Monitores de CO2 contra la Covid-19 en las escuelas

Israel Téllez González
Director General de Meditech Tecnologías Disruptivas de México

El presente artículo tiene por objetivo dar a conocer al lector una estrategia centrada en la disminución del riesgo a partir de la medición de la concentración de dióxido de carbono (CO2), en el aire al interior de las aulas de clase en instituciones educativas públicas y privadas, lo que sirve como indicador del nivel de riesgo de contagio debido a la exposición al virus SARS-CoV-2, causante de la enfermedad Covid-19 en recintos cerrados.

Aerosol, SARS-CoV-2, Dióxido de carbono.

Introducción 

De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Covid-19 es una enfermedad causada por el nuevo coronavirus denominado SARS-CoV-2, del cual conocimos de su existencia a partir del 31 de diciembre de 2019, debido al reporte de un brote importante de casos de “neumonía viral”, que se había declarado en Wuhan, provincia de Hubei, en la República Popular China.

El 1 de enero de 2020, la OMS se declara en estado de emergencia para abordar el brote, haciendo pública la información a través de sus redes sociales para el día 4 de enero. A partir del 10 de enero, la OMS publica una serie de documentos técnicos con recomendaciones para todos los países, que les permitan detectar, realizar pruebas de laboratorio y gestionar los casos que se pudieran presentar.

El día 13 de enero de 2020 se confirma el primer caso fuera de China, en Tailandia. Hacia el día 22 de enero, la OMS afirma que se ha demostrado la transmisión entre seres humanos en Wuhan, China; aceptando sin embargo, que se requiere de más investigaciones para comprender la magnitud de esa transmisión.

El 30 de enero de 2020, la dirección general de la OMS convoca por segunda vez, en menos de diez días, al Comité de Emergencias, mismo que analiza los datos y de acuerdo a su recomendación, el director general de la OMS declara que el brote por el nuevo coronavirus (2019nCov), constituye una Emergencia de Salud Pública de Importancia Internacional.

El 11 de marzo de 2020 finalmente y, después de 7818 casos en 18 países, la Organización Mundial de la Salud declara que la Covid-19 se puede caracterizar como una pandemia.

En México, se presenta el primer caso conocido de Covid-19 el día 28 de febrero y a partir del 18 de marzo, se dan a conocer los primeros decesos, por lo que el gobierno federal declara la suspensión de clases presenciales el día 20 de marzo e inicia la llamada “Jornada Nacional de Sana Distancia” el día 23 de marzo de ese año.

Para el día 24 de marzo, el gobierno de México declara la fase 2 de la contingencia y el día 30 de marzo, el Consejo de Salubridad General decreta la Contingencia Sanitaria por el virus SARS-CoV-2, declarándose la fase 3 de la emergencia (la más grave en términos de medidas de precaución y distanciamiento social), el día 21 de abril.

Figura 1 Se muestran las restricciones y el número de Estados de la república que las implementaron, durante la emergencia sanitaria. Fuente: El Economista / Redacción, Ed. 1 de marzo 2021.

A partir del 1 de junio de 2020 en México, se declara el inicio de la “nueva  normalidad”, basada en un semáforo epidemiológico regional y con medidas para prevenir los contagios de acuerdo al color del mismo.

Figura 2 Nivel de riesgo por entidad federativa de acuerdo al semáforo de riesgo epidémico actualizado. Fuente: coronavirus.gob.mx/semáforo/

A partir de ese momento, la comunidad educativa (alumnos, padres de familia, docentes, directivos y personal de apoyo),  se han visto en la disyuntiva del regreso o no, a clases presenciales, promovida en todo momento por el gobierno federal como necesario y seguro.

