Industrie und Wissenschaft arbeiten an einer führenden Pariser Medizinschule zusammen, um zu demonstrieren, wie Gebäudemanager die Verbreitung von Viren kontrollieren können.
"Diese Covid-19-Realanalyse hat den Zusammenhang zwischen schlechter Luftqualität und der Zunahme der Kontamination aufgezeigt und deutlich gemacht, dass diese IoT-basierte Lösung Gebäudemanagern in Zukunft helfen kann, die Verbreitung von Viren wie Covid-19 einzudämmen." - Prof. Bertrand Maury, Université Paris-Saclay
| Microshare | Kerlink |
| > Hauptsitz: Philadelphia, USA >Gründungsjahr: 2013 >Branchenzugehörigkeit: Smart Building Data Solutions, IoT |
> Hauptsitz: Thorigné-Fouillard, Frankreich >Gründungsjahr: 2004 >Branchenzugehörigkeit: Globaler Anbieter von Lösungen für das Internet der Dinge |
| Projekt: Medizinische Fakultät (medizinische Fakultät) - Krankenhaus Kremlin-Bicêtre AP-HP (Assistance Publique-Hôpitaux de Paris) Gründungsjahr: 1885 Wirtschaftszweige: Medizin, Gesundheitswesen, Hochschulwesen |
Herausforderung
Eine 2018 von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) veröffentlichte Studie[1] hat gezeigt, dass die Luft in Innenräumen 100-mal stärker verschmutzt ist als die Außenluft und dass die heutige Bevölkerung mindestens 80 Prozent ihrer Zeit in Innenräumen verbringt. Dieselbe Studie zeigte, dass im Gegensatz zur Luftverschmutzung die Wahrscheinlichkeit, dass Schadstoffe in Innenräumen eingeatmet werden und so in die Lunge gelangen und Krankheiten verursachen, etwa 1.000 Mal höher ist.
Eine britische Studie[2] aus dem Jahr 2018 im Auftrag des British Council for Offices (BSO) hat ergeben, dass die auf Konzentration und Aufmerksamkeit basierende Arbeitsleistung direkt von den Umgebungsbedingungen in Innenräumen wie Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und CO2-Konzentration beeinflusst wird. Die Studie zeigte auch, dass eine granulare Steuerung der Temperatur und eine angemessene Überwachung der CO2-Konzentration den Stresspegel von Mitarbeitern, Kunden, Besuchern und Mietern direkt senken und deren Produktivität und Zufriedenheit verbessern kann. Diese Studie spiegelt die Ergebnisse einer Untersuchung aus dem Jahr 2012 wider, in der die direkten Auswirkungen einer erhöhten CO2-Konzentration in Innenräumen auf die Entscheidungsfindung untersucht wurden[3].
Die COVID-19-Pandemie hat die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler weiter auf die zentrale Rolle gelenkt, die das Luftqualitätsmanagement in Gebäuden als Schlüsselfaktor im Kampf gegen die Ausbreitung eines Virus spielt. Es werden jedoch noch konkrete Elemente der Bewertung, Messung und Modellierung benötigt, um diese Theorien zu belegen und zu unterstützen und die daraus resultierenden geeigneten Maßnahmen zu definieren. An dieser Stelle kommt das Internet der Dinge (IoT) ins Spiel.
Projekt Genesis
Das Pilotprogramm Kremlin-Bicêtre AP-HP zielte darauf ab, die Ausbreitung von Covid-19 durch die anonyme Verfolgung von Studenten, Lehrkräften und Mitarbeitern während ihrer täglichen Routine in der Einrichtung zu kontrollieren.
