filter can remove particles that may contain the coronavirus.
    The first thing to consider is how effective an air cleaner’s filter is. Your best option is a cleaner that uses a high-efficiency particulate air (HEPA) filter, as these remove more than 99.97% of all particle sizes.

    The second thing to consider is how powerful the cleaner is. The bigger the room – or the more people in it – the more air needs to be cleaned. I worked with some colleagues at Harvard to put together a tool to help teachers and schools determine how powerful of an air cleaner you need for different classroom sizes.

    The last thing to consider is the validity of the claims made by the company producing the air cleaner.

    The Association of Home Appliance Manufacturers certifies air cleaners, so the AHAM Verifide seal is a good place to start. Additionally, the California Air Resources Board has a list of air cleaners that are certified as safe and effective, though not all of them use HEPA filters.

    Keep air fresh or get outside

    Both the World Health Organization and U.S. Centers for Disease Control and Prevention say that poor ventilation increases the risk of transmitting the coronavirus.

    If you are in control of your indoor environment, make sure you are getting enough fresh air from outside circulating into the building. A CO2 monitor can help give you a clue if there is enough ventilation, and if CO2 levels start going up, open some windows and take a break outside. If you can’t get enough fresh air into a room, an air cleaner might be a good idea. If you do get an air cleaner, be aware that they don’t remove CO2, so even though the air might be safer, CO2 levels could still be high in the room.

    If you walk into a building and it feels hot, stuffy and crowded, chances are that there is not enough ventilation. Turn around and leave.

    #réduction_des_risques #ventilation #CO2 #mesure_du_CO2 #purificateur_d'air #covid-19 #coronavirus #espaces_fermés #air #contamination

    • HKU mechanical engineering study reveals airborne transmission of COVID-19 opportunistic in nature and poor indoor ventilation plays a role in transmission - All News - Media - HKU

      Germans embrace fresh air to ward off #coronavirus | Germany | The Guardian

      Ventiler, quantifier le taux de CO2, filtrer, Groupe Jean-Pierre Vernant

      La seconde mesure consiste à équiper tous les établissements de capteurs de CO2 de sorte à optimiser la ventilation de chaque pièce :

      fenêtre entrebâillée en permanence ou ouverte périodiquement en grand
      révision des systèmes de ventilation forcée, quand ils existent, et réglage des vitesses de ventilation

      La mesure de CO2 s’effectue à 1 m 50 ou 2 m du sol, avec un relevé au cours du temps. Le taux de CO2 doit être amené, en permanence, au niveau le plus bas possible. Un objectif quantitatif consiste à essayer d’atteindre 200 ppm de plus qu’à l’extérieur (soit 650 ppm à Paris). Les mesures préliminaires effectuées en milieu universitaire et scolaire montrent des taux anormalement élevés, y compris là où les VMC sont aux normes. Passer de 1500 ppm à 650 ppm permet de gagner au moins un facteur 5 en probabilité d’infection, et probablement beaucoup plus, par effet de seuil/de dose. Il conviendrait de fixer un maximum raisonnable (850 ppm est une valeur type recommandée par différents scientifiques) au delà duquel il faille :

      diminuer la jauge d’occupation
      ajouter un système de filtration (voir ci-dessous)
      faire réviser la ventilation forcée pour augmenter le débit
      Il convient d’avoir un recensement exhaustif des salles à risques, avec une attention particulière pour les lieux de restauration.
      Budget pour améliorer la ventilation — L’essentiel passe par des circulaires ministérielles et par une campagne de sensibilisation par des scientifiques, évitant le ton des campagnes du printemps.
      Budget pour les capteurs CO2 — Equiper chaque établissement scolaire, et chaque UFR d’un capteur CO2, produit à 50 €, coûte 3 millions €. Il faut pour cela une commande d’Etat de 60 000 capteurs-enregistreurs, et le recrutement et la formation de techniciens aidant à la mise-en-œuvre.

    • Covid-19 : l’aération, pilier jusqu’ici négligé de la prévention, c’est cité par Macron donc, Le Monde.


      Diluer par la ventilation la concentration du virus dans l’air pourrait réduire les contaminations en lieux clos. Des chercheurs proposent de généraliser les capteurs de CO2, un indice utile à condition de bien interpréter la mesure.
      Par David Larousserie

      La recommandation est tombée comme une évidence lors de l’entretien avec Emmanuel Macron, le 14 octobre, annonçant le couvre-feu en Ile-de-France et dans huit métropoles : « Aérer régulièrement (…), dix minutes trois fois par jour. » C’est, selon le président de la République, la quatrième règle barrière que tout le monde devrait suivre. L’évidence est en fait assez récente. Le Haut Conseil de la santé publique (HCSP) l’évoque dans bon nombre de ses avis, et des médecins le proclament depuis longtemps, mais la consigne restait loin derrière le lavage des mains, les masques ou les distances de sécurité. Le conseil scientifique ne l’a mentionnée que deux fois dans ses avis, à propos des municipales et des écoles.

      Sans doute cette soudaine mise en avant doit-elle beaucoup à la chancelière allemande, Angela Merkel, qui depuis plusieurs semaines insiste sur l’importance de la ventilation pour contrer l’épidémie et dont le gouvernement a prévu 500 millions d’euros d’ici à 2024 pour la rénovation des systèmes de ventilation des bâtiments publics.

      La logique de cette consigne est assez simple. Puisque le virus se transmet par l’air, diminuer sa concentration, en le diluant par un air renouvelé, abaisse les risques. Sauf que, dans le détail, la situation est plus compliquée, comme viennent d’en faire l’expérience plusieurs enseignants-chercheurs et chercheurs.

