Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autor
Juan Carlos Romero Cabra, Responsable de Producto, S&P Sistemas de Ventilación
Resumen
Debido a la actual situación de pandemia, la sociedad está tomando conciencia sobre los riesgos asociados a la falta de ventilación de los espacios interiores, así como sobre la importancia de mantener una buena calidad de aire interior para evitar el riesgo de transmisión de las enfermedades. Más allá de los patógenos víricos y bacterianos, existen numerosos elementos que pueden afectar negativamente a las personas e incluso pueden provocar problemas serios sobre su salud. Para evitar que esto suceda, será necesario que durante las fases de diseño y explotación de los edificios y sus instalaciones, se implementen medidas protectoras que garanticen la eliminación de los contaminantes interiores, protegiendo a los ocupantes de los contaminantes exteriores.
Palabras clave
CAI, IAQ, Calidad Aire Interior, HS-3, HS-6, salubridad, ventilación
Introducción
Probablemente un primer pensamiento nos llevaría a asociar el concepto “ausencia de salud” con el de enfermedad, y a su vez es posible asociar algunas enfermedades con posibles causas que las han originado. Sin embargo el término salud es mucho más amplio y engloba aspectos como las condiciones de salubridad e higiene del individuo así como del medio en el que éste habita. Y evidentemente si nos referimos al medio, el nuestro es el aire.
Nuestra relación con éste es mayúscula; lo respiramos, utilizamos su oxígeno a nivel metabólico y de hecho vivimos inmersos en él.
Cada persona respira unos 8.000 litros de aire al día, es por tanto evidente la importancia que tiene para nuestra salud, poder garantizar la salubridad del aire que nos rodea. A este dato hay que añadir que las personas pasamos entre un 75% y un 80% de nuestro tiempo en espacios interiores (hogares, oficinas, aulas, lugares de trabajo, restaurantes, gimnasios, etc.). Parece por tanto evidente la relación existente entre salud y Calidad de Aire Interior (CAI). Veamos a continuación cuales son los contaminantes más habituales contenidos en el aire interior y exterior.
Contaminantes que son generados en el interior del edificio
- CO2: Gas emitido por las propias personas. Su medición se relaciona de forma directa con el nivel de ocupación de los edificios. Multitud de estudios han establecido una relación directa entre la exposición a elevadas concentraciones de CO2 y la aparición de síntomas de malestar en los ocupantes del edificio. También ha sido demostrado el efecto negativo sobre el rendimiento de los estudiantes y trabajadores, provocado por la exposición prolongada a concentraciones de CO2. En función del tipo de edificio, se consideran apropiados niveles de CO2 comprendidos entre 800 y 1200 ppm.
- Virus y bacterias: Llegan al aire cuando la persona infectada los expulsa de su organismo al toser, estornudar, hablar o simplemente al respirar. Una vez en el aire, bien sea de forma independiente o adheridos a partículas de mayor tamaño (como pequeñas gotas de saliva), permanecen en el aire durante un periodo de tiempo suficiente para ser inhalados por otras personas, produciéndose de esta forma la transmisión del patógeno y el consiguiente riesgo de transmisión de la enfermedad. Entre el 5% y el 10% de los pacientes que ingresan a hospitales modernos del mundo desarrollado contraerán una o más infecciones.
- Formaldehido: Emitidos por los materiales utilizados en la construcción del edificio y elementos del mobiliario como muebles de madera aglomerada, tapicerías y revestimientos. Este componente volátil puede producir irritación cutánea, escozor de ojos, rinitis o molestias en la garganta.
- Benceno y Tolueno: Emitidos principalmente por algunas pinturas y barnices en base acuosa y baldosas vinílicas. La exposición prolongada a estos componentes orgánicos volátiles está relacionada con afectaciones del sistema nervioso así como malestar general.
- Radón: Gas radiactivo producido en suelos de tipo granítico. La exposición al radón está considerada la segunda causa de aparición de cáncer de pulmón después del tabaco. La reciente aparición del documento básico HS-6 Protección frente al gas radón, supone un primer paso en la protección de los edificios contra este gas, sin embargo existe un gran parque de edificios en el que los ocupantes están expuestos a concentraciones elevadas de radón.