Si bien existe un amplio consenso entre gobierno, sociedad y profesionales de las áreas de la salud y educación,  acerca de la necesidad de que la comunidad educativa se reintegre a las actividades presenciales con la finalidad de evitar la afectación que representa el hecho de que muchos alumnos no cuenten con los medios para garantizar su acceso a la educación virtual, además de permitir la socialización, salud mental y disminuir la exposición a la violencia, también es cierto que no existen procedimientos lo bastante claros como para poder manejar el riesgo al interior de los planteles escolares.

Y es que, a pesar de toda la actual información existente acerca de los mecanismos de transmisión del SARS-CoV-2, pudimos ser testigos de acciones que en poco o nada ayudan en la disminución del riesgo de contagio en las escuelas, tal como sucedió en la Ciudad de México, al abrir 1130 colegios y, en menos de una semana, presentar casos de contagios entre alumnos, que llevaron al cierre parcial y/o total de muchas de estas escuelas.

Figura 3 Toma de temperatura a una estudiante, al regreso a clases presenciales en CDMX. Fuente: El País, Ed. 14 junio 2021. Imagen de Claudio Cruz / AFP.

Acciones como la utilización de los llamados tapetes, túneles o arcos “sanitizantes”, caretas faciales, uso de guantes, colocación de barreras de acrílico y la toma de temperatura en los accesos, NO funcionan, son riesgosos y solo dan la falsa sensación de seguridad, disminuyendo la percepción del riesgo, lo que incrementa la posibilidad de contagios.

Figura 4 La ciencia se ha encargado de demostrar las acciones que no impactan en la disminución del riesgo de contagio por SARS-CoV-2.

La misma OMS, ha realizado una serie de publicaciones con recomendaciones y orientaciones técnicas acerca de cómo protegerse y lograr disminuir el riesgo de contagio, haciendo énfasis en evitar lo que denominan las 3 C’s:

  • Lugares concurridos.
  • Poca distancia entre personas.
  • Espacios confinados y cerrados.

Además recomiendan acciones tales como mantener la sana distancia, usar cubrebocas, limpieza de manos, higiene respiratoria, ventilación  y vacunarse, entre otras.

Figura 5 Cartel informativo para disminuir el riesgo de contagio. Fuente: who.int

Y es que, de acuerdo con estudios científicos, ahora sabemos que el mecanismo mayormente dominante del virus es mediante aerosoles contenidos en el aire, en ambientes o lugares cerrados, con pobre o nula ventilación (1).

En este contexto, la escuela en sus salones de clase, bibliotecas, laboratorios, gimnasio y oficinas, proporcionan un entorno capaz de permitir la propagación del virus si no se realizan las adecuaciones físicas de las instalaciones para mejorar la ventilación de espacios con actividad humana.

Por lo tanto, dentro de las acciones a considerar en la estrategia para contar con salones de clase seguros, se encuentran:

  • Sana distancia.
  • Uso de cubrebocas.
  • Higiene de manos.
  • Higiene respiratoria.
  • Ventilación de espacios con actividad humana.
  • Medición de la calidad del aire interior.

De acuerdo con lo anterior y con base en la falta de procedimientos de parte de la autoridad competente, para lograr una ventilación correcta en las aulas para el regreso a clases presenciales y, considerando que la ventilación es clave en la reducción del riesgo de contagio del SARS-CoV-2 (2), en este artículo vamos a centrarnos en cómo podemos determinar que un aula cuenta con una correcta ventilación y bajo riesgo, a partir de la utilización sistematizada de los monitores de dióxido de carbono (CO2).

Desarrollo.

Hablemos de ventilación. De acuerdo con los Centros para el Control y Prevención de las Enfermedades (CDC), de los EE. UU. El modo principal por el cual las personas se infectan con el SARS-CoV-2, es a través de la exposición a los fluidos respiratorios que transportan virus infecciosos. La exposición ocurre de tres formas principales:

  1. Inhalación de gotitas respiratorias muy finas y partículas de aerosol.
  2. Deposición de gotitas y partículas respiratorias en las membranas mucosas expuestas en la boca, nariz u ojos, por salpicaduras y aerosoles directos.
  3. Tocar membranas mucosas con las manos que se han ensuciado directamente con fluidos respiratorios que contienen virus, o indirectamente al tocar superficies con virus.

