Исследование распространения воздушно-капельных инфекций в офисных помещениях

В июне 2020 года рабочая группа студентов Института передовых производственных технологий (ИППТ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) и сотрудников Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» провела исследование распространения воздушно-капельных инфекций в офисных помещениях. На проект был выделен грант Фонда поддержки инноваций и молодежных инициатив Санкт-Петербурга.

Проект реализован для решения задач подготовки социально значимых объектов к работе в пост-пандемических (COVID-19) условиях. При выполнении расчетов рассматривался набор задач, решение которых позволяет выявить влияние на вероятность распространения инфекции таких факторов, как вид рассадки сотрудников в помещении, расстояние между столами и высота перегородок или экранов на столах сотрудников.

Моделирование выполнялось для помещения с четырьмя посадочными местами, оборудованного приточно-вытяжной системой вентиляции с двумя каналами для подачи и двумя каналами для отведения воздуха. Производительность моделируемой системы вентиляции соответствует правилам и нормам для офисных помещений. Дополнительно модель помещения предполагала наличие компенсационного канала отведения воздуха с нулевым давлением.

Перед началом основной части исследования была решена серия тестовых задач для изучения процесса движения воздушных масс, выдыхаемых человеком. Моделирование проводилось с учетом выдыхаемых мелких частиц или капель, которые могут содержать вирус. Предварительный расчет показал, что такие частицы имеют крайне малую массу, в связи с чем могут переноситься вместе с выдыхаемым воздухом на достаточно большие расстояния, представляя угрозу для окружающих.

В рамках основного исследования рассматривалось три вида рассадки сотрудников:

• прямоугольная рассадка;
• рассадка цветком;
• обратная рассадка цветком.

Для каждой из рассадок рассматривалось несколько вариантов расстояний между столами сотрудников и несколько вариантов перегородок.

В первой части исследования было выполнено моделирование воздушных потоков в помещении для трех рассадок с различным расстоянием между столами сотрудников. В целях повышения точности и определенности получаемых результатов при моделировании считалось, что газ, выдыхаемый каждым из сотрудников, а также газ, поставляемый системой вентиляции, различны (т.е. для ситуации рассадки четырех сотрудников и наличия в помещении приточной вентиляции моделировались пять газовых потоков). Подобный подход позволяет при анализе результатов корректно провести дифференциацию газов и оценить вероятность заражения.

С учетом подобного разделения газов для качественной оценки риска заражения было вычислено процентное соотношение между долями газов, находящихся в сферической области радиусом 0,5 м вблизи головы каждого из сотрудников.

Анализ результатов для различных вариантов компоновки посадочных мест показал, что при установке мест близко друг к другу наиболее опасной оказывается рассадка цветком. При других вариантах вероятность заражения оказывается ниже, однако остается высокой.

Распределение воздушных масс для трех видов рассадки при расположении столов близко друг к другу

При увеличении расстояния между посадочными местами вероятность передачи инфекции между сотрудниками снижалась и оказывалась минимальной при наибольшем расстоянии. При этом моделирование показало, что с увеличением расстояния наиболее эффективно риск заражения снижается при рассадке цветком.

Сравнительный анализ опасности рассадки в зависимости от расстояния между столами

Во второй части исследования была оценена эффективность применения перегородок или экранов для защиты сотрудников от распространения воздушно-капельных инфекций. В этом случае моделирование подтвердило утверждение о том, что применение перегородок позволяет снизить вероятность передачи, однако в результате проведения анализа также наблюдалось положительное влияние увеличения высоты перегородок.

Сравнительный анализ опасности рассадки в зависимости от высоты перегородок и расстояния между местами

Кроме прочего, проведенное исследование подтвердило, что риск распространения инфекции в помещении в существенной степени может зависеть от параметров системы вентиляции, и в случае некорректного ее функционирования вероятность заражения для части сотрудников может возрасти.

Результаты исследования применены при разработке специализированного интерактивного опросника для владельцев бизнеса и представителей предприятий, размещенного на сайте Фонда поддержки инноваций и молодежных инициатив Санкт-Петербурга. Проект Фонда, направленный на адаптацию социально значимых объектов, представил результаты по подготовке выставочных пространств и предполагает продолжение исследований для образовательных, спортивных и других учреждений.

Небезопасная (слева) и безопасная (справа) рассадка