Contaminantes del aire exterior
- Materia en suspensión: Se trata de material sólido que debido a su mínimo peso y tamaño queda suspendido en el aire. Son partículas no visibles al ojo humano pero que presentan una elevada capacidad de penetración en nuestro organismo a través del sistema respiratorio. En función del tamaño de las partículas, éstas se clasifican en PM1, PM2,5 y PM10 cuyo índice numérico hace referencia al tamaño máximo de las partículas (micras). Cuanto menor sea el tamaño de la partícula, mayor será su capacidad de penetración en el organismo y peores los efectos sobre la salud.
La antigua norma EN-779 que clasificaba los filtros en función de su eficiencia ha sido anulada y substituida por la ISO-16890 la cual establece la clasificación de los filtros en función de la eficacia que tienen éstos en la retención de partículas de las tres categorías anteriormente citadas. Los fabricantes de filtros están obligados a declarar y marcar en los filtros los niveles de eficiencia que estos tienen sobre cada tamaño de partícula, denominadas ePM10, ePM2,5 y ePM1.
- Monóxido de carbono: Se produce cuando los combustibles que contienen carbono se queman en condiciones donde el oxígeno es limitado. Los motores de gasolina son la principal fuente de monóxido de carbono. La exposición a bajos niveles de exposición de monóxido de carbono puede causar sensación de falta de aire, náuseas y mareos.
- Óxidos de nitrógeno: Se producen principalmente como subproducto de la combustión en vehículos a motor (especialmente diésel) y procesos industriales. En base a las mediciones realizadas en las estaciones ambientales de Barcelona, un 36% de las escuelas superan, en horario escolar, los niveles de Dióxido de nitrógeno recomendados por la Directiva 2008/50/CE y que se encuentra establecido en 40.0 µg/m3.
Medidas a aplicar para obtener una buena calidad de aire interior
La contaminación interior o la mala calidad del aire interior se han identificado como uno de los elementos clave, no sólo en relación con el síndrome del edificio enfermo sino de forma general, como uno de los factores de incidencia más negativa en el ámbito de la salud laboral.
En el caso del edificio enfermo, es habitual encontrar ejemplos de esta patología en edificaciones de la arquitectura moderna, caracterizadas por estructuras herméticas, aisladas del exterior y donde los sistemas de ventilación son clave en la aportación de soluciones.
La tendencia a la construcción de edificios de bajo consumo energético ha provocado que los edificios sean cada vez más herméticos. Ante esta situación cobra especial importancia el dimensionado del sistema de ventilación, en el que se deberá prestar especial atención a los siguientes aspectos:
Dimensionado de la red de conductos
La eficiencia de la ventilación quedará condicionada por aspectos como:
- La ubicación de las rejillas o difusores de impulsión de aire y las tomas de extracción y retorno. Las líneas de circulación de aire entre puntos de impulsión y extracción deberán discurrir por las zonas ocupadas, provocando un efecto barrido de las partículas y contaminantes generados por personas y mobiliario. En este sentido puede ser interesante utilizar las redes de conductos de climatización para realizar la aportación de aire exterior, bien sea mediante sistemas todo-aire o mediante la aportación de aire exterior sobre los plenum de retorno del sistema de climatización.
- La agrupación de zonas en función de las calidades de aire, realizando sistemas de ventilación independientes en zonas en las que la calidad del aire sea inferior, evitando la transmisión de contaminantes de éstas hacia otras zonas del edificio. Ejemplos de zonas a tratar de forma independiente son: Lavabos, vestuarios salas de limpieza, casos en los que los conductos de extracción deberían ser independientes. La descompensación de los caudales de impulsión y extracción también puede ser un elemento útil en el control de flujos de aire entre distintas zonas del edificio.
- El adecuado dimensionado de las redes de conductos, evitando tramos de conducto excesivamente largos, y planteando en su lugar ramificaciones en paralelo con especial atención al equilibrado de cada ramal.