También señalan (los CDC), y dejan muy en claro que puede ocurrir la transmisión del SARS-CoV-2 por inhalación del virus en el aire a más de 6 pies (1.8 metros aprox.), de distancia de una fuente infecciosa (persona infectada).

Figura 6 Emisión de aerosoles al hablar. Fuente: Riken / Kobe University.

La ventilación entonces, se hace indispensable con la finalidad de reducir la probabilidad de contagio, diluyendo los aerosoles potencialmente infecciosos, disminuyendo la cantidad de aerosoles que inhalamos cuando permanecemos en una habitación junto a más personas.

Figura 7 Se debe evitar la colocación de barreras físicas que impidan una correcta ventilación de las aulas.

La ventilación consiste en introducir aire limpio en un espacio, al tiempo que se elimina el aire viciado, a fin de mantener o mejorar la calidad del aire. La ventilación se puede lograr de forma natural (por ejemplo, mediante la apertura de una ventana), o a través de la instalación de un sistema mecánico.

Tasa de ventilación recomendada. La tasa de ventilación se refiere al volumen de aire que se proporciona a una habitación durante un periodo de tiempo y a menudo se indica como valores recomendados. La evidencia hasta ahora, sugiere que el riesgo de transmisión de Covid-19 aumenta cuando la tasa de ventilación es muy baja; se han citado valores de 1 a 3 litros por segundo por persona para una serie de eventos de súper propagación.

Algunos documentos establecen la tasa de ventilación en cambios de aire por hora (ACH), que es una medida del caudal de aire en relación con el tamaño de la habitación. Una tasa de ventilación de 6 cambios de aire por hora (6ACH), significa que el sistema de ventilación proporciona 6 veces el volumen de la habitación cada hora. Sin embargo, esto no significa que todo el aire se cambie 6 veces por hora; el aire nuevo que se mezcla con el aire que ya está en la habitación se diluye con el tiempo. A 6ACH, 95% de los contaminantes en el aire se eliminan en 30 minutos.

Figura 8 La tasa de ventilación recomendada por la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), así como la Organización Mundial de la Salud (OMS), es de 6ACH.

Medición de la ventilación. Es muy difícil medir con precisión la ventilación, pero en algunos espacios es posible utilizar monitores de dióxido de carbono (CO2), para estimar la efectividad de la ventilación. Todos exhalamos CO2 cuando respiramos y, la concentración que hay en el aire dentro de una habitación, depende del número de personas en ella y de la tasa de ventilación.

Figura 9 La ventilación puede ser natural o bien, si es necesario aumentarla, se pueden utilizar medios mecánicos. En salones de clase es preferible la ventilación por depresión, mediante extractores de aire.

La mayoría de las guías de edificación recomiendan que las concentraciones de CO2 se mantengan por debajo de las 1000 PPM (partes por millón), para una ventilación eficaz. Entre mayor sea la concentración de CO2 en interiores, es indicativo de una mala ventilación y puede representar un mayor riesgo por Covid-19.

Por supuesto, se recomiendan precauciones adicionales cuando se realizan actividades que emiten aerosoles, se realizan ejercicios de intensidad, canto y hablar fuerte de manera prolongada, manteniendo el nivel de CO2 por debajo de 800 PPM. Se puede utilizar un medidor de CO2 para identificar espacios conde la ventilación es deficiente.

La ventilación en las aulas entonces, se debe mantener constante, cruzada y distribuida, de tal manera que disminuya el riesgo de contagio.

Por lo que se hace imprescindible para alcanzar esta premisa, realizar una medición que nos permita ajustar la ventilación de la manera correcta.

