Övervakning av inomhusluftkvaliteten med Kerlink och Microshare

 

Näringslivet samarbetar med universitetet inom ramen för den ansedda medicinska fakulteten i Paris för att visa hur fastighetsförvaltare kan begränsa spridningen av virus.

”Fältstudier om covid-19 har visat på sambandet mellan dålig luftkvalitet och ökade smittotal och visar tydligt att en IoT-baserad lösning nu kan hjälpa fastighetsförvaltare att begränsa spridningen av virus som covid-19.” – Prof. Bertrand Maury, Université Paris-Saclay  

 

Microshare	Kerlink
> Huvudkontor: Philadelphia, USA > Grundat: 2013 > Verksamhetsområde: lösningar för datahantering inom Smart Building och IoT	> Huvudkontor: Thorigné-Fouillard, Frankrike > Grundat: 2004 > Verksamhetsområde: global leverantör av lösningar för sakernas internet

Projekt: Medicinska fakulteten – Bicêtre-sjukhuset, AP-HP (Assistance Publique-Hôpitaux de Paris) Grundades: 1885 Verksamhetsområden: Medicin, hälsa, högre utbildning

 

 

Utmaning

En studie[1] som publicerades 2018 av den amerikanska miljöskyddsmyndigheten (EPA) visade att inomhusluften är 100 gånger mer förorenad än utomhusluften och att människor idag tillbringar minst 80 % av sin tid inomhus. Samma studie visade att, till skillnad från luftföroreningar utomhus, är föroreningar i inomhusluften ungefär 1 000 gånger mer benägna att andas in och därmed nå lungorna, vilket kan orsaka sjukdomar.

En brittisk studie från 2018[2], genomförd på uppdrag av British Council for Offices (BSO), visar att utförandet av uppgifter som kräver koncentration ochuppmärksamhet direkt påverkas av inomhusförhållanden såsom temperatur, relativ luftfuktighet och CO₂-koncentration. Den visade också att en noggrann temperaturreglering och en adekvat övervakning av koldioxidnivåerna direkt kan minska stressnivån hos personal, kunder, besökare eller hyresgäster samt förbättra deras produktivitet och tillfredsställelse. Denna studie bekräftar resultaten från en undersökning som genomfördes 2012 och som utvärderade de direkta effekterna av ökade koldioxidkoncentrationer i inomhusluften på beslutsfattandet.[3]

COVID-19-pandemin har för övrigt riktat forskarnas uppmärksamhet mot den centrala roll som hanteringen av luftkvaliteten i byggnader spelar som en nyckelfaktor i kampen mot virusets spridning. Det saknas dock fortfarande konkreta underlag för utvärdering, mätning och modellering som gör det möjligt att påvisa och underbygga dessa teorier samt att fastställa lämpliga åtgärder utifrån dem. Det är i detta sammanhang som sakernas internet (IoT) kommer in i bilden.

 

Projektets tillkomst

Pilotprogrammet vid Bicêtre-sjukhuset (AP-HP) syftade till att begränsa spridningen av covid-19 genom att anonymt följa studenter, lärare och personal under deras dagliga aktiviteter på sjukhuset.

Redan från början fokuserade man på att ta fram epidemiologiska modeller för smittspridningen av covid-19-viruset genom anonym övervakning av smittkedjor (kontaktspårning) kopplade till långvariga kontakter i slutna miljöer, såsom offentliga platser, klassrum eller arbetsplatser. Genom att kombinera standard-IoT-teknik och utrustning från Kerlink, Microshare och Enless Wireless med nya matematiska modeller som simulerar spridningen av COVID-19 utformade och installerade ett team som var särskilt avsett för projektet ett pilotprojekt vid medicinska fakulteten i slutet av 2021. Förutom de deltagande företagen bestod projektteamet av personal från medicinska fakulteten och forskare från olika teknikinriktade organisationer.

Närmare 200 studenter samt ett tjugotal frivilliga anställda, som bar Bluetooth-brickor under sina föreläsningar, praktiska övningar och tjänstgöring vid medicinska fakulteten, deltog i det tre månader långa försöket under fjärde kvartalet 2021. Systemet övervakade anonymt deras rörelser och vistelseplatser med hjälp av särskilda matematiska modeller som utvecklats av två forskare vid Université Paris-Saclay, professorerna Bertrand Maury och Sylvain Faure, samt genom kontinuerlig övervakning av luftkvaliteten på institutionen. Dessa modeller simulerade spridningen av covid-19-viruset bland studenterna utifrån matriser för smittspårning.