- La adopción de secciones de conductos que garanticen una baja velocidad de aire en condiciones de máxima demanda, contribuyendo al aumento del confort acústico y a la reducción del consumo eléctrico de los ventiladores.
- La selección de unidades de ventilación apropiadas al tipo de instalación. En instalaciones en falso techo, será recomendable utilizar unidades con carcasa fabricada en doble panel metálico (tipo sándwich), lo que comportará en una reducción del nivel sonoro radiado a través del falso techo. El uso de silenciadores en las tomas de aspiración y especialmente la descarga de aire también son recomendables.
Caudales de aire exterior
Para la eliminación de los contaminantes generados en el interior del edificio, la ventilación se presenta como la mejor solución, permitiendo la reposición del aire interior contaminado por aire exterior con niveles de CO2 mucho más bajos. En locales con ocupación variable la regulación del caudal de ventilación de forma directa al nivel de CO2 se presenta como la solución más efectiva y equilibrada para garantizar la CAI optimizando al mismo tiempo el consumo de las unidades de ventilación.
El método más extendido para establecer el caudal de aire exterior necesario es el método indirecto de caudal de aire exterior por persona, contemplado en la Instrucción Técnica 1.1.4.2.3. del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE).
Al margen de los valores normativos, en estos momentos con el fin de reducir el riesgo de contagios por Covid-19, las principales asociaciones europeas de técnicos en HVAC recomiendan aumentar los caudales de ventilación aportados por ocupante, pasando de 28,8m3/h a 45 m3/h, bien sea aumentando el caudal de ventilación (siempre que el sistema de ventilación así lo permita), o bien sea mediante la limitación del aforo de los espacios interiores.
Filtración
La filtración del aire exterior es la única barrera de protección ante los contaminantes presentes en el aire exterior y su importancia será mayor cuanto mayor sea el nivel de contaminación del aire exterior.
La reducción de los niveles de partículas que pueden acceder al interior del edificio a través del sistema de ventilación se consigue mediante la instalación de uno o varios filtros de alta eficacia.
El RITE mediante la Instrucción Técnica 1.1.4.2.4, define los niveles de filtración mínima que se deberán incluir en la aportación de aire exterior, y que son función del tipo de uso del local y la calidad del aire exterior.
- ODA 1: Aire puro que se ensucia sólo temporalmente (por ejemplo polen).
- ODA 2: Aire con concentraciones altas de partículas y, o de gases contaminantes.
- ODA 3: Aire con concentraciones muy altas de gases contaminantes (ODA 3G) y, o de partículas (ODA 3P).
En cualquier caso, no será suficiente con seleccionar los filtros apropiados, también se deberá exigir que el fabricante de las unidades de ventilación adopte sistemas de montaje de los filtros que garanticen un elevado nivel de estanqueidad y eviten el efecto by-pass del aire a través del contorno del filtro.
En el caso en que los edificios se encuentren ubicados en ambientes exteriores con elevada contaminación ambiental por gases (ODA-3G), no será suficiente con la utilización de filtros convencionales. En este caso se deberán integrar soluciones tecnológicas como el uso de materiales absorbentes, radiación UV o reacciones fotocatalíticas entre otras, que garanticen una elevada eficiencia en la eliminación de estos contaminantes.
Elementos de control y regulación
Deben garantizar la adecuación de las prestaciones del sistema a las necesidades de cada momento, optimizando al mismo tiempo el funcionamiento de la instalación. Esto solamente será posible de la mano de un control avanzado que integre funcionalidades tales como:
- Visualización de los caudales de aire de aportación y extracción.
- Regulación automática del caudal en función del CO2.
- Detección de ensuciamiento de filtros combinada con la compensación con el aumento de la velocidad de los ventiladores.
- Funciones free-cooling y gestión de baterías de refrigeración/calefacción.
Pese a que no es conveniente generalizar sin antes haber realizado el correspondiente análisis de necesidades, algunas soluciones DCV implementadas habitualmente con resultado satisfactorio son las siguientes:
- Pequeños despachos o salas de reunión de poca ocupación: Detección de presencia combinada con compuertas bicaudal pilotando entre caudal valle y caudal pico. El caudal valle permite eliminar los olores y COV’s procedentes del mobiliario de oficina como formaldehidos.
