Studi Terbaru Dari Peneliti di MIT: Menjaga Udara Dalam Ruang Kelas Tetap Segar

Sebuah Studi di Massachusetts Institute of Technology (MIT) melihat konfigurasi ruang kelas dan menawarkan modifikasi untuk meningkatkan keamanan selama pandemi Covid-19.

Jendela yang terbuka dan sistem pemanas ruangan, ventilasi, dan pendingin udara (HVAC) yang baik adalah titik awal untuk menjaga ruang kelas tetap aman selama pandemi Covid-19. Tapi itu bukan akhir dari segalanya menurut sebuah studi terbaru dari para peneliti di MIT.

Studi ini menunjukkan bagaimana konfigurasi ruang kelas tertentu dapat mempengaruhi kualitas udara dan memerlukan tindakan lanjutan, di luar penggunaan HVAC atau jendela yang terbuka, untuk mengurangi penyebaran aerosol – partikel kecil – yang berpotensi membawa Covid dapat tetap melayang di udara selama berjam-jam.

“Ada serangkaian kondisi di mana kami menemukan dengan jelas ada masalah, dan ketika Anda melihat perkiraan konsentrasi aerosol di sekitar orang lain di dalam ruangan, dalam beberapa kasus itu jauh lebih tinggi (ketimbang konsentrasi aerosol standar)”, kata Leon Glicksman, seorang profesor arsitektur dan teknik MIT yang merupakan salah satu penulis makalah terbaru yang merinci penelitian tersebut.

Memang, penelitian menunjukkan bahwa beberapa keadaan dapat menciptakan konsentrasi aerosol yang berpotensi bermasalah, mulai dari 50 hingga 150 persen lebih tinggi dari konsentrasi dasar standar yang oleh para ahli dianggap sebagai udara dalam ruangan yang “tercampur dengan baik”.

“Ini menjadi rumit, dan itu tergantung pada kondisi ruangan tertentu”, tambah Glicksman.

Makalah, “Pola penyebaran aerosol SARS-CoV-2 di ruang kelas yang khas” muncul sebelumnya dalam bentuk online di jurnal Building and Environment. Penulisnya adalah Gerhard K. Rencken dan Emma K. Rutherford, mahasiswa sarjana MIT yang berpartisipasi dalam penelitian melalui Program Peluang Penelitian Sarjana dengan dukungan dari MIT Energy Initiative; Nikhilesh Ghanta, seorang mahasiswa pascasarjana di Pusat Sains dan Teknik Komputasi MIT; John Kongoletos, mahasiswa pascasarjana di Program Teknologi Bangunan di MIT dan rekan di Tata Center MIT; dan Glicksman, penulis senior dan profesor teknologi bangunan dan teknik mesin di MIT yang telah mempelajari masalah sirkulasi udara selama beberapa dekade.

Vertikal dan Horizontal

SARS-Cov-2, virus yang menyebabkan Covid-19, sebagian besar ditularkan lewat udara melalui aerosol, yang dihembuskan oleh orang terinfeksi, dan yang dapat tetap berada di udara untuk waktu yang lama jika ruangan tidak berventilasi dengan baik. Banyak pengaturan dalam ruangan dengan aliran udara terbatas, termasuk ruang kelas, dapat mengandung konsentrasi aerosol yang relatif lebih tinggi. Sistem HVAC dan jendela yang terbuka dapat membantu menciptakan kondisi “tercampur dengan baik”, tetapi dalam skenario tertentu, metode ventilasi tambahan mungkin diperlukan untuk meminimalkan aerosol SARS-Cov-2.

Untuk melakukan penelitian, para peneliti menggunakan dinamika fluida komputasi – simulasi aliran udara yang canggih – untuk memeriksa 14 skenario ventilasi kelas yang berbeda, sembilan melibatkan sistem HVAC dan lima melibatkan jendela terbuka. Tim peneliti juga membandingkan pemodelan mereka dengan hasil eksperimen sebelumnya.