Figura 10 Medidor de calidad del aire interior de Meditech. Mide concentraciones de CO2, temperatura actual y humedad relativa, cuenta con conectividad a internet mediante WiFi y se monitorea a distancia desde la Web y teléfono móvil Android e IOs.

Medición de la calidad del aire interior. Como ya se ha indicado anteriormente, la concentración de CO2 en un recinto con actividad humana, está relacionada con la calidad de la ventilación interior. Por supuesto, el resultado de la medición va a depender de la cantidad de personas reunidas en el lugar, su metabolismo, la intensidad de la actividad física que se encuentran realizando y la ventilación del lugar.

La proporción de CO2 se mide en “Partes Por Millón” (PPM = Número de moléculas de CO2, por cada millón de moléculas), y nos da idea del grado de contaminación del aire con las exhalaciones de las personas.

Figura 11 Para prevención de la Covid-19, se recomienda no superar el valor de las 800 PPM en interiores y, preferiblemente mantenerlo en torno a las 450 – 500 PPM.

Instalación de medidores de CO2. La medición de la concentración del dióxido de carbono es una estrategia que puede advertir el riesgo de contagio de la enfermedad del coronavirus (Covid-19), en un lugar donde se encuentra reunido un grupo de personas. El resultado puede dar una señal de si la ventilación es adecuada o si, por el contrario, es deficiente  y facilita la propagación del virus.

La medición del dióxido de carbono es útil porque es exhalado cuando respiramos. Va junto con las partículas que espiramos, que pueden estar cargadas del virus y quedar suspendidas en el aire, por lo que es mucho más cercana a la identificación del riesgo de transmisión del virus.

Figura 12 Es necesaria la instalación de forma permanente de estos equipos dentro de las aulas para contar con una indicación del riesgo.

Con la finalidad de tener una operación confiable de estos equipos, es recomendable instalarlo alejado de puertas, ventanas y personas, dejando al menos una distancia de 1.5 metros entre éstos y el analizador, colocándolo a una altura de entre 1.2 a 2 metros sobre el nivel del piso. Es preferible colocarlo en la parte más alejada de las corrientes de aire, eligiendo siempre aquella zona dentro del recinto que considere como peor ventilada.

Todos los medidores o analizadores de CO2 requieren de calibrarse antes de su primer uso e incluso es buena práctica comprobar que mantiene la calibración (regularmente la función de calibración es algo incluido en el software del equipo). Estos equipos de medición requieren un tiempo de estabilización de lectura de entre 3 hasta 30 minutos, dependiendo del modelo y tecnología utilizada en el sensor, pudiendo ser electroquímicos o de infrarrojo no dispersivo.

A continuación, podemos observar las posibilidades de distribución de entradas de aire a un recinto, pudiendo ser puertas y/o ventanas, considerando a la izquierda de la imagen, la menos eficiente de las posibilidades y hacia la derecha la más eficiente de estas:

Figura 13 Posibles modos de ventilación en edificios escolares. Fuente: Universidad Zaragoza / LIFTEC.

De acuerdo con lo anterior, es conveniente dar una orientación acerca de la mejor ubicación del equipo medidor o analizador de CO2. De la siguiente figura, debemos considerar que el analizador NO se debería colocar dentro de las zonas sombreadas en azul, para cada opción presentada:

Figura 14 La correcta ubicación del medidor de CO2 es fuera de las zonas sombreadas. Fuente: Universidad Zaragoza / LIFTEC.

Si bien es cierto, la mayoría de los equipos analizadores o medidores de CO2 operan mediante baterías, lo cual los hace portátiles, en la práctica NO es recomendable utilizar un solo equipo analizador para varias aulas, debido a que el periodo de tiempo que toma al equipo estabilizar la lectura, no permitirá tener un resultado instantáneo en caso de pasar de un lugar con alta concentración de CO2 a otro con menor concentración; debido a esto, es preferible que cada espacio interior cuente con un analizador instalado de manera permanente o semipermanente.

