Diseño de ventilación de calidad vs. COVID-19
Cada vez las comunidades urbanas son más grandes y las construcciones forman un rol muy importante en nuestra salud y bienestar hoy en día.
En nuestro presente conocemos estándares de edificación sustentable que no sólo tienen como objetivo ofrecer edificios amigables con el medio ambiente, si no también edificios con espacios con beneficios a nuestra salud.
Pasamos aproximadamente el 90% de nuestro tiempo en espacios cerrados[1], ya sea en nuestros hogares, lugar de trabajo, escuelas y otros ambientes. Durante este periodo, la exposición a la que nos enfrentamos al inhalar contaminantes en el aire interior puede llevar a una variedad de afectaciones a la salud y bienestar. Es evidente que el impacto de mejorar la calidad del aire en el interior es de gran importancia. Según la Organización Mundial de la Salud, se estima que aproximadamente siete millones de muertes prematuras globalmente en el 2012 fueron ocasionadas por la contaminación del aire[2]. Por lo tanto, primordial implementar estrategias de diseño que promuevan un aire interior de calidad, para maximizar los beneficios de un ambiente interior de calidad como una mayor productividad, bienestar y salud de los ocupantes.
Según la Organización Mundial de la Salud, se estima que aproximadamente siete millones de muertes prematuras globalmente en el 2012 fueron ocasionadas por la contaminación del aire
Al ser la calidad del aire un factor que impacta directamente la salud y bienestar de los ocupantes, esta se convierte en uno de los aspectos más importantes de los edificios verdes. La ventilación, la cual se comprende por ser aire en movimiento a través de un espacio cerrado, es el mecanismo principal dentro del diseño de sistemas de ventilación y aire acondicionado o HVAC por sus siglas en inglés (Heating, Ventilation and Air Conditioning) para lograr los objetivos calidad del ambiente en el interior, ya que con ella se puede lograr cumplir con los requisitos de confort y condiciones especiales de los ambientes en el interior. [3]
Se sabe que el estancamiento de aire puede incrementar las concentraciones de virus y polvo, por lo que es fundamental mantener un flujo de aire fresco exterior. Investigaciones han demostrado que al incrementar las tasas de ventilación se reducen las probabilidades de la transmisión de influenza. Por lo tanto, este tema ha sido crítico en la búsqueda de limitar la transmisión del COVID-19. La propagación de patógenos por el aire se produce a través de aerosoles que se generan al toser, estornudar, respirar, hablar, etc.[4] La mayor parte de las gotículas grandes caen por gravedad y se depositan en superficies a 1-2 metros de la fuente, sin embargo la transmisión de los aerosoles infecciosos pequeños puede verse afectada por los patrones de flujo de aire en los espacios, sobre todo alrededor de la fuente, permaneciendo en el aire y ser infeccioso durante periodos prolongados de tiempo, haciendo posible la infección de huéspedes secundarios, o sea que no han estado en contacto con el huésped primario.[5]
Un estudio de la Universidad de Harvard, el pequeño incremento de 1 μg/m3 en la exposición prolongada de PM2.5 conlleva a un incremento de 8% en las tasas de mortalidad del COVID-19.[6] Un estudio de la Universidad de Colorado en Boulder, ha modelado diferentes escenarios para estimar el riesgo de ser infectado por el virus, en base al potencial de propagación de las partículas conocidas como aerosoles.[7] El modelo hace énfasis en la importancia del uso de mascarillas y los riesgos de transmisión del virus COVID-19 en espacios concurridos y con condiciones de ventilación deficientes. Por lo que se concluye que mientras más tiempo nos expongamos en un espacio mal ventilado o concurrido, mayor será la probabilidad de ser infectado.
Lineamientos de Ventilación de LEED y WELL
Los resultados resaltan la importancia de continuar cumpliendo con lineamientos, como los que siguen certificaciones como LEED y WELL para evitar la contaminación del aire y proteger la salud de los ocupantes. Algunas de las estrategias para mejorar la calidad del aire interior son las siguientes:
Ventilación eficiente y mejorada: el introducir aire fresco exterior, la concentración de contaminantes disminuye. Estrategias avanzadas incluyen tasas incrementadas de ventilación, control de demanda de ventilación, extracción y distribución avanzada de aire.
Filtración de Aire: Incluye especificación de filtros MERV-16 (F9), los cuales remueven más del 95% de las partículas PM2.5 y PM10.
Control de Microbios y Moho: La certificación WELL menciona lámