Virüslerin Özellikleri ve Pandemi Sürecinde İklimlendirme Sistem Parametrelerinin Değerlendirilmesi

16 Aralık 2020 Dergi: Aralık-2020

Doç. Dr. Ayhan Onat1, Erol Kabil2
1Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Makine Mühendisliği, Termodinamik Ana Bilim Dalı, TESİDER Üyesi
2Pendik Veteriner Kontrol Enstitüsü

1. VİRÜSLER

1.1. Virüslerin Yapısı

Virüsler protein ya da karmaşık yapıdan oluşan bir muhafaza içinde paketlenmiş DNA veya RNA’ya sahip çok küçük infeksiyoz ajanlardır [1]. Latince zehir anlamına gelen virüslerin cansız ortamda çoğalmaları mümkün değildir. Çoğalabilmeleri ve varlıklarını sürdürebilmeleri için mutlaka canlı bir yapıya ihtiyaç duyarlar. Bu çoğalmayı da enfeksiyon oluşturdukları hücrenin organellerini kullanarak meydana getirirler. Şekil 1’de SARS-CoV-2’nin yapısının şematik gösterimi verilmektedir. 

Sekil 1. SARS-CoV-2-virus-yapisinin-sematik-gosterimiŞekil 1. SARS-CoV-2 virüs yapısının şematik gösterimi [2].

Birçok bakteriden 10-20 kat küçük olan virüsler, antibiyotiklerden etkilenmezler. Bakteriler ise değişik tarzlarda antibiyotiklere duyarlılık gösterirler ve kendi başlarına çoğalma yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle bakteriler canlı ve cansız tüm ortamlarda üreyebilirler. Bunun birkaç istisnası kendi başlarına üreme yapabilecek tüm mekanizmalarına sahip olmalarına rağmen sadece canlı ortamda üreyebilen ve boyutları virüslere yakın olan; klamidiya ve riketsiyalardır. Virüsler boyutları bakımından farklılıklar gösterirler. İncelenen virüslerin çoğunluğu 20 ila 300 nanometre çapa sahiptirler Çoğu virüs optik mikroskopla görülemez, virüsleri görüntülemek için elektron mikroskobu kullanılır. Şekil 2’de ise virüsler ve diğer mikroskobik yapılar arasındaki boyut farklılıkları verilmektedir.

Sekil 2. Virusler-ve-diger-mikroskobik-yapilar-arasindaki-boyut-farkliliklariŞekil 2. Virüsler ve diğer mikroskobik yapılar arasındaki boyut farklılıkları [3].

Bugün 30.000'den fazla farklı virüs izolatı bilinmektedir ve 3.600'den fazla türde, 164 cins ve 71 ailede gruplandırılmıştır [4]. Bazı virüsler sadece hayvanlarda enfeksiyon oluştururken (şap, sığır vebası vs.), bazıları sadece insanlarda enfeksiyon oluştururlar (kızamık, kabakulak, Polio vs.) bazıları da hem hayvanlarda hem de insanlarda enfeksiyon oluşturur (kuduz, avian enflüanza vs.). 

İlk virüs izolasyonu, 1892 yılında tütün mozaik virüsünü izole eden Dmitri IWANOWSKI tarafından yapılmıştır. IWANOWSKI’nin virüs izolasyonundan sonra dünyada üçüncü virüs izolasyonunu yapan ülkemiz bilim insanlarından Veteriner Hekim Adil Mustafa ŞEHZADEBAŞI’dır. 1897 yılında Sığır Vebası virüsünün filtrelerden geçtiğini ispat ederek kuduz aşısından sonra dünyada ilk kez sığır vebası serumunu üretmiştir. Ancak PASTEUR, İWANOWSKI ve Adil Mustafa ŞEHZADEBAŞI ’da virüslerin ne olduğunu bilmiyordu. Bakterilerden daha küçük olan bu etkenler PASTEUR’e göre olsa olsa zehir olabilirdi.  O yüzden bu hastalıkları yapan bakteri olmayan bu etkenlere Latince zehir anlamına gelen virüs ismi ilk defa  PASTEUR tarafından kullanılmıştır. Tablo 1’de DNA ve RNA virüslerinin morfolojik özellikleri verilmektedir.

Tablo 1. DNA ve RNA virüslerinin morfolojik özellikleri [5].

Virüs familyası

Çap (nm)

Zarf

Simetri

Kapsomer

Etere Duyarlılık

DNA VİRÜSLERİ (familyalar)

Adenoviridae

70-90

-

İkosahedral

252

Duyarsız-Ölmez

Hepadnaviridae

42

+

İkosahedral

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Herpesviridae

150

+

İkosahedral

162

Duyarlı-Ölür

İridoviridae

125-300

+

İkosahedral

1892

Duyarlı-Ölür

Papovaviridae

45-55

-

İkosahedral

72

Duyarsız-Ölmez

Parvoviridae

18-26

-

İkosahedral

32

Duyarlı/Duyarsız

Poxviridae

230x400

+

Kompleks yapı

Bilinmiyor

Duyarsız-Ölmez

RNA VİRÜSLERİ (familyalar)

Arenaviridae

110-130

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Birnaviridae

60

-

İkosahedral

92

Duyarsız-Ölmez

Bunyaviridae

90-120

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Calicivirade

35-40

-

İkosahedral

32

Duyarsız-Ölmez

Coronaviridae

75-160

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Filoviridae

790-970x80

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Flaviviridae

40-50

+

İkosahedral

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Orthomyxoviridae

80-120

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Paramyxoviridae

150-300

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Picornaviridae

25-30

-

İkosahedral

32

Duyarsız-Ölmez

Reoviridae

60-80

-

İkosahedral

Bilinmiyor

Duyarsız-Ölmez

Retroviridae

80-100

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Rhabdoviridae

75x180

+

Helikal

Bilinmiyor

Duyarlı-Ölür

Togaviridae

50-70

+

İkosahedral

60

Duyarlı-Ölür


Virüsler elektron mikroskobunda görünüşlerine göre Yuvarlak, Flamentöz, Mermi Benzeri, Briket tuğla benzeri formlular diye tanımlanırlar.  Elektron mikroskopta bakıldığında virüsler üç ana kısımdan oluştuğu görülür 1-Kapsomerler ve kapsit, 2-Zarf, 3-Nükleik asitler şeklindedir. Şekil 3’de virüslerin şekilleri ve yapısı verilmektedir.

