COVID-19を抑えるために空調・換気設備ができること

柳宇，博士（公衆衛生学・工学）

工学院大学 建築学部 教授

１．室内環境中でのSARS-CoV-2の挙動

0.3

100

沈降速度 [cm/s]

1.5m落下の所要時間 [min]12080600.2v=

gDp2ρp18μ0.1

v：週末沈降速度 [cm/s]
g：重力加速度 [cm/s2]
Dp：粒径 [cm]
ρp：粒子の密度 [g/cm3]
μ：空気の粘度 [g/(cm･s)]

0.0

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
粒径 [μm]2000510 15 20 25 30 35 40 45 50
粒径 [μm]

粒径10μm以下の粒子は無風状態で室内に長時間浮遊することが分かる（1μm：14.4h；5μm：35min；10μm：9min）。
出典
柳宇：ウイルス感染拡大を抑えるために設備技術者が出来ること感染制とその制御、BE
建築設備、第834号、2020１．室内環境中でのSARS-CoV-2の挙動

呼吸

会話

持続発声

せき

既往の研究では、ヒトの呼吸器系由来の活性飛沫核の粒径は殆ど<5-10μmであることが分かっている。
Chao CYH, Wan MP, Morawska L, et al.
Characterization of expiration air jets and droplet
size distributions immediately at the mouth opening.
J Aerosol Sci. 2009; 40: pp.122-133.
Fang M, Lau APS, Chan CK, et al. Aerodynamic
properties of biohazardous aerosols in hospitals.
Hong Kong Med J. 2008; 14: pp.26-28.
Morawska L, Johnson GR, Ristovski ZD, et al. Size
distribution and sites of origin of droplets expelledfrom the human respiratory tract during expiratory
activities. J Aerosol Sci. 2009; 40: pp.256-269.

Almstrand AC, Bake B, Ljungstrom E, et al. Effectof airway opening on production of exhaled particles.
J Appl Physiol. 2010; 108: 584-588

Johnson GR, et al. Corbett S. Modality of human
expired aerosol size distributions. Journal ofAerosol Science, 42, pp.839-851, 2011.

１．室内環境中でのSARS-CoV-2の挙動

出典
Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y. et al. Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals.
Nature, 2020. medRxiv, https://doi.org/10.1038/s41586-020-2271-3

１．室内環境中でのSARS-CoV-2の挙動
感染症流行が起きたときに，疫学的にはその流行が拡大するのか，収束するのかを評価する指標として基本再生産数Ro（Basic reproduction number）または実効再生産数Rt （Effective reproductionnumber）が用いられている。基本再生産数Roは，疫学において，感染症に感染した1人の感染者が，まだその感染症の免疫を1人も持っていない集団人口に入ったとき平均で何人に直接感染させるかという人数を表す。従って，Roは感染症の原因となる病原体そのものの伝播力の強さを表すものである。
病原体
MERS

R0

<1（集団感染事例：1.0-5.7）
飛沫・接触感染 3
SARS-CoV-1 咳に伴うエアロゾルの発生が場合はInfluenzaとMeaslesの間
Influenza
1.8-3.0
Measles
11-18

出典5）
6）
7）
8）

※エアロゾルとは，気体中に浮遊する微小な液体または固体の粒子と周囲の気体の混合体をいう。（日本エアロゾル学会）

出典5）WHO. MERS global
summary and assessment ofrisk, July 20196）WHO. Consensus
document on theepidemiology of severe acuterespiratory syndrome(SARS). 2003
7）Sunmi L, Michael G,
Gerardo C. optimal agespecific vaccination
strategies against pandemic
influenza. Bull Math Biol(2012) 74:958–980. 2010.
DOI 10.1007/s11538-0119704-y

8）Rubió PP. Is the basic
reproductive number (R0) for
measles viruses observed inrecent outbreaks lower thanin the pre-vaccination era?
Euro Surveill. 2012;17(31):pii=20233. 2012

２．空調・換気設備ができること

出典
ASHRAE Position Document on
Airborne Infectious Diseases_2020

２．空調・換気設備ができることー換気方式（1)ピストンフロー
気流はピストンのように動き、混合せずに、その前にある古い空気を押し出すので、もっとも換気の効率がよい。
出典：空気調和・衛生工学会：空気調和・衛生工学便
覧第14 版，3 空気調和設備
設計，2010（２)完全混合
完全混合では、濃度は時間的に上図のように減衰するするが、室内全ての点の値が等しい。
この方式はもっとも一般的な換気方式である。実際の場合、気流の滞留域が生じ、完全混合にはならないケースは殆どである。

（３)置換換気
この方式は、空気の温度差による換気力を利用した自然換気に機械換気を組み合わせたものである。即ち、上図に示すように、床レベルから室温より若干低い温度の新鮮空気を供給すると、この空気は室内の発熱体によって加熱され上昇気流となる。

２．空調・換気設備ができることー換気方式

出典
Ai ZT, Melikov AK. Airborne spread of expiratory droplet nuclei between the occupants of indoor
environments: A review, Indoor Air. 2018;28:500–524.