Salah satu skenario ideal yaitu melibatkan udara segar memasuki ruang kelas dekat permukaan tanah dan bergerak terus lebih tinggi, sampai keluar dari ruangan melalui ventilasi di langit-langit. Proses ini dibantu oleh fakta bahwa udara panas naik, dan kehangatan tubuh orang secara alami menghasilkan “bulu panas” yang meningkat, yang membawa udara ke ventilasi langit-langit, dengan kecepatan sekitar 0,15 meter per detik.

Dengan adanya ventilasi di langit-langit ruangan, maka tujuannya adalah untuk menciptakan gerakan udara vertikal ke atas supaya mengalirkan udara keluar ruangan, sambil membatasi pergerakan udara horizontal, yang menyebarkan aerosol di antara para siswa yang berada di ruangan.

Inilah sebabnya mengapa memakai masker di dalam ruangan menjadi masuk akal: Masker membatasi kecepatan horizontal aerosol yang dihembuskan, menjaga partikel-partikel itu di dekat gumpalan panas sehingga aerosol naik secara vertikal, seperti yang diamati para peneliti dalam simulasi mereka. Menghembuskan napas secara normal menciptakan kecepatan aerosol 1 meter per detik, dan batuk menciptakan kecepatan yang masih lebih tinggi, akan tetapi masker menjaga kecepatan itu tetap rendah.

“Jika Anda memakai masker yang tepat, Anda dapat menekan kecepatan pembuangan [nafas] ke titik di mana udara yang keluar dibawa oleh gumpalan di atas individu”, kata Glicksman. “Jika masker yang digunakan longgar atau tidak menggunakan masker sama sekali, udara keluar dengan kecepatan horizontal yang cukup tinggi, sehingga tidak ditangkap oleh gumpalan yang naik ini, dan akan naik ke udara dengan kecepatan yang jauh lebih rendah.”

Dua Skenario Bermasalah

Namun meski begitu, para peneliti menemukan bahwa komplikasi bisa saja muncul. Dalam rangkaian simulasi mereka yang berfokus pada jendela tertutup dan penggunaan HVAC, masalah aliran udara muncul di ruang kelas yang disimulasikan bagi musim dingin. Dalam hal ini, karena udara dingin di dekat jendela turun secara alami, hal itu mengganggu aliran udara ruang kelas ke atas secara keseluruhan, meskipun ada gumpalan panas yang menyengat.

“Karena udara dingin dari jendela, sebagian udara akan turun”, kata Glicksman. “Apa yang kami temukan dalam simulasi adalah, semburan panas orang bermasker akan naik ke langit-langit, tetapi jika seseorang dekat dengan jendela, aerosol akan naik ke langit-langit dan dalam beberapa kasus ditangkap oleh aliran ke bawah, dan itu dibawa oleh pernapasan di dalam ruangan. Dan kami menemukan semakin dingin jendela, semakin besar pula masalah ini”.

Dalam skenario ini, seseorang yang terinfeksi Covid-19 yang duduk di dekat jendela kemungkinan besar dapat menyebarkan aerosol mereka. Akan tetapi ada titik terang untuk masalah ini: Antara lain, menempatkan pemanas di dekat jendela yang dingin untuk membatasi dampaknya pada aliran udara ruang kelas.

Dalam rangkaian simulasi lainnya, yang melibatkan jendela terbuka, masalah tambahan juga menjadi jelas. Sementara jendela yang terbuka bagus untuk aliran udara segar secara keseluruhan, para peneliti mengidentifikasi satu skenario bermasalah: Pergerakan udara horizontal dari jendela yang terbuka secara sejajar dengan barisan tempat duduk dapat menciptakan penyebaran aerosol yang cukup signifikan.

Para peneliti menyarankan perbaikan sederhana untuk masalah ini: memasang baffle (penyekat) jendela, perlengkapan yang dapat diatur untuk membelokkan udara ke bawah. Dengan melakukan ini, udara segar yang lebih sejuk dari luar akan memasuki ruang kelas di dekat kaki penghuninya, dan membantu menghasilkan pola sirkulasi secara keseluruhan yang lebih baik.