      « A la rentrée universitaire, nous voulions assurer la sécurité sanitaire de nos enseignements. Alors nous avons commencé à réfléchir de façon informelle au meilleur protocole à suivre », se souvient Bruno Andreotti, professeur de physique à l’Université de Paris, qui a participé à cette réflexion avec une poignée de volontaires, physiciens, biologistes, informaticiens… La question des masques, des gels ou de la distance étant déjà bien établie, il restait celle de l’aération.

      Situations variables

      D’abord, il a fallu arbitrer une « controverse ». Même si l’Organisation mondiale de la santé maintient que « la transmission du SARS-CoV-2 par les aérosols n’a pas été démontrée », une accumulation d’indices montre que les postillons ou les gouttes exhalées ne sont pas les seules sources de contamination, et donc que les particules qui restent dans l’air plus longtemps (les aérosols) comptent beaucoup. Par exemple, une équipe néerlandaise en juillet a montré la transmission aérienne du virus entre deux cages abritant des furets. Des infections de plus de 30 personnes à partir d’un seul malade dans des chorales en Allemagne ou aux Etats-Unis plaident aussi en faveur de ce mode de contamination. Et donc pour le bien-fondé de la ventilation.
      Ensuite, « recommander d’aérer, c’est une chose, mais savoir quantitativement si c’est bien fait, c’en est une autre », précise Benoit Semin, chercheur CNRS au Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogènes, à Paris, qui a mené avec des collègues des mesures dans les salles de classe, de réunion, le métro, les voitures, les restaurants… Ces volontaires découvrent alors que, même dans une salle moderne équipée de ventilation aux normes, les situations sont très variables. Ils quantifient aussi l’effet d’une ouverture de fenêtres ou de portes. Ils constatent l’effet de la présence de 5, 10 ou 20 personnes dans une pièce.

      Comment ? Grâce à des capteurs bon marché, à une centaine d’euros, qui mesurent la concentration en dioxyde de carbone, CO2, qui est un gaz exhalé par la respiration humaine. La variation de la concentration de ce gaz permet donc de mesurer l’effet d’une ventilation mécanique ou manuelle par l’ouverture des portes et fenêtres, tout comme elle renseigne sur la présence d’humains dans la pièce.

      « Au début, nous avons suscité l’incompréhension de nos administrations », raconte Jacques Haiech, professeur honoraire de l’université de Strasbourg. « Il a fallu batailler », complète Bruno Andreotti. Les mesures montraient en effet quelques défaillances dans les ventilations…

      « Dès qu’on met un capteur dans une salle indiquant la concentration, cela crée des réflexes pour ventiler », explique Benoit Semin. « On voit même des profs annoncer qu’ils ont fait cours à tel ou tel niveau de concentration en CO2 », apprécie Bruno Andreotti. Ces campagnes de mesures bénévoles ont permis de constater qu’il faut une demi-heure environ pour qu’une personne seule fasse plus que tripler la concentration en CO2 (pour une pièce de 10 m3). Ou que dans une salle de réunion, même avec une ventilation rénovée, les teneurs en CO2 montent vite. Les ventilations ne sont en effet pas prévues pour, comme à l’hôpital, éviter les pathogènes et leur taux de renouvellement d’air est bien plus faible.

      Estimation du risque délicate

      « Les relations avec l’administration s’améliorent. Maintenant il faut passer à l’acte et s’équiper en compétence et en matériel », insiste Jacques Haiech. Plusieurs participants aux discussions et mesures ont mis en ligne un guide des bonnes pratiques sur un site critique de l’évolution de la politique de recherche, le « Groupe Jean-Pierre Vernant ». Désormais, dans plusieurs universités, les étudiants viennent en polaire en cours, leurs profs mangent la fenêtre ouverte, aèrent cinq minutes toutes les demi-heures. Le guide chiffre à 3 millions d’euros la dépense pour 60 000 capteurs, dont certains sont en rupture de stock. « On pourrait lancer des PME pour la fabrication de purificateurs d’air ou de capteurs. Mobiliser les étudiants et les profs pour faire ces mesures… », rêve Bruno Andreotti, qui peste contre l’inertie du système.

      Voilà pour les mesures. Mais, ensuite, quel seuil d’alerte fixer ? La réponse est pour l’instant impossible à donner, car personne ne sait quelle charge virale est contaminante et, a fortiori, quelle concentration dans l’air serait risquée. Deux hypothèses peuvent être avancées.

      L’une est que la probabilité d’être infecté est proportionnelle à la concentration en virus. Alors, mesurer la concentration en CO2 est une bonne manière d’estimer le risque de contamination.

      L’autre hypothèse est qu’il existe un seuil au-delà duquel on est contaminé et en deçà non. L’estimation du risque serait plus délicate, mais cela signifierait aussi qu’il est possible d’empêcher toute contamination. En 2019, une équipe taïwanaise a ainsi rapporté avoir réussi à supprimer la tuberculose dans des salles de classe correctement ventilées. Pour le nouveau coronavirus, aucun seuil ne peut encore être défini. Il semble donc imprudent, sur le plan sanitaire, de proposer des indicateurs rouge, orange ou vert en fonction de la concentration en CO2 d’une pièce, comme le suggèrent de nombreux amateurs : leurs capteurs faits maison pourraient procurer des assurances trompeuses.

      Sur la charge virale qui détermine la contamination, évoquer la thèse d’un seuil sans rappeller pas l’effet dose (cf, diminution de l’ampleur des symptômes si masques) n’est pas très sport.