Figura 15 Los medidores de CO2 pueden tener conectividad a internet, con lo que pueden ser monitoreados de forma remota, desde la dirección escolar o por los miembros del Comité de Salud Escolar.

Procedimiento para el uso correcto de un medidor analizador de CO2 en las aulas de clase. Para realizar el siguiente procedimiento de medición por estimación de la tasa de renovación de aire en recintos cerrados, se requiere:

  1. Equipo de medición de calidad del aire interior de Meditech.

  1. Dimensiones del aula, en metros.

Existen diversos métodos para realizar las mediciones o bien, las estimaciones mediante cálculos muy precisos. En este punto es conveniente establecer desde el inicio, cuál será la Tasa de Renovación de Aire (ACH, por sus siglas en inglés: Air Changes per Hour).

De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, la tasa de renovación de aire debería ser de 5 a 6 ACH, por lo que, para nuestro ejemplo de demostración del procedimiento en este artículo, utilizaremos el valor de 6 ACH y las dimensiones del aula serán tomadas del aula tipo de la figura 16, estas dimensiones están referidas al interior del aula: 7.68 x 9.4 x 2.6 metros.

Figura 16 Dimensiones de aula tipo, de carácter demostrativo.

El método a utilizar será el de Estado Estable de CO2 (Steady State), aplicable cuando el local está ocupado (hay personas en el interior), y con cualquier tipo se sistema de ventilación en el lugar. El equipo de medición será el analizador de CO2 de Meditech Industries Mod. MDT-CO2-21 Plus.

Paso 1. Determinar el volumen en metros cúbicos (m3), del aula bajo análisis, de acuerdo con la siguiente fórmula: Largo x Ancho x Alto.

7.68 x 9.4 x 2.6 = 187.69 m3.

Paso 2. Configurar y tomar las lecturas con el analizador MDT-CO2-21 Plus, en el exterior del aula, al aire libre, durante al menos 5 minutos. Calibrar si es necesario, al encender el equipo, colocándolo al aire libre durante el proceso de calibración.

Las lecturas en el caso del analizador MDT-CO2-21 Plus de Meditech Industries, pueden ser adquiridas directamente desde la pantalla frontal del equipo o bien, pueden ser tomadas cómodamente desde internet en la página Thingspeak o desde el teléfono móvil a través de un widget descargable.

En todos los casos, el analizador reportará una lectura cada segundo y un promedio cada 16 segundos en pantalla y a través de internet.

Figura 17 Gráficas de resultado de mediciones en la Web ThingSpeak. Se observan: concentración de CO2, Temperatura y Humedad.

Paso 3. Estimar la tasa de generación de CO2 multiplicando el número de ocupantes del aula, por su tasa de exhalación de CO2. La tasa de generación de CO2 por persona depende de la edad, sexo, peso y actividad metabólica. En el caso de un aula escolar, para estudiantes de 6-11 años, se puede utilizar 0.18689 litros por minuto (lpm), por cada estudiante; para adolescentes podremos utilizar 0.24636 lpm para cada uno de ellos, y para docentes de pie y hablando frente al grupo (con edad entre 30 a 40 años), utilizaremos 0.36818 lpm.

Considerando entonces, en nuestra aula de ejemplo con la aplicación de sana distancia, un grupo de 25 adolescentes + 1 docente, la generación de CO2 es:

25 x 0.24636 = 4.9272 + 0.36818 = 6.52718 litros por minuto.

Paso 4. Estimar el flujo objetivo de aire exterior, multiplicando el volumen del local en m3, por el número de renovaciones de aire objetivo por hora y dividiendo entre 60 minutos.

Para el ejemplo, previamente hemos seleccionado una tasa de renovación de 6 ACH.

6 x 187.69 / 60 = 18.769 m3/min = 18,769 litros por minuto (lpm).