Sekil 3. Viruslerin-yapisiŞekil 3. Virüslerin yapısı [6].

1.2. Virüslerin Replikasyonu (Çoğalma) Basamakları 

1) Hücre membranına bağlanma (adsorbsiyon)
2)Hücreye giriş (penetrasyon, endositozis, internalizasyon)
3) Kapsidin ve/veya zarfın çıkarılması
4) Viral ekspresyon
a) Transkripsiyon
b) Translasyon
5) Nükleik asit sentezi (genom replikasyonu)
6) Viral komponentlerinin sentezi ve montajı (asamble)
7) Virüslerin olgunlaşması ve hücreden çıkışı

1.3. Zarflı Virüslerin Replikasyonu (Çoğalması)

Virüsler, bu replikasyon (çoğalma) basamaklarını enfekte ettiği canlı hücreye tamamlatarak; hücreleri ya patlatarak ya da hücreden tomurcuklanarak dışarı çıkan her bir virüs, çoğalabileceği canlı hücre arayışına girerler. Bu çoğalma mekanizması tam anlamıyla virüsün yaşam mücadelesini oluşturur. Virüslerin çoğalma basamakların en önemlilerinden biri olan zarfın oluşumu; reseptörlere tutunarak hücre içine giren virüs eğer hücreyi parçalamadan hücrenin dışına çıkar ise (bu genelde tomurcuklanma ile olur) hücre zarından kendine bir zarf alır. Bu nedenle bu tür virüslere zarflı virüsler denir.  Şekil 4’de virüslerin reseptöre bağlanarak hücre içerisine girip hücreden zarf alarak tomurcuklanarak tekrar çıkışını göstermektedir. Bu tür virüslere zarflı virüsler denir.

Sekil 4. Viruslerin-reseptore-baglanarak-hucre-icerisine-girip-tomurcuklanarak-hucreden-zarf-alarak-tekrar-cikisiŞekil 4. Virüslerin reseptöre bağlanarak hücre içerisine girip tomurcuklanarak hücreden zarf alarak tekrar çıkışı [7].

1.4. Zarfsız Virüslerin Replikasyonu (Çoğalması)

Hücreleri patlatarak hücreden dışarı çıkarak çoğalan virüsler ise hücreden herhangi bir zarf alamadığından bunlar zarfsız virüsler olarak adlandırılır. Zarflı virüslerin yüzeylerindeki antijenik yapıların zarfsız olanlardan daha fazla olduğu belirtilmektedir. Bu nedenle zarflı virüslerin daha kolay hücrelere girebileceği ve enfeksiyon oluşturabileceği iddia edilmektedir [7,8].
 
1.5. Virüslerin Reseptörleri

Yüzeylerinde spesifik reseptör taşımayan hücrelere, virüsler genellikle tutunamazlar. Spesifik bir virüse duyarsız olan veya yüzeylerinde spesifik reseptör olan hücreleri bulundurmayan hayvanlar, embriyolarına spesifik reseptör geni verilerek transgenik hale getirilirlerse belli hücrelerin yüzeylerinde spesifik reseptör oluşturulduğunda virüsler hücreye tutunabilir ve çoğalmak için hücrelerin içine girebilir. Ancak yüzeylerinde spesifik reseptör saptanamamasına karşın virüse duyarlı hücrelerin olabilmesi mümkündür. Bu durum viral genetik materyallerin transfeksiyonla hücrelere girebileceği ve virüsün primer reseptörlerden ayrı olarak sekonder ve alternatif reseptörlerde kullanabileceği anlaşılmıştır [9]. Diğer bir ifade ile virüsler bir veya birden fazla reseptörden yararlanmaktadırlar.

Korona virüsler 75 nm ila 160 nm çapında değişen pozitif yüklü RNA virüsleridir ve yüzeyindeki spike benzeri çıkıntılar elektron mikroskobu altında taç benzeri bir görünüm vermektedir. Bu yüzden korona virüs olarak adlandırılmaktadırlar. Korona virüs ailesi, develer, sığırlar, kediler gibi memelilerde ve kuşlarda hastalıklara neden olan zarflı, helikal simetrili, pozitif polariteli bir RNA virüs ailesidir. Hücre dışında lipopolisakkarit yapıda zarf olduğundan dolayı yağları çözebilen eter, etil alkol ve kloroform gibi solventlere ve dezenfektanlara karşı oldukça duyarlı ve dayanıksızlardır. RNA yapısında olduklarından dolayı bu virüslerde değişim (mutasyon) olma olasılığı yüksektir. Tablo-1 de çeşitli virüs ailelerinin etere duyarlılıkları verilmiştir. Korona virüsler, zarflı virüsler olup antijenik yapılısı güçlüdür.  Şekil 4 de görüldüğü gibi hücre yüzeyindeki reseptörlere (ACE2) tutunarak hücre içine girer burada çoğalmasını tamamlayarak hücre zarından bir kılıfla (zar) alıp, tomurcuklanarak hücrenin dışına çıkarak çoğalırlar. Enfekte edebildiği canlı organizmalarda bu şekilde çoğalabilen korona virüsler çoğaldığı bu hücrelerde tahribatlara yol açarlar. En rahat ve kolay çoğalabildikleri hücreler olan solunum sistemi (akciğer) hücreleri olduğundan ve bu hücrelerde hasar oluştururlar. Bu nedenle enfeksiyonun şekillendiği canlılarda en belirgin belirti solunum zorluğu olmaktadır. Bunun yanında sinir hücreleri, kan hücreleri ve üreme organlarındaki bazı hücrelerde çoğalabildiği ve tahribat yapabildiği iddiaları da mevcuttur [10].

COVID-19 enfeksiyonlarına ACE2 reseptörlerinin miktarının enfeksiyonun şiddeti ve enfekte edeceği dokular açısından önemlidir. Virüsün hücre içine girmek için tutunduğu bu reseptörlerin hücredeki varlığı virüsün o hücrede tutunup hücre içine girmesi ve çoğalabilmesi anlamına gelmektedir. Virüsün çoğalabildiği hücreler açısından çeşitli teoriler ortaya atılmıştır. Bu teorilerden birincisi bazı kronik hastalıklı bireylerde bu reseptörlerin daha fazla olduğu bu yüzden enfeksiyonların daha şiddetli seyrettiği yönündedir. Diğer bir teori ise farklı dokularda var olan ACE2 reseptörlerine bağlanan virüslerin çoğalmaları sırasında bu dokulardaki hücrelerde hasara neden olarak, hasarın şekillendiği organa spesifik belirtilerinin ortaya çıktığı iddiasıdır [10].

Tam anlamıyla virüsün ve enfeksiyonun özellikleri ortaya konamamış olsa da günümüzde bulaşmanın çoğunlukla temas ve hava/damlacık yoluyla olduğu bildirilmektedir. Virüslerin boyutunun çok küçük olması hastalığın bulaşmasının önüne geçmek için tedbir olarak uygulanan ağız maskesi takılması (nitelikli olmalıdır) ve kapalı alanlarda havalandırma sistemlerindeki tedbirlerin alınmasını önemli hale getirmektedir. Bununla birlikte kapalı ortamlardan kaçınma, sosyal mesafe ve genel hijyen tedbirleri virüs enfeksiyonundan korunmanın en önemli basamaklarının başında gelmektedir.

2. PANDEMİ SÜRECİNDE İKLİMLENDİRME SİSTEM PARAMETRELERİ

Enfeksiyon kontrol stratejileri her zaman çok yönlü olarak ele alınmalıdır. Korona virüs olan COVİD 19’dan korunma yollarının başında maske takılması, yüzeylerin dezenfekte edilmesi, sık sık ellerin yıkanması ve sosyal mesafe gibi önlemler öne çıkmaktadır. Ancak tam anlamıyla virüsün ve enfeksiyonun özellikleri ortaya konamamış olsa da günümüzde bulaşmanın çoğunlukla temas ve hava/damlacık yoluyla olduğu bilinmektedir. Hava içerisindeki aoresollerle (havada asılı partiküller, parçacıklar, damlacıklar vb.) taşınan virüsler, gaz gibi davranış göstererek hava içerisinde yayılarak virüsün insandan insana bulaşmasına neden olabilirler. Büyük damlacıklar, ağır olduklarından yer çekimi kuvveti ile hemen aşağıya düşerler. Ancak buharlaşıp aerosel haline gelen ve çapları küçülen damlacıklar hava hareketleri ile taşınır/yayılır ve yer çekimi kuvveti ile aşağıya düşerler. Bu düşme esnasında yer çekiminin tersine dikey eksende (özellikle duvar yüzeylerinde) oluşan kaldırma ve yatay eksende oluşan sürüklenme kuvveti ile damlacıkların yere doğru düşme etkisi azalır ve havada daha uzun süre asılı kalabilirler. Yüzeye veya zemine düşme süresi parçacık/damlacığın ağırlığına ve boyutuna bağlı olarak değişmektedir. Büyük boyutlu ve ağır damlacıklar daha kısa sürede zemine düşmekte, küçük ve hafif parçacık/partiküller daha uzun süre havada asılı olarak kalmaktadırlar. Eğer damlacık çok daha fazla buharlaşırsa virüslerin havada asılı kalma süreleri de artmaktadır. Yapılan bir çalışmada ortam hava koşulları ve partikül boyutuna bağlı olarak 100 µm yaklaşık 6 saniye, 10 µm yaklaşık 8 dakika, 1 µm yaklaşık 12 saat ve 0,5 µm partikül ise yaklaşık 41 saat havada asılı kalabilmektedir [11].

Bulaşıcılıkta daha etkin olan büyük damlacıkların (yüzeyine tutunan virüs sayısı fazla olabilir) iklimlendirme sistemlerinde hava hareketlerinden pek etkilenmediği, dolayısıyla bulaşmanın sadece kişiler arasındaki yakın temastan kaynaklandığı söylenebilir. Ancak normalde aerosel boyutunda olan küçük damlacıklar veya buharlaşma ile aerosol boyutuna gelerek küçülen damlacıklar ile serbest kalan mikroorganizmalar veya virüsler, uygun olmayan, iyi tasarlanmayan ve doğru çalışmayan iklimlendirme sistemleri neticesinde hava yolu ile bir noktadan diğer bir noktaya taşınabilir ve bulaşma nedeni olabilir. Literatürde aerosellerin boyutlarına göre havada kalma süreleri ve taşınma mesafeleri ile birçok çalışma bulunmaktadır. Yapılan çalışmalarda bulaşma riskinin 1-2 metre aralığında daha fazla meydana geldiği, mesafe arttıkça bulaş riskinin azaldığı ifade edilmektedir. Ancak burada enfekte bireyin damlacık üretmesine bağlı olarak öksürme, hapşırma, bağırma, şarkı söyleme, konuşma vb. davranışlarına göre damlacık boyutu ve yayılma mesafeleri değişebilir. Çok fazla enfekte bireylerde nefes alıp vermek bile bu tür partiküllerin yayılmasına neden olabilir [11]. Mesela öksürükle yayılan damlacıkların, hastalara ve hastalıklara bağlı olarak çok büyükten çok küçüğe kadar geniş bir çap aralığında olduğu düşünülmektedir. Yukarıda belirtilen hususların dikkate alınması koşuluyla genel kabul kişiler arası mesafenin en az 2 metre olmasında fayda vardır.

Bu bakış açısı ile binalarda ve binaların yeniden kullanıma açılmasında iklimlendirme alanında otorite olan ASHRAE ve REHVA gibi uluslararası kuruluşlar, bilim insanları ve özellikle iklimlendirme mühendisleri; HEPA filtre, UVGI, %100 dış hava kullanımı ve hava değişim sayısı, hava dağıtım sistemleri, lokal havalandırma, ortam hava akış yöntemleri ve emiş noktaları, mahal ve kanal basıncı, sıcaklık ve bağıl nem gibi iklimlendirme sistem parametrelerinin virüsün yayılmasında veya bulaşın önlenmesinde önemli olduğunu, ve bu konuların ayrıntılı olarak değerlendirilmesi gerektiğini belirtmektedirler. Otoriteler, iklimlendirme sistemlerinin COVİD 19 pandemi sürecinde ve sonrasında nasıl olması gerektiğini tartışmakta, öneriler sunmakta ve sunmaya devam etmektedirler.  

2.1. Hava Değişim Sayısının Artırılması ve %100 Dış/Taze Hava Kullanımı  

Bütün otoriteler pandemi süreçlerinde %100 dış hava kullanımını önermekte ve hatta saatteki hava değişim sayılarının artırılmasının virüs ve zararlı mikroorganizma yayılımını azaltacağını ifade etmektedirler. Ayrıca ASHRAE okul binalarında varsa merkezi iklimlendirme sisteminin sabah kullanıma başlamadan önce yaklaşık iki saat, akşam kapandıktan sonra yaklaşık iki saat %100 dış/taze hava kullanılarak çalıştırılmasını tavsiye etmektedir. Bu tür önerilerin diğer yapılarda da uygulanması faydalı olacaktır. Bu tür öneriler, mevcut binalardaki iklimlendirme sistemlerinde yapılacak değişimler, yeni yapılarda ise proje aşamasından itibaren uygulanabilecek önerilerdir. Ancak bu tür uygulamalar cihaz kapasitelerinin ve enerji maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Yeni binalardaki iklimlendirme sistemleri, salgın durumunda %100 dış hava oranına geçici ve hızlı geçiş yeteneği olan sistemler olarak tasarlanmalıdır. Sürdürebilirliğin sağlanması anlamında bu tür uygulamalarda mutlaka geri kazanım cihazlarının kullanılması önerilmektedir.  Daha da önemlisi, bu uygulamalarda enerji verimli ısı geri kazanımlı cihazların kullanılmasıdır. EN 13053 standardı, klima santrallerinde kullanılan ısı geri kazanım cihazlarını verimliklerine göre sınıflandırmaktadır [12]. Bu tür uygulamalarda kullanılan ısı geri kazanım cihazlarının EN 13053’e verimliliğinin yüksek olması önemlidir.
 
Geri kazanım cihazlarında ikinci önemli nokta ise sızdırmazlığın sağlanmasıdır. Dışarı atılan egzoz havası ile ortama alınan taze havanın birbirine karışmaması, dolayısıyla egzoz havasında olabilecek zararlı mikroorganizmaların ve virüslerin ortama üflenen taze havaya geçmesinin önlenmesidir. Klima santrallerinde en çok kullanılan ısı geri kazanım cihazlarını, plakalı (çeşitleri var), iki bataryalı (run-around) ve rotorlu olarak sınıflandırmak mümkündür. Rotorlu ısı geri kazanım cihazlarının verimlilikleri yüksek olmasına rağmen tam sızdırmazlık sağlayamadıkları için hijyenik ve pandemi durumlarında kullanılması önerilmemektedir. Eğer mevcut yapıda bu tür geri kazanım cihazı varsa devre dışı bırakılmasında fayda vardır. Sızdırmazlık açısından en risksiz iki bataryalı (run-around) ısı geri kazanım cihazlarıdır. Plakalı geri kazanım cihazlarının çalışma süresince yıpranma, yırtılma ve diğer nedenlerden dolayı az da olsa hava kaçak riskleri vardır. Bakım ve periyodik kontrollerinin düzenli yapılması koşuluyla plakalı geri kazanımı cihazlarının kullanımında da bir sakınca yoktur. Verimlilik, mimarı alan ve yer uygunluk analizi yapılarak plakalı veya iki bataryalı ısı geri kazanım ünitesinden biri kullanılabilir. Bütün cihazların periyodik bakımlarının zamanında uygun kriterlere göre yetkili kişiler tarafından yapılması da çok önemlidir.  

Resirküle hava ile çalışan fan-coil ünitelerinin, split klima ve VRV cihazlarının hava şartları izin veriyorsa tamamen kapatılması, kullanılması gerekiyorsa da filtrelerinin üzerinde virüs parçacıklarının asılı kalmaması için sürekli çalıştırılması ve belirli aralıklarla dezenfeksiyon işlemleri ile bakımları yapılmalıdır. Isıtma uygulamaları için özelikle konfor ve yaşam alanlarında statik ısıtma sistemlerinin kullanılmasında fayda vardır.