Von Anfang an konzentrierte sich das Projekt auf die Definition epidemiologischer Modelle für die Übertragung des Covid-19-Virus durch anonyme Beobachtung der Ausbreitung und Zählung von Ketten (Kontaktverfolgung), die mit erweiterten Kontakten in geschlossenen Umgebungen wie öffentlichen Plätzen, Klassenzimmern oder Arbeitsplätzen verbunden sind. Ein spezielles Projektteam kombinierte handelsübliche IoT-Technologie und -Geräte von Kerlink, Microshare und Enless Wireless mit neuen mathematischen Modellen, die die Ausbreitung von Covid-19 simulierten, und entwickelte und installierte Ende 2021 ein Pilotsystem in der medizinischen Fakultät. Dem Projektteam gehörten neben den Unternehmen auch Mitarbeiter der medizinischen Fakultät und Wissenschaftler verschiedener technologieorientierter Organisationen an.
An dem dreimonatigen Versuch im vierten Quartal 2021 nahmen fast 200 Studenten und etwa 20 freiwillige Mitarbeiter teil, die während ihrer Vorlesungen, Praktika und Schichten an der medizinischen Fakultät Bluetooth-fähige Badges trugen. Das System überwachte anonym ihre Bewegungen und Aufenthaltsorte mithilfe spezieller mathematischer Modelle, die von zwei Wissenschaftlern der Universität Paris-Saclay, den Professoren Bertrand Maury und Sylvain Faure, entwickelt worden waren, sowie durch kontinuierliche Überwachung der Luftqualität im Gebäude. Diese Modelle simulierten die Ausbreitung von Covid-19 in der Studentenpopulation auf der Grundlage von Kontaktverfolgungsmatrizen.
Dieses Projekt wurde von der Universität Paris-Saclay für Verwaltungskosten in Höhe von 12 T€ finanziert und wurde von Vizedekan Dr. Olivier Lambotte und zwei Ärzten, Dr. Florent Besson und Dr. Nicolas Noel, an der medizinischen Fakultät Kremlin-Bicêtre AP-HP gefördert. Die Ergebnisse wurden von der klinischen Forschungsabteilung der medizinischen Fakultät Paris-Saclay validiert, und die angereicherten Kontaktverfolgungsmatrizen wurden durch einen vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) entwickelten Algorithmus inspiriert. Der Schutz privater Daten und der Identität der Teilnehmer des Pilotprojekts entsprach in vollem Umfang dem GDPR-Gesetz. Die Überwachung der Luftqualität und die Analyse von CO2 in der Anlage wurden parallel dazu durchgeführt, um das Vorkommen von CO2 in den Übertragungsketten zu bewerten.
Geschichte und Implementierung der Lösung
Das System basiert auf einer Technologie, die von Kerlinkentwickelt wurde, einem Spezialisten für Lösungen im Bereich des Internet der Dinge, Microshareeinem Anbieter von führenden Datenmanagementlösungen für das IoT-Zeitalter, und Enless Wirelesseinem großen Hersteller von intelligenten, batterielosen Sensoren, die im Funkmodus kommunizieren und für Anwendungen im Bereich der Energieeffizienz und des Komforts in Gebäuden bestimmt sind, um Daten vor Ort zu sammeln. Dieses Pilotprojekt lieferte wichtige Informationen für die Kontaktverfolgung (Schicht 1) und die Analyse der CO2-Konzentration (Schicht 2). Diese Daten dienten dann als Grundlage für ein wissenschaftliches mathematisches Modell (Ebene 3) zur Analyse der Kontaktfrequenzen und der Virusausbreitung in Abhängigkeit von der CO2-Konzentration in der Umgebung.
Schicht 1 - Kontaktverfolgung
Das LoRaWAN-fähige System nutzte Kerlink Wanesy™ Wave, einen Mehrzweck-Stromanker, der Wi-Fi, BLE und LoRaWAN® kombiniert, um Kontaktverfolgungsdaten von den Bluetooth-Badges zu sammeln. Es umfasste auch ein Kerlink Wirnet™ iFemtoCell Indoor-Gateway zur Übertragung der Daten an das Universal Contact Tracing von Microshare® (UCT) von Microshare zu übermitteln, die durchgängige Sicherheit, Datenschutz und Zuverlässigkeit gewährleistet und wichtige Informationen dorthin liefert, wo sie benötigt werden.