Projektet finansierades av Université Paris-Saclay med 12 000 euro i administrativa kostnader och fick stöd av fakultetens vice dekan,^dr Olivier Lambotte, samt av två läkare,^dr Florent Besson och^dr Nicolas Noel, från Medicinska fakulteten vid Paris-Saclay (vid Bicêtre-sjukhuset, AP-HP). Resultaten har validerats av den kliniska forskningsenheten vid Paris-Saclay-medicinska fakulteten, och de utökade matriserna för kontaktspårning har utformats med utgångspunkt i en algoritm som utvecklats vid CNRS. Skyddet av personuppgifter och deltagarnas identitet i pilotprojektet skedde i full överensstämmelse med GDPR.

Övervakningen av luftkvaliteten och analysen av koldioxidhalten inom anläggningens område genomfördes parallellt för att utvärdera deras inverkan på smittspridningskedjorna.

 

Tidsplan och genomförande av lösningen

För att samla in data i fält har systemet utnyttjat den teknik som utvecklats av Kerlink, som är specialiserat på lösningar för IoT, Microshare, leverantör av avancerade lösningar för datahantering i IoT-eran, samt Enless Wireless, en ledande tillverkare av intelligenta, självförsörjande sensorer som kommunicerar via radiovågor och är avsedda för tillämpningar inom energieffektivitet och komfort i byggnader. Detta pilotprojekt har gett viktig information för kontaktspårning (nivå 1) och analys av CO2-koncentrationen (nivå 2). De insamlade uppgifterna användes sedan som underlag för en matematisk modell (nivå 3) för att analysera kontaktfrekvenser och virusets spridning i relation till CO2-koncentrationen i luften.

Nivå 1 – smittspårning

Det LoRaWAN-kompatibla systemet använde Kerlinks Wanesy™ Wave, en multiteknologisk spårningsenhet som kombinerar Wi-Fi, BLE och^LoRaWAN®, för att samla in data för kontaktspårning från Bluetooth-brickor. Det omfattade även en Wirnet™ iFemtoCell-gateway för inomhusbruk från Kerlink för att överföra data till appen Universal Contact Tracing^® (UCT) från Microshare, som garanterar säkerhet, integritet och tillförlitlighet från början till slut genom att endast leverera den väsentliga information som krävs.

 

De genererade uppgifterna uppfyllde kraven i GDPR och levererades vid rätt tidpunkt via Microshares regel- och delningsmotor (patentansökan inlämnad), och endast till de behöriga personer som utsetts för detta ändamål inom organisationen.

”Microshareslösning Universal Contact Tracing är utformad för att säkerställa besökarnas säkerhet och universell åtkomst och bygger på bärbara uppkopplade enheter, vilket gör det möjligt att undvika de säkerhetsbrister och integritetsproblem som är typiska för smartphones. Genom att anonymt spåra kontakter mellan besökare i en anläggning med hjälp av brickor, armband och nyckelringar undviker man sårbarheten hos smartphone-metoden, där data kan raderas, batterierna ta slut eller där enheten delas mellan personer som arbetar på olika tider. Den bygger dessutom på LoRaWAN®-gateways som är separata från privata nätverk, vilket undviker de allvarliga säkerhetsproblem som är förknippade med Wi-Fi eller mobildata.” –Charles Paumelle, produktchef och medgrundare av Microshare

 

Nivå 2 – övervakning av koldioxid

Enless Wireless har bidragit till pilotprojektet genom att tillhandahålla sensorer för inomhusluftkvalitet som är lätta att installera och ansluta och som har inbyggda CO₂-sensorer samt högkapacitetsbatterier av typ D.

Appen för kontaktspårning i byggnader har därför kopplats samman med en övervakning av luftkvaliteten som omfattade:

• CO₂-nivåerna i lokalerna beroende på beläggningsgrad och vistelsetider samt ventilationsinställningarna,
• fel i ventilationssystemet eller nödvändigt underhåll av ventilationsutrustningen, samt
• luftväxlingsfrekvensen per timme (TRH), eller den totala luftväxlingen i ett rum, som är en nyckeltal (KPI) som fastighetsförvaltare följer i sin dagliga verksamhet.

 

Nivå 3 – algoritm och vetenskaplig modell

De ursprungliga matematiska modellerna som användes i pilotsystemet utarbetades utifrån interna data från ett UCT-experiment vid Kerlinks huvudkontor i Rennes, där de anställda hade utrustats med Microshare UCT-brickor under åtta månader år 2020, när pandemin var som värst.