- Zonas de trabajo y oficinas con ocupación variable: Sensor de calidad de aire interior CO2 con salida proporcional para la regulación de la velocidad de los ventiladores o abertura de compuertas. Se trata de una de las medidas más eficaces para prevenir situaciones de elevadas concentraciones de CO2 en el ambiente interior y, por tanto evitar el deterioro de la CAI.
En estos sistemas, se deberán tener en cuenta una serie de consideraciones a la hora de instalar los sensores de CO2 tales como:
- Evitar determinadas ubicaciones como puertas y ventanas o aquellos lugares en los que las personas puedan respirar directamente sobre el sensor, como por ejemplo sobre mesas de trabajo.
- Siempre que sea posible, optar por los sensores de montaje de pared y no por los de montaje de conducto. Los montajes de pared ofrecen información más precisa sobre la efectividad del sistema de ventilación.
- En el caso de instalar sensores de montaje de conducto deberán instalarse lo más cerca posible del espacio ocupado y con un acceso fácil para realizar las tareas de mantenimiento. En sistemas de una única zona estos son los más aconsejables.
- Los sensores de montaje de pared deberán colocarse entre 1 a 1,8 metros sobre el nivel del suelo.
Recuperación de energía
Para minimizar el impacto energético debido a la ventilación será imprescindible que las unidades de ventilación incluyan una sección de recuperación de calor. En función de las condiciones ambientales y uso previsto del edificio, se evaluará el tipo de recuperación idónea (entálpica o sensible).
La integración de una sección de recuperación de calor es un elemento que afecta al balance energético del edificio y al mismo tiempo tiene una importante afectación al confort interior ya que permite conseguir temperaturas de aportación de aire exterior muy cercanas a la temperatura interior.
Mantenimiento preventivo
Para que la CAI se mantenga en el tiempo, es imprescindible realizar un adecuado mantenimiento de las instalaciones, integrado en el plan de mantenimiento del edificio, que deberá considerar acciones preventivas como:
- Sustitución de filtros
- Limpieza y mantenimiento de los equipos de ventilación y las redes de conductos
- Verificación de estanqueidad de la red de conductos
- Comprobación de prestaciones de las unidades de ventilación.
Sistemas de purificación de aire
Entendemos como purificación, a la recirculación de aire interior a través de una unidad autónoma equipada con varias etapas de filtración, que podrán ser mecánicas o químicas. El sistema de purificación de aire únicamente puede entenderse como un complemento al sistema de ventilación ya que este último seguirá siendo necesario para eliminar elementos sobre los que la filtración no es efectiva como el CO2.
Para que los purificadores resulten útiles deberán incluir etapas de filtración efectivas contra las partículas o gases nocivos existentes en el aire interior.
Los filtros absolutos se presentan como la mejor solución en la retención de partículas de menor tamaño (PM1, virus y bacterias) debido a su elevada eficiencia en la retención de estas partículas:
A modo de referencia, la eficiencia de una mascarilla FFP-3 es del 98%.
Conclusiones
En los próximos años, tenemos el reto de conseguir auténticos edificios de consumo casi nulo. Esta realidad conllevará el riesgo de que en la búsqueda de la eficiencia energética se obtengan edificios estancos en los que no se garanticen unos niveles de calidad de aire interior apropiados.
La eficiencia energética no debe ser el fin sino el medio para obtener edificios saludables y confortables.
El estado del arte permite que sea posible llevar a cabo el propósito de construir edificios salubres y sostenibles, sin embargo será imprescindible que los aspectos que inciden sobre la CAI sean considerados desde las primeras fases de proyecto del edificio
Referencias
- Organización Mundial de la Salud. 2020. Noticias de brotes de enfermedades.
- Consejería de Sanidad de la Comunidad de Madrid. 2010 Calidad del aire interior en edificios de uso público.
- Heymann D. El control de las enfermedades transmisibles. 2008. American Public Health Association, Washington.