Die erzeugten Daten waren GDPR-konform und wurden über die zum Patent angemeldete Regel- und Freigabe-Engine von Microshare zur richtigen Zeit an die dafür vorgesehenen Personen im Unternehmen übermittelt.
"Die universelle Lösung von Microshare zur Verfolgung von Kontakten wurde für die Sicherheit der Bewohner und den universellen Zugang entwickelt und basiert auf Wearables, die die Lücken und Datenschutzprobleme des Smartphones schließen. Durch die anonyme Verfolgung von Kontakten zwischen den Gebäudenutzern über Badges, Armbänder und Schlüsselanhänger wird die Anfälligkeit des Smartphone-Ansatzes vermieden, bei dem die Daten deaktiviert werden können, die Batterien an Leistung verlieren oder die Nutzung von Personen, die in verschiedenen Schichten arbeiten, geteilt wird. Außerdem läuft es auf LoRaWAN®-Gateways, die von proprietären Netzwerken getrennt sind, und vermeidet so ernsthafte Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit Wi-Fi und anderen Mobilfunk-Datentechnologien." -Charles Paumelle, Mitbegründer und Chief Product Officer von Microshare
Schicht 2 - CO2-Überwachung
Enless Wireless lieferte für das Pilotprojekt einfach zu installierende und anzuschließende Sensoren für die Luftqualität in Innenräumen mit integrierten CO2-Sensoren und leistungsstarken D-Batterien.
Die Anwendung der Kontaktverfolgung in den Gebäuden wurde daher mit der Überwachung der Luftqualität gekoppelt:
- CO2-Gehalt in den Räumen in Abhängigkeit von der Belegungsdichte und den Arbeitszeiten sowie die Anpassung der Belüftung,
- Störungen in der Belüftung oder erforderliche Wartung von Belüftungsanlagen und
- Stündliche Erneuerungsrate (HRR) oder vollständige Erneuerung der Luft in einem Raum, die ein wichtiger Leistungsindikator (KPI ) ist , der von Gebäudemanagern in ihrem täglichen Betrieb überwacht wird.
- Enless Wireless Indoor Air Quality Sensor ©2022
Schicht 3 - Algorithmus und wissenschaftliches Modell
Die ersten mathematischen Modelle, die in dem Pilotprojekt verwendet wurden, wurden auf der Grundlage interner Daten aus einem UCT-Experiment am Hauptsitz von Kerlink in Rennes entwickelt, wo die Mitarbeiter im Jahr 2020, auf dem Höhepunkt der Pandemie, acht Monate lang mit Microshare UCT-Tags ausgestattet wurden.
Angereicherte Kontaktverfolgungsmatrizen wurden dann von einem Algorithmus inspiriert, der vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) und der Universität Paris-Saclay entwickelt wurde, wo die Professoren Bertrand Maury und Sylvain Faure die Algorithmen entwickelten, die epidemiologische Modelle für die Virusübertragung definieren. Dank des eingesetzten Systems konnte dieser Algorithmus auch eine erste Bewertung und Korrelation des Einflusses der CO2-Konzentration als Indikator für eine schlechte Luftqualität integrieren, die die Virusübertragung beschleunigen kann, z. B. ein CO2-Wert, der auf eine unzureichende Erneuerung der Innenraumluft hinweist.
Wichtigste Ergebnisse
Die Luftqualität wurde stündlich überwacht, ebenso wie der CO2-Gehalt in den Räumen je nach Belegungsgrad, Stunden und Zeiten der Belüftung. Die daraus resultierenden Messungen trugen auch dazu bei, Störungen in der Belüftung zu erkennen und die Wartung der Belüftungsgeräte vorzuschlagen, sowie Verhaltensweisen und/oder Orte der Teilnehmer aufzuzeigen, die das Kontaminationsrisiko erhöhen. Diese Messungen ermöglichten die Festlegung eines pädagogischen Konzepts und halfen dem Personal der medizinischen Fakultät bei der Planung der Nutzung der Hörsäle sowie bei der Vermittlung von gesundheitsfördernden Praktiken an die Nutzer.