2.2. Hava Dağıtım Sistemleri

Pandemi süreçlerinde bütün otoritelerin önerisi iklimlendirme sistemlerinin %100 dış/taze hava ile çalışılması yönündedir. Havalı sistemlerin, dönüş ve egzoz sistemlerinin tamamı kanallı olarak tasarlanmalıdır. Pandemi sürecinde %100 taze havalı dağıtım sistemlerinde üfleme tarafının pozitif, egzoz tarafının ise negatif basınç olacak şekilde tasarlanması ve işletilmesi önem arz etmektedir. Bunun yanında kanalların temizliği ve sızdırmazlığı da önemlidir. Tüm hava dağıtım sistemlerinde, bakım ve temizleme işlemleri esnasında tüm noktalara ulaşabilmek için temizleme ve bakım kapakları olmalıdır. Hava dağıtım ve toplama (difüzör, menfez vb.) elemanlarının iç kısımlarının da temizlenebilir olması, dizayn ve montajlarının ona göre yapılması önemlidir. 

Egzoz noktaları gelişigüzel seçilmemeli uygun noktalar belirlenerek atış noktalarında bulunan çevre koşulları ve yaşam alanları dikkate alınmalıdır. Uygulamanın özelliğine bağlı (hastaneler, laboratuvarlar, süründü alma kabinleri, virüs ve benzeri zararlı organizmaların bulunabileceği ortamlar vb.) egzoz noktalarında uygun özellikte filtre (HEPA, ULPA) ve UV kullanılmasında fayda vardır. Egzoz çıkışları atmosfere dikey çıkışlı olarak yapılmalıdır. Çıkış noktası bitişik çatı seviyelerinden minimum 3 metre yükseklikte olmalıdır. Klima santralleri için gerekli dış hava alım noktası, tüm egzoz çıkışları ve hava tahliye çıkışları ile karışmayacak mesafe ve yönlerde olması gerekmektedir.  Dış hava alış panjurunun alt kenarının yerden yüksekliği minimum 2 metre olmalıdır. Dış hava alış noktasının mümkün olduğunca yaşam alanlarının dışında olmalıdır.  ASHRAE 170’de sağlık yapılarında egzoz ile dış hava alış noktaları arasındaki mesafenin asgari 8 m olması belirtmektedir [13]. Pandemi süreçlerinde bu mesafelerin artırılmasında fayda vardır. 

2.3. HEPA Filtreler

Filtrelerde partiküller yakalanırken literatürde genelde 4 veya 5 farklı yöntem tanımlanır. Her yöntemin etkin olduğu partikül boyut aralıkları vardır. Şekil 5’de farklı yöntemler ve partikül boyutlarına göre HEPA filtrelerin toplam verimlilikleri verilmektedir. HEPA filtrelerin toplam verimliliklerinin en düşük olduğu partikül boyut aralığı 50 nm ile 500 nm arasındadır. Virüsün büyüklüğündeki yapıların serbest halindeki (kendi çaplarında) boyutlarında (75-160 nm) ise HEPA filtre verimlilikleri toplamda en düşük değerlere ulaşmaktadır. Yalnız burada, bazı virüs ve mikroorganizmaların damlacık/partiküllerle taşındığı unutulmamalıdır. Ancak burada yine de bizim diğer olasılıkları da belirtmemizde fayda vardır. Bu yüzden HEPA filtre verimliliği bu iki farklı boyut için değerlendirilmelidir.

Sekil 5. Farkli-yontemler-ve-partikul-boyutlarina-gore-HEPA-filtrelerin-toplam-verimlilikleriŞekil 5. Farklı yöntemler ve partikül boyutlarına göre HEPA filtrelerin toplam verimlilikleri (14).

Büyük damlacık boyutu: Filtre verimliliği yüksek olan HEPA filtrelerin kullanımı damlacıkla hareket eden virüsleri yakalayabilir. İklimlendirme sistemlerinde, HEPA filtrelerin kullanımı büyük damlacıklarla taşınan virüslerin yakalanmasında/tutulmasında bariyer görevi yapmakta ve yüksek verimlilik sağlamaktadır. Buradaki soru HEPA filtre tarafından tutulan damlacıkların zamanla buharlaşma olasılığı nedeni ile virüsün serbest konuma yani kendi boyutu (çapı) ile hareket etmesidir. ABD’de Ulusal Alerji ve Salgın Hastalıklar Enstitüsünde yapılan araştırmaya bir göre, virüslerin havada birkaç saat, bazı yüzeylerde ise iki ile üç güne kadar kalabildiği ortaya konmuştur. Virüslerin etkinliği ortam sıcaklığı, güneş ışığı (UV) ve ortamdaki nem oranı gibi birçok etkene bağlıdır. Eğer bu buharlaşma süresi içerisinde virüs etkinliğini kaybetmiş ise sorun yok demektir. Ancak virüs hala etkin ise virüslerin bir kısmı HEPA filtreden geçebilecektir. HEPA filtrelerle ilgili cevaplandırılması gerekli olan bir soru da budur. Buradaki diğer bir sorun ise damlacıkla hareket edip hastalık yapma gücünü muhafaza eden filtrede birikmiş virüslerin, damlacık buharlaşması sonucu virüs boyutunda HEPA filtrelerden geçip egzoz havası ile dışarı atılabilme olasılığıdır. Bu olasılık dış ortamda bulunan canlıların virüsle temasına neden olabilir ve enfeksiyon kaynağı olarak karşımıza çıkabilir. HEPA filtre kullanıldığında tamamen iç hava (fan coil, split ve VRF) veya karışım havalı sistemlerin kullanılabileceği önerilmektedir.  Bu tür uygulamalarda HEPA filtre kullanılması uygulama açısından çok zor (basınç kayıplarının karşılanması, sızdırmazlığın sağlanması, montaj, vb.) olduğu için önerilmemekte, yukarıda bahsedilen husus da göz önüne alındığında HEPA filtre kullanılan karışım havalı merkezi iklimlendirme sistemleri de riskler taşımaktadır.

