Efectul poluării atmosferice exterioare asupra aerului din interior și rolul sistemelor de ventilație

Un studiu desfășurat între noiembrie 2022 și aprilie 2024 de cercetători de la Universitatea din Utah a analizat modul în care episoadele de poluare atmosferică (precum inversiunile termice, fumul de la incendii de vegetație și furtunile de praf) afectează concentrația de particule PM2.5 în aerul interior al clădirilor comerciale. Studiul a evaluat și influența diferitelor sisteme HVAC (încălzire, ventilație și aer condiționat) - cu și fără economizor de aer și cu diferite niveluri de filtrare - asupra infiltrării particulelor în 17 clădiri universitare.
Particulele în suspensie (PM), în special cele cu diametrul mai mic de 2,5 microni (PM2.5), reprezintă un factor major de risc pentru sănătatea umană, fiind asociate cu boli respiratorii cronice, infecții respiratorii, cancer pulmonar și evenimente cardiovasculare acute. Întrucât oamenii petrec aproximativ 85–90% din timp în interior, calitatea aerului interior (IAQ) devine un determinant crucial pentru expunerea zilnică la PM2.5 și, implicit, pentru riscurile asupra sănătății. Sistemele HVAC pot juca un rol dublu: pot reduce concentrațiile interioare prin filtrare, dar pot și intensifica poluarea interioară în anumite condiții, mai ales dacă sunt prevăzute cu economizoare de aer care aduc volume mari de aer din exterior.

Despre studiu

Metodologie

• Perioada: Noiembrie 2022 – Aprilie 2024
• Locații: 17 clădiri universitare (săli de clasă, laboratoare, lholuri) și 2 puncte de monitorizare a aerului exterior.
• Instrumente: Rețea de 21 de senzori de aer de tip low-cost (Plantower PMS3003 pentru PM2.5), calibrată în laborator.
• Evenimente monitorizate: 9 inversiuni termice, 17 episoade de praf și 2 episoade de fum de incendii forestiere.
• Sisteme HVAC clasificate în 3 grupe:
  - HVAC-1: Ventilație mecanică cu economizor de aer, filtru MERV-13.
  - HVAC-2: Ventilație mecanică fără economizor, filtru MERV-13.
  - HVAC-3: Ventilație naturală, filtru sub MERV-8.

Parametri analizați

• Concentrația medie și maximă de PM2.5 (μg/m³)
• Corelația indoor-outdoor (R²)
• Raportul indoor/outdoor (I/O)
• Factorul de infiltrare (Fin)

Rezultate

Concentrații de PM2.5

• Per ansamblu, valorile medii de PM2.5 în interior au fost foarte reduse (sub 1 μg/m³), sub limita OMS de 15 μg/m³.
• Episoadele de fum de la incendii au generat cele mai mari concentrații interioare:
  - HVAC-1: medie 8,67 μg/m³
  - HVAC-2: 2,47 μg/m³
  - HVAC-3: 7,56 μg/m³
• Episoadele de praf au avut impact minim (0–0,34 μg/m³).
• Inversiunile termice au dus la creșteri moderate (0,57–1,85 μg/m³).

Corelație indoor-outdoor și infiltrare

• Cea mai mare corelație (R² = 0,69–0,73) s-a înregistrat în timpul episoadelor de fum, semnalând o relație puternică între PM2.5 exterior și interior.
• Valorile I/O și Fin au fost semnificativ mai mari în timpul fumului decât în episoadele de praf sau inversiuni.
• Sistemele HVAC-1 au avut cele mai mari niveluri de infiltrare, deși aveau filtre performante (MERV-13). Explicația este ventilația crescută datorată economizorului de aer.
• Sistemele HVAC-2 (fără economizor) au oferit cea mai bună protecție.
• HVAC-3 a avut performanță slabă din cauza filtrării reduse, în ciuda ventilației naturale.

Interpretare

Compoziția și dimensiunea particulelor

• Praful are particule mai mari, ușor filtrabile, și este subestimat de senzorii optici low-cost.
• PM din inversiuni (amoniu și nitrați) se află în echilibru gaz-particulă; în condițiile din interior, multe se transformă în fază gazoasă, scăzând nivelul de PM2.5 detectabil.
• Fumul de la incendii, bogat în carbon organic/negru și particule fine (0,1–1 μm), este ușor detectat de senzori și dificil de filtrat complet.

Rolul sistemelor HVAC

• Economizoarele de aer contribuie la creșteri episodice ale PM2.5 interior chiar și în clădirile cu filtre de înaltă eficiență.
• Modelele HVAC cu ventilație constantă și fără economizor (HVAC-2) s-au dovedit cele mai eficiente în limitarea pătrunderii particulelor.
• Calitatea filtrului (MERV) influențează mai mult infiltrarea decât rata de ventilație.

Concluzii

• Fumul de la incendii forestiere a avut cel mai mare impact asupra calității aerului interior, urmat de inversiuni și, în cele din urmă, episoadele de praf.
• Sistemele HVAC cu economizor de aer (HVAC-1) au permis o infiltrare mai mare de PM2.5 în ciuda filtrelor performante, în timp ce HVAC-2 a oferit cea mai bună protecție.
• Rezultatele susțin recomandările recente ale ASHRAE privind oprirea economizorului în timpul episoadelor de poluare.
• Acest studiu subliniază necesitatea unor strategii dinamice de control HVAC adaptate calității aerului exterior și arată că filtrarea și ventilația controlată pot reduce expunerea la poluanți.

Implicații pentru sănătatea publică și viitorul cercetării Adaptarea funcționării sistemelor HVAC în funcție de indicele de calitate a aerului poate îmbunătăți semnificativ protecția în clădiri comerciale. Viitoare cercetări ar trebui să includă:

• Simulări IAQ complexe
• Utilizarea de senzori pentru particule mari
• Evaluări ale eficienței filtrului în timp real
• Date despre fluxul de aer și orientarea clădirii față de vânt

Aceste direcții ar putea contribui la dezvoltarea unor soluții eficiente și adaptive pentru protejarea sănătății în clădiri în fața poluării atmosferice tot mai frecvente.