Eine langsame Lufterneuerungsrate führt zu einer hohen Präsenz von Aerosolen und potenziell auch von Viruspartikeln.
Die CO2-Konzentration in einem geschlossenen Raum kann zur Überwachung der Lufterneuerungsrate herangezogen werden und signalisiert das Risiko einer erhöhten Exposition gegenüber luftgetragenen Viruspartikeln. Regelmäßiges Lüften ist daher unerlässlich, einschließlich des Öffnens von Fenstern oder der Planung einer optimalen stündlichen Erneuerungsrate (HRR).
Prof. Lambotte, Vizedekan der medizinischen Fakultät der AP-HP Kremlin-Bicêtre, sagte, dass die Analyse der Übertragung des Covid-19-Virus und der Wunsch, ein "verbessertes Alarmierungsinstrument" auf der Grundlage epidemiologischer Modelle zu entwickeln, der ursprüngliche Auslöser für dieses Demonstrationsprojekt waren, das mit der Überwachung der Luftqualität durch Analyse des CO2-Gehalts erfolgreich abgeschlossen wurde.
"Nach diesen ersten Ergebnissen wird die Medizinische Fakultät in der Lage sein, ihre Systeme zur Bekämpfung der Ausbreitung von Epidemien zu verfeinern, da sie die Interaktionen zwischen den Studenten besser kennt und die Luftqualität beherrscht. Die mathematische Modellierung der Lufterneuerung in einem Klassenzimmer oder einem Amphitheater ermöglicht es uns, im Voraus abzuschätzen, wie viele Personen maximal anwesend sein können, um einen CO2-Gehalt unter einem bestimmten Schwellenwert zu halten". - Prof. Olivier Lambotte, Vizedekan der medizinischen Fakultät von Kremlin-Bicêtre AP-HP
"Diese Studie hat gezeigt, dass diese Lösungen Gebäudemanagern dabei helfen können, die Luftqualität in Arbeitsräumen zu verbessern, um das Risiko einer Viruskontamination oder -übertragung zu begrenzen, was sich auf das Wohlbefinden, die Konzentration und die Leistung der Bewohner auswirken kann. Darüber hinaus kann sich dieses System, das unsere zu 100 % 'plug and play'-fähigen, selbstbetriebenen Geräte zur Überwachung der Luftqualität in Innenräumen verwendet, als erschwingliche Lösung für Krankenhäuser, Altenheime, Universitäten, Schulen und öffentliche Gebäude erweisen."-Caroline Javelle, Marketing- und Kommunikationsmanagerin bei Enless Wireless -
"Das System hilft Ärzten und Wissenschaftlern nicht nur dabei, Covid-19-Übertragungsmodelle zu beschreiben und zu verstehen, sondern es hat auch gezeigt, dass LoRaWAN® einfach zu installierende Lösungen für das Management der Luftqualität in Innenräumen, bestehend aus einzelnen autonomen Beacons zur Kontaktverfolgung, angeschlossenen CO2-Sensoren, Anwendungen und KI-Algorithmen, ein zuverlässiges, kosteneffizientes und einfach zu bedienendes System für die Überwachung der Luftqualität in Gebäuden sind."-Benjamin Maury, Leiter für internationale Partnerschaften bei Kerlink
Weitere Lektüre
" Management der Luftqualität - Arten von Luftschadstoffen" US Environmental Protection Agency
https://www.epa.gov/air-quality-management-process/managing-air-quality-air-pollutant-types
"Verbesserung der Produktivität am Arbeitsplatz" British Council for Offices
https://emcoruk.com/workplace_productivity.pdf
[3] "Ist CO2 ein Innenraumschadstoff? Direct Effects of Low-to-Moderate CO2 Concentrations on Human Decision-Making Performance", Usha Satish, Mark J. Mendell, Krishnamurthy Shekhar, Toshifumi Hotchi, Douglas Sullivan, Siegfried Streufert, and William J. Fisk, in Environmental Health Perspectives, Volume 120 - Number 12, December 2012, pages 1674-1677.
*Schreiben: Kerlink
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