Çok küçük damlacık veya serbest virüs boyutu: Bu boyut aralığında partiküllerin tutulması temelde difüzyon ve diğer yöntemlerle olmaktadır. Şekil 1’de görüleceği gibi toplam yakalama verimliliği %50-60 aralığında gerçekleşmektedir. Bu boyutlar için HEPA filtre verimliliği düşük olduğu için özellikle virüs yoğunluğunun fazla olduğu uygulama alanları (hastaneler, BLS-3 ve BLS-4 laboratuvarları, süründü alma kabinleri, virüs ve benzeri zararlı organizmaların bulunabileceği ortamlar vb.) için ikinci bir önlem olarak UVGI ile birlikte uygulanmasında fayda vardır. Virüsten daha küçük boyutlardaki nano partikülleri (DNA, molekül vb.) difüzyonla yakalama verimi arttığı için bu boyutlar/çaplar için HEPA filtreler daha güvenli bir şekilde kullanılabilir. 

HEPA filtreler ile ilgili yapılması gerekli olan ikinci bir değerlendirme ise sahada kullanımı, testleri, sızdırmazlıklarının sağlanması, bakımları ve maliyetlerinin karşılanmasıdır. Bugün sağlık kuruluşlarında, ilaç sektöründe, biyo-güvenlik laboratuvarlarında, hastaneler vb. alanlarda bile kullanılması yönetmelik ve standartlarla (gönüllü zorunluluk) zorunlu hale getirilen HEPA filtrelerin, ne kadar standart ve yönetmeliklere uygun olarak kullanıldığı/yapıldığı sektörde sürekli bir tartışma konusudur. Diğer taraftan endüstriyel binalar, okullar, AVM, otellerde vb. alanlarda HEPA filtre kullanımının önerilmesinin ne kadar gerçekçi olduğu tartışılmalıdır. Ayrıca mesela eğitim binalarındaki iç ortam hava kalitesinin iyileştirilmesinin öğrencilerin performansını artırdığı ve bilişsel işlevi geliştirdiği/iyileştirdiği herkes tarafından bilinen ve birçok bilimsel çalışma ile kanıtlanmış bir olgudur. Ancak okul, otel vb. yapılarda HEPA filtrelerin bakım ve değişim işlemlerinin nasıl yapılacağı ve maliyetlerin nasıl karşılanacağının sürdürülebilirliği gerçekten sorgulanmalı çözüm önerileri ona göre yapılmalıdır. Amerika’da bir okul yöneticisi, bu tür önerilerin okullar için hem ekonomik anlamda hem de teknik anlamda çok büyük bir yük olacağını ifade ederek şu cümleyi söylemiştir: “Okul binalarını, sağlık binası standartlarını karşılayacak şekilde yapmak ve sürdürebilmek hiç gerçekçi değildir? Daha gerçekçi, ne yapabilirler bunları düşünmek daha doğru bir yaklaşım olacaktır.” Okullarımızda bu aşamada bu tür uygulamaların yapılması ve sürdürebilir olması hiç gerçekçi gelmemektedir. 

Bazı önerilerde fan coil, split ve VRF gibi resirküle çalışan cihazlara HEPA filtre kullanımı önerilmektedir. HEPA filtre basınç kayıplarının karşılanması, sızdırmazlığın sağlanması, bakım hassasiyetleri vb. açılardan bakıldığı zaman sahada bu tür önerilerin uygulanabilirliği ve sürdürebilirliği pek mümkün görülmemektedir.

2.4. Ultraviyole Işınları (UV)

Çevrede ve ortam havasında belirli bir süre canlı kalabilme özelliğine sahip olan korana virüsler, ultraviyole ışınlar ve yağları çözen solventlerin varlığına duyarlı olduklarından dış ortamlarda etkinlikleri azalmaktadır. Virüslerin dış etken maruziyetinin daha az olduğu kapalı ortamlarda (alışveriş merkezi, düğün salonu, toplu taşıma araçları, kahvehane, kafe, lokanta vb. gibi) bulaşma riski daha fazla olmaktadır. İklimlendirme sistemlerinde kullanılması önerilen ultraviyole (UV) ışınları, mikroorganizmaları ve virüsleri etkisiz hale getirebilmektedir. UV ışınları, Şekil 6’da görülebileceği gibi X ışınları ile kızıl ötesi ışınları arasında, 100-400 nm aralığında dalga boylarına sahiptirler. UV-C’ler ise dalga boyu 200-280 nm arasında, kısa dalga boyuna sahip, etkin bir şekilde mikroorganizmaları öldürebilen ve virüsleri etkisiz hale getirebilen ışınlardır. Mikroorganizmaların ve virüslerin RNA ve DNA nükleik asitlerinin 253,7 nm dalga boyundaki ultraviyole ışınlarını maksimum oranda absorbe etme özelliğinden dolayı, iklimlendirme sistemlerinde veya iç ortamlarda mikrobiyal inaktivasyonda 253,7 nm dalga boyunda ışınlar yayan UVGI (Ultraviolet germicidal irradiation) lambalar kullanılmaktadır [15]. 

Sekil 6-Elektromanyetik-spektrum-ve-UV-isinlariŞekil 6.  Elektromanyetik spektrum ve UV ışınları [15].

Yapılan araştırmalar, büyük boyutlu partiküllerin UV ışınımlarına karşı daha dayanıklı olduğunu ortaya koymaktadır. Bağıl nem değerinin artırılmasının UVGI'nin etkinliğini azalttığı belirtilmektedir. Yüksek bağıl nem değerlerinde UVGI ışınlarından virüslerin daha az etkilendiği, bunun yüksek bağıl nem seviyelerinde hava içerisinde oluşan sis ve buhar tabakalarının UV ışınlarına karşı koruyucu etki oluşturduğundan kaynaklandığı düşünülmektedir. 