“Keuntungannya adalah, Anda membawa udara bersih dari luar ke lantai, dan kemudian [dengan menggunakan baffle] Anda memiliki sesuatu yang mulai terlihat seperti ventilasi perpindahan, di mana lagi-lagi udara hangat dari individu akan menarik udara ke atas, dan itu akan bergerak menuju langit-langit”, kata Glicksman. “Dan sekali lagi itulah yang kami temukan ketika kami melakukan simulasi, konsentrasi aerosol jauh lebih rendah dalam kasus tersebut daripada jika Anda membiarkan udara masuk secara langsung, secara horizontal”.

Alejandra Menchaca PhD ’12, wakil presiden dan ahli dalam ilmu bangunan dan ventilasi di perusahaan konsultan teknik Thornton Thomasetti, menyebut penelitian ini sebagai langkah maju yang sangat bermanfaat. Makalah ini “memberikan wawasan baru yang kritis ke dalam aspek aliran udara dalam ruangan yang dihembuskan aerosol penyebaran”, kata Menchaca, yang tidak terlibat dalam penelitian. “Saya berharap industri [bangunan] dapat menggunakan hasil ini untuk meningkatkan pemahamannya tentang penyebaran aerosol dan variabel kunci – yang banyak diabaikan sampai sekarang – yang mempengaruhinya”,

Hukum Energi

Selain implikasi keselamatan selama pandemi, Glicksman mencatat bahwa aliran udara yang lebih baik di semua ruang kelas memiliki konsekuensi bagi energi dan lingkungan.

Jika sistem HVAC saja tidak dapat menciptakan kondisi optimal di dalam ruang kelas, godaannya mungkin untuk menghidupkan sistem dengan kecepatan penuh, dengan harapan menciptakan aliran yang lebih besar. Tapi itu butuh biaya yang mahal dan membebani lingkungan. Pendekatan alternatif adalah mencari solusi khusus ruang kelas — seperti penyekat atau penggunaan filter efisiensi tinggi dalam suplai udara HVAC yang bersirkulasi.

“Semakin banyak udara luar yang Anda bawa, semakin rendah konsentrasi rata-rata aerosol ini”, kata Glicksman. “Tapi ada penalti yaitu berdampak buruk bagi energi yang terkait dengannya”.

Glicksman juga menekankan bahwa studi saat ini meneliti kualitas udara dalam keadaan tertentu. Penelitian juga dilakukan sebelum varian Delta yang lebih menular dari virus Covid-19 sebelumnya menjadi merebak. Perkembangan ini, Glicksman mengamati, memperkuat pentingnya “mengurangi tingkat konsentrasi aerosol melalui penggunaan masker yang tepat dan tingkat ventilasi yang lebih tinggi” di seluruh ruang kelas, dan terutama menggarisbawahi bahwa “konsentrasi lokal di zona pernapasan [dekat kepala penghuni ruangan] harus diminimalkan”.

Dan Glicksman menekankan bahwa akan berguna untuk memiliki lebih banyak studi untuk mengeksplorasi masalah-masalah yang selalu bermunculan secara mendalam.

“Apa yang kami lakukan adalah studi terbatas untuk bentuk geometri tertentu di kelas”, kata Glicksman. “Itu tergantung sampai batas tertentu pada kondisi tertentu. Tidak ada satu resep sederhana untuk aliran udara yang lebih baik. Apa yang sebenarnya dikatakan ini adalah bahwa kami ingin melihat lebih banyak penelitian dilakukan”.

Setelah membaca penjelasan singkat di atas, lantas bagaimana dengan situasi di negara kita, Indonesia? Apakah wacana untuk memulai kembali perkuliahan secara tatap muka menjadi dilematika tersendiri? Atau pemerintah bersama universitas-universitas di negeri ini juga sudah memiliki solusi yang lebih baik? Patut untuk ditunggu kelanjutannya.

Artikel ini disadur dari www.news.mit.edu