De utökade matriserna för kontaktspårning hämtades därefter från en algoritm som utvecklats av CNRS och Université Paris-Saclay, där professorerna Bertrand Maury och Sylvain Faure har skapat de algoritmer som ligger till grund för de epidemiologiska modellerna för virusöverföring. Tack vare det implementerade systemet kunde denna algoritm även integrera en första utvärdering och korrelation av hur CO2-koncentrationen påverkar luftkvaliteten som en indikator på dålig luftkvalitet som kan påskynda virusöverföringen, till exempel en CO2-nivå som indikerar otillräcklig luftväxling inomhus.

Huvudsakliga slutsatser

Luftkvaliteten kontrollerades varje timme, liksom CO₂-halten i lokalerna, med hänsyn till beläggningsgraden, tidsschemat och ventilationsperioderna. Mätningarna gjorde det också möjligt att upptäcka fel i ventilationssystemet, föreslå underhåll av berörd utrustning och belysa deltagarnas beteenden och/eller de platser där smittorisken var förhöjd. Det blev därmed möjligt att utforma en pedagogisk strategi och hjälpa personalen vid medicinska fakulteten att planera användningen av föreläsningssalarna samt att förmedla hälsosamma vanor till de som vistas där.

 

En låg luftväxlingshastighet leder till en hög koncentration av aerosoler och, eventuellt, viruspartiklar.

Koldioxidkoncentrationen i ett slutet utrymme kan användas för att övervaka luftväxlingshastigheten och varna för risken för ökad exponering för viruspartiklar i luften. Regelbunden ventilation är därför avgörande, framför allt genom att öppna fönstren eller ställa in en optimal luftväxlingshastighet per timme (TRH).

Professor Lambotte, vice dekan vid Medicinska fakulteten i Paris-Saclay, förklarade att analysen av smittspridningen av covid-19-viruset och ambitionen att utveckla ett ”förbättrat varningssystem” baserat på epidemiologiska modeller utgjorde utgångspunkten för detta projekt, och att målen kunde uppnås tack vare övervakningen av luftkvaliteten genom analys av koldioxidhalten.

”Med utgångspunkt i dessa första resultat kommer medicinska fakulteten att kunna finjustera sina åtgärder för att motverka smittspridning tack vare bättre kunskap om interaktionerna mellan studenterna och bättre kontroll över luftkvaliteten. Genom matematisk modellering av luftväxlingen i ett klassrum eller en föreläsningssal går det att i förväg uppskatta det maximala antalet personer som kan vistas i lokalen för att hålla koldioxidhalten under en fastställd gräns.” –Prof. Olivier Lambotte, vice dekan vid medicinska fakulteten i Paris-Saclay

 

”Testen har visat att dessa lösningar kan hjälpa fastighetsförvaltare att förbättra luftkvaliteten på arbetsplatserna för att minska risken för smitta eller virusöverföring, vilket kan påverka de som vistas där i fråga om välbefinnande, koncentration och prestationsförmåga. Dessutom kan detta system, som använder våra 100 % plug-and-play-enheter för övervakning av inomhusluftkvaliteten med egen strömförsörjning, visa sig vara en prisvärd lösning för sjukhus, äldreboenden, universitet, skolor och offentliga byggnader.” – Caroline Javelle, marknads- och kommunikationschef på Enless Wireless

 

”Förutom att hjälpa läkare och forskare att beskriva och förstå smittspridningsmönstren för covid-19, har testet visat att LoRaWAN®-lösningar för hantering av inomhusluftkvaliteten – bestående av fristående, autonoma kontaktspårningsenheter, uppkopplade CO₂-sensorer, appar och AI-algoritmer – utgör ett pålitligt, kostnadseffektivt och lättanvänt system som är enkelt att installera och använda för övervakning av luftkvaliteten i byggnader. » –Benjamin Maury, ansvarig för internationella partnerskap hos Kerlink

 

---

Ytterligare läsning (på engelska)

”Managing Air Quality – Air Pollutant Types” (Luftkvalitetshantering – Typer av luftföroreningar) US Environmental Protection Agency
https://www.epa.gov/air-quality-management-process/managing-air-quality-air-pollutant-types

”Improving Productivity in the Workplace” British Council for Offices
https://emcoruk.com/workplace_productivity.pdf

 

[1]Se ”Ytterligare läsning”

[2]Se ”Ytterligare läsning”

[3] ”Är koldioxid en förorening inomhus? Direkta effekter av låga till måttliga koldioxidkoncentrationer på människors beslutsförmåga”, Usha Satish, Mark J. Mendell, Krishnamurthy Shekhar, Toshifumi Hotchi, Douglas Sullivan, Siegfried Streufert och William J. Fisk, i Environmental Health Perspectives, volym 120 – nummer 12, december 2012, sidorna 1674–1677.

 

*Redaktion: Kerlink

 

 

Klicka på ikonerna nedan för att dela den här artikeln på sociala medier >>