UV uygulamaları klima santrallerinde (AHU veya H-AHU), hava kanalı içerisinde, iç ortam ünitelerinde ve kompakt cihazlarla yapılabilmektedir. UV uygulamaları pandemi süreçlerinde ve hijyen tasarımlarında etkin bir yöntem olarak görülmektedir. Burada en önemli nokta yapılan uygulamalarda insanların direkt UV ışınlarına maruz kalmaması için önlemlerin alınmasıdır. Aksi takdirde UV ışınlarının maruz kalma süresine, yoğunluğuna ve dalga boyuna bağlı olarak insan sağlığı üzerinde çok olumsuz etkiler yaptığı bilinmektedir. Acil müdahaleler, değişim ve bakım için UVGI noktalarına hızlı ve kolay erişimin sağlanması, uygun boşluk ve mesafelerin bırakılması önem arz etmektedir. Hava debisine bağlı olarak UV kapasitelerinin doğru belirlenmesi de çok önemlidir. Aksi takdirde etkinlikleri düşmektedir. Ayrıca belirli periyodik aralıklarla etkinliğinin değerlendirilmesi ve değiştirilme işlemlerinin zamanında yapılması gerekmektedir.

Mutlak suretle güvenlik standartlarına uygun sertifikalı ürünlerin kullanılmasına dikkat edilmelidir. UVGI ışınlarının kullanıldığı cihazların akredite kuruluşlarca testleri yapılmış olmalıdır. Ayrıca hangi şartlar altında ne kadar etkili olduğunu gösterir raporları mutlaka olmalıdır. Işınımın yol açacağı fiziksel hasarlara karşı alanda kullanılacak malzemelerin seçimine ve tasarıma dikkat edilmelidir. Lambaların bertarafı, ilgili yönetmelikler çerçevesinde çevre ve insan sağlığına en az zarar verecek şekilde prosedürler tanımlanmalıdır [16].

Binalarda virüs ve diğer mikroorganizmalardan oluşan hastalık bulaşmasına karşı UVGI ve HEPA filtre etkinlikleri ile ilgili daha detaylı araştırmalar yapılmalı ona göre hangisinin hangi uygulamalarda daha etkin olduğu belirlenmelidir. Ayrıca UVGI ve HEPA filtrelerin birlikte kullanımları da değerlendirilmelidir. Bu alanda yeni çalışmalara ihtiyaç vardır.

2.5. Sıcaklık ve Bağıl Nem

İklimlendirme sistemleri ile bir ortamın bağıl nemi ve sıcaklığı kontrol edilebilir ve istenilen iç ortam değerleri sağlanabilir. İç ortam sıcaklığı ve bağıl nem değerleri virüslerin yayılımını ve bulaşın oluşumunu olumlu veya olumsuz yönde etkileyebilir. Çoğu önerilerde pandemi dönemlerinde mahal bağıl nem değerinin %40-60 arasında olması gerektiği belirtilmektedir. Aslında bu değerler konfor açısından da uygun değerlerdir.  Ancak bazı endüstriyel uygulamalarda bu değerlerin dışına çıkılmaktadır. Yapılan çalışmalarda bağıl nemin bazı influenza türleri de dahil olmak üzere havadaki birtakım bulaşıcı organizmaların yayılımını etkilediği belirtilmiştir. Bu konuda çok sayıda makale yayınlanmış olup, genel anlamda çıkarılan sonuçlar aşağıda verilmektedir [11]. 

  • Düşük bağıl nem ve sıcaklık değerlerinde influenza aktivitesi artmakta, yüksek nem ve sıcaklık değerlerinde ise azalmaktadır. Düşük nem seviyelerinde, büyük damlacıklar hızlı bir şekilde daha küçük damlacıklara dönüşür, bu yüzden enfeksiyöz ajanları havada daha uzun süre kalabilir ve daha hızlı yayılarak bulaş riski oluşturabilirler. İklimlendirme uygulamaları esnasında hava hareketlerine bağlı olarak yere düşen ve ağırlıkları azalan bu mikroorganizma veya virüsler tekrar havaya karışabilir ve bulaş riski oluşturabilir. Yüksek nem ise büyük damlacıkların daha yavaş buharlaşmasına neden olmaktadır.
  • Düşük bağıl nem sonucu kuruma nedeniyle mukozalardaki mukusta azalma olduğu için çok küçük damlacıkların (düşük nem sonucu) ve mikroorganizmaların akciğere ve diğer organlara daha kolay ulaşmasına neden olabilir. 
  • Düşük nem seviyeleri, aerosolün tuz içeriğine etki ettiğinden uzun süreli viral aktiviteye izin verir ancak daha yüksek bağıl nem virüslerin aktivitesini azaltır. 
  • Bağıl nem değerinin yüksek olduğu durumlarda UVGI'nin etkinliği azalır.

Ayrıca, yaşam alanlarında iç ortam sıcaklığı ve bağıl nem parametrelerini belirlerken dikkate alınması gereken konfor koşulları da çok önemlidir. Örneğin, havadaki influenza virüsünün hayatta kalma şansını azaltmak için optimum sıcaklığın 30 oC’nin üzerinde ve bağıl neminde %50 olması gerekmektedir. Bu değerler özellikle sıcaklık açısından termal konfor anlamında iklimlendirme sistemlerinde kabul edilebilir değerler değildir. Ayrıca ortamdaki yüksek bağıl nem, potansiyel küf, çürüme, paslanma, pis koku ve rutubet problemlerinin de kaynağıdır.