感染者と非感染者の位置関係が特定されれば、ピストンフロー（手術室）やPush-Pull（診察室、PCR検査室）が適用できる。
そうでない場合はリスクが高くなる場合がある。

４．空調・換気設備ができることー換気感染症と換気・ろ過の関係

Wells-Rileyモデル
PI：感染確率 [-]C：新たな感染者数 [人]S： 感受者宿主数 [人]I： 感染者数 [人]Q：室換気量 [m3/s]
q： 発生量 [quanta/s]（最小感染単位）
p： 一人当たり呼吸量 [m3/(人･s)]
t： 曝露時間 [s]V： 室容積 [m3]λ：循環を含めた清浄空気の量 と室容積の比[1/h]K1：ろ過による感染性粒子の除去[1/h]
K2：感染性粒子の沈着量 [1/h]出典
Wells WF: Airborne Contagion and Air Hygiene. An Ecological Study of Droplet Infections. Harvard
University Press, Cambridge, 1955.
The Built Environment Research Group (www.built-envi.com). HVAC filtration and the Wells-Riley
approach to assessing risks of infectious airborne diseases—Final Report. 2012.

２．空調・換気設備ができることー換気14~48 h-1

出典Dai H, Zhao B. Association of infected probability of COVID-19 with ventilation rates in confined
spaces：a Wells-Riley equation based investigation. Doi:https://doi.org/10.1101/2020.04.21.20072397

２．空調・換気設備ができることー換気100

対象室面積500m2 ,容積1300m3

感染確率 [％]

感染者1名, 呼吸量0.48m3/h
滞在時間8時間10

quanta=100 h-1

quanta=50 h-1

1quanta=10 h-1
0.1
0

病原体

1

23

4 5 6 7 8
換気回数 [回/h]

9 10 11 12

quanta/h

一般的に使用される値

出典

Influenza≦15～500

67または100が56）～59）

Rhinovirus≦1～10Tuberculosis ≦1～5056）
13以下

SARS-CoV-1 ≦1～300
Measles≦570～560060）～64）57）,63）,64）

548065）,66)

WHOは、換気回数が2 ACH（AirChange per Hour、回/h）以下の場合、非隔離病室で勤務していた臨床スタッフの間の皮膚テストのツベルクリン反応率は高くなると報告している。
WHO. Natural ventilation for infection control inhealth-care settings. 2009. ISBN 978 92 4 154785
7

シンガポール病院の隔離室での空気サン
プルの活性はなかったが，排気口表面からとったサンプルには活性があった。換気回数は12 ACHであった。
Xiang SW, et al.：Air, Surface Environmental, andPersonal Protective Equipment Contamination bySevere Acute Respiratory Syndrome Coronavirus
2 (SARS-CoV-2) From a Symptomatic Patient,
JAMA Research Letter, March 4, 2020
(http://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2762692)

２．空調・換気設備ができることー換気WHOは、換気回数が2 ACH（AirChange per Hour、回/h）以下の場合、非隔離病室で勤務していた臨床スタッフの間の皮膚テストのツベルクリン反応率は高くなると報告している。

100

感染確率 [％]

quanta=50 h-1

108時間
1WHO. Natural ventilation for infection control in
health-care settings. 2009. ISBN 978 92 4154785 7

2時間
0.5時間

0.10

病原体

1234 5 6 7 8
換気回数 [回/h]

9 10 11 12

quanta/h

一般的に使用される値

出典

Influenza≦15～500

67または100が56）～59）

Rhinovirus≦1～10Tuberculosis ≦1～5056）
13以下

SARS-CoV-1 ≦1～300
Measles≦570～560060）～64）57）,63）,64）

548065）,66)

シンガポール病院の隔離室での空気サンプルの活性はなかったが，排気口表面からとったサンプルには活性があった。換気回数は12 ACHであった。
Xiang SW, et al.：Air, Surface Environmental,and Personal Protective Equipment
Contamination by Severe Acute Respiratory
Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) From a
Symptomatic Patient, JAMA Research Letter,
March 4, 2020
(http://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2762692)

２．空調・換気設備ができることーろ過
表2 粒径別最小捕集率報告値（MERV）
MERV
0.3-1.0 µm 1.0-3.0 µm 3.0-10 µm
1n/an/aE3<202n/an/aE3<203n/an/aE3<204n/an/aE3<205n/an/a20≦E36n/an/a35≦E37n/an/a50≦E38n/a20≦E270≦E39n/a35≦E275≦E310n/a50≦E280≦E31120≦E165≦E285≦E31235≦E180≦E290≦E31350≦E185≦E290≦E31475≦E190≦E295≦E31585≦E190≦E295≦E31695≦E195≦E295≦E3n/a: not available

２．空調・換気設備ができることーろ過

感染確率 [％]

10010quanta=100 h-1

quanta=50 h-1

1quanta=10 h-1
0.101234 5 6 7 8
換気回数 [回/h]

9 10 11 12