Estimar el Estado Estable (Steady State), de CO2 de acuerdo con la siguiente fórmula:

Por lo tanto y, considerando la concentración de CO2 medida en exterior, durante 5 minutos en el paso 2; para este ejemplo asumimos una lectura de 420 PPM de CO2.

Steady State = 767.76 PPM de CO2.

Paso 6. Una vez realizado el cálculo, podemos utilizar el analizador de CO2 para determinar si la ventilación es adecuada: para nuestro ejemplo, si el analizador entrega lectura de 767 PPM con el nivel de ocupación indicado (25 alumnos y 1 docente), sabríamos que estamos cumpliendo con el objetivo que establecimos de 6 cambios de aire por hora (6 ACH).

Por el contrario, si el analizador entrega lecturas constantes por encima de ese valor (767 PPM), durante más del tiempo de 1 cambio de aire (10 minutos a la tasa de 6 ACH), es una indicación de que la tasa real de intercambio de aire por hora está por debajo del objetivo establecido de 6 ACH. De esta manera, podemos utilizar un analizador de CO2 para determinar cuando la ventilación de un lugar no es la adecuada y realizar los ajustes pertinentes.

IMPORTANTE: Este método sólo considera el efecto de la dilución debido al flujo de aire exterior. En caso de utilizar filtro HEPA para el aire mediante purificadores de aire, se puede utilizar un flujo objetivo de aire exterior más bajo, considerando el efecto de los equipos de filtrado del aire existentes, siempre y cuando el aire total renovado cumpla con el objetivo de ACH recomendado.

Si el local NO alcanza el objetivo de renovaciones de aire por hora, podría:

  • Incrementar el aire exterior.
  • Utilizar filtros MERV 13 para el aire recirculado.
  • Añadir purificadores de aire portátiles con filtros HEPA.

Conclusiones

 La implementación del procedimiento aquí descrito para la evaluación de la ventilación mediante monitores o medidores de CO2, en todo o en parte, no garantiza un resultado exitoso en cada situación, ya que cada caso es diferente y se deberá solicitar siempre el apoyo de un profesional en el ramo para determinar las mejores opciones de acuerdo a las necesidades de cada recinto en particular.

Aún con ello, como se ha demostrado y con base en recientes artículos científicos publicados a nivel mundial, la utilización de los equipos de medición de dióxido de carbono en interiores, representan nuestra mejor oportunidad para obtener un parámetro que nos permita actuar en consecuencia para disminuir el riesgo de contagio por SARS-CoV-2, a partir de una ventilación adecuada en las aulas de las escuelas, permitiendo espacios más saludables y seguros.

Esperamos, con este artículo, interesar al lector en tan extenso tema como lo es la medición de la calidad del aire interior en recintos con actividad humana, en el marco de la lucha contra la Covid-19. En próximo artículo, podremos abordar el extenso tema de la ventilación y su mejora dentro de las instituciones educativas de nuestro país, con fines de disminuir la probabilidad de contagio por virus.

Los invitamos a continuar con las acciones de salud personal y comunitaria:

  • Sana distancia
  • Uso de cubrebocas
  • Higiene de manos
  • Higiene respiratoria
  • Evitar reuniones
  • Limitar tiempo de estadía en lugares cerrados y
  • Todas aquellas que indique la autoridad de salud como necesarias para disminuir el riesgo de contagio.

El presente artículo tiene fines informativos a la comunidad escolar y está basado en las publicaciones científicas y técnicas de instituciones de salud, investigación y revistas especializadas.

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Regreso a clases: Ciudad de México registra seis menores contagiados de la covid-19 tras la reapertura de escuelas | Sociedad | EL PAÍS México (elpais.com)

Siete razones por las que los niños, niñas y adolescentes deben volver a las escuelas | UNICEF

Semáforo – Coronavirus

Cronología de la pandemia en México | El Economista

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