3. ÖRNEK ÇALIŞMA VE SONUÇ

3.1 Örnek Çalışma

Çevrede ve ortam havasında belirli bir süre canlı kalabilme özelliklerine sahip olan Korana virüsler, ultraviyole ışınlar ve yağları çözen solventlerin varlığına duyarlı olduklarından dış ortamlarda yaşamaları zor olmaktadır. Bu nedenle virüslerin dış etken maruziyetinin daha az olduğu, kapalı ortamlarda (alışveriş merkezi, düğün salonu, toplu taşıma araçları, lokantalar, kafeler, sınıflar, kahvehane vb. gibi) bulaşma riski çok daha fazla olmaktadır.  Ayrıca %100 dış hava kullanılmayan iklimlendirme sistemlerinde diğer tedbirde alınmamış ise enfeksiyon riski artmaktadır. Ancak enfeksiyona yakalanmak için belirli sayıda virüs almak gerektiğinden (1000’den fazla virüs) dolayı maruziyetin enfeksiyonu oluşturacak patojen (hastalık oluşturma kapasitesi olan) virüs miktarına ulaşacak kadar çok olması gerekmektedir. İklimlendirme sistemlerinin bulunduğu kapalı ortamlarda havalandırmanın kalitesi ve şekli virüsü azaltacak yapıda ise; enfeksiyonu oluşturması muhtemel virüs sayısı azalacağından enfeksiyona yakalanma riskinde de azalma olacaktır. Yapılan bir çalışmada, havalandırma ve maske (nitelikli) takmanın SARSCOV-2 virüsünün bulaşması üzerine etkileri Şekil 7 de gösterilmiştir. Bu çalışmada sadece semptom göstermeyen bireyler esas alınmıştır.

Sekil 7. Havalandirma-agiz-aktivitesi-ve-maske-(nitelikli)-takma-durumlarına-gore-Sars-Cov-2-virusunun-bulasma-riskiŞekil 7. Havalandırma, ağız aktivitesi ve maske (nitelikli) takma durumlarına göre SarsCov-2 virüsünün bulaşma riski [17].

3.2. Sonuç

İklimlendirme sistemleri; iyi tasarlanmış ve projelendirilmiş, uygun ve verimli cihazlar kullanılmış, montaj kurallarına uyulmuş, test ve işletmeye alma prosedürleri doğru uygulanmış, işletme ve bakım işlemleri zamanında yapılmış, hedeflerine uygun otomasyon senaryoları ile donatılmış, standart ve yönetmeliklere uygun olmalıdır. Sağlık yapıları (yataklı, ayakta tedavi, bakım evleri), kreşler ve eğitim binaları, cezaevleri, lokanta ve kafeteryalar, internet ve oyun odaları, otel, motel ve yurtlar, sığınma evleri, taşımacılık, kamusal bekleme alanları, ticari ve endüstriyel binalar (AVM, fabrikalar vb.), spor alanları, bulaşıcı hastalıkların çalışıldığı laboratuvarlar, toplu konutlar vb. riskli alanlar olarak tanımlanabilir. Enfeksiyon kontrol stratejileri her zaman çok yönlü olarak ele alınmalı ve farklı alanlar için farklı stratejiler geliştirilmelidir. Ülkemizde de bu çalışmalar yapılmaya başlanmıştır ancak yeterli değildir. Bu çalışmalar yapılırken birçok disiplinden mühendisler, bina işletmecileri, bilim insanları, virologlar ve epidemiyologlar hava yoluyla bulaşan hastalıklardan kaynaklanan riskin azaltılması ve mevcut uygulama önerilerinin daha etkin ve uygulanabilir olması için iş birliği yapmalıdır. Bununla birlikte, virüs enfeksiyonundan korunma yollarının başında kapalı ortamlardan kaçınma, maske takılması, sosyal mesafe, sık sık ellerin yıkanması, yüzeylerin dezenfekte edilmesi ve genel hijyen tedbirleri gelmektedir.

Kaynaklar

[1] M. Arda, “Temel Mikrobiyoloji” Medisan yayınevi, yayın seri 2000. 
[2] Florindo, H.F. at al, “Immune-mediated approaches against COVID-19” volume 15, pages 630–645(2020).
[3] Flint, S.J. at al. “Principles of virology” Volum2, 2004.
[4] Hans R. Gelderbloom Medical Microbiology. 4th edition. Structure and Classification of Viruses Chapter 41, University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996.
[5] İ.Ü., Veteriner Fakültesi Viroloji ders Notları, 2014.
[6] https://courses.lumenlearning.com/boundless-microbiology/chapter/structure-of-viruses/ Erişim:09.12.2020.
[7] Docea AO, Tsatsakis A, Albulescu D, Cristea O, Zlatian O, Vinceti M, Moschos SA, Tsoukalas D, Goumenou M, Drakoulis N, Drakoulis N, et al: A new threat from an old enemy: Re emergence of coronavirus (Review). Int J Mol Med 45: 1631-1643, 2020
[8] Christopher J.Burrell Colin R.Howard Frederick A.Murphy,- Virus Replication enner and White's Medical Virology (Fifth Edition) Chapter 4 2017, Sayfa 39-55 Australia.
[9] Author links open overlay panel D.J.Evans Viral Receptors Encyclopedia of Virology (Third Edition) University of Warwick, Coventry, UK, 2008, Sayfa 319-324.
[10] Jia HP, Look DC, Shi L, at al. ACE2 receptor expression and severe acute respiratory syndrome coronavirus infection depend on differentiation of human airway epithelia, J Virol. 2005; 79 (23): 14614-14621. 
[11] ASHRAE “Position Document on Infectious Aerosols”, 14 Mart 2020.
[12] EN 13053, “Ventilation for buildings-Air handling units-Rating and performance for units, components and sections”, 2017.
[13] ANSI/ASHRAE/ASHE 170, “Ventilation of Health Care Facilities”, 2017.
[14] CAMFİL HEPA filtre webinar, Nisan 2020.
[15] “Germicidal Ultraviolet (GUV)- Frequently Asked Questions”, IES Committee Report, 2020.
[16] “Ultraviyole Işınlar ile Asansör Kabini ve Yürüyen Merdiven Bantlarının Yüzey Dezenfeksiyonu (Direkt Işınımlı IVGI)”, MMO İstanbul Şube / Mekatronik Meslek Dalı ve Asansör Komisyonu.
[17] Jones N. et al “Two metres or one: what is the evidence for physical distancing in covid-19” BMJ 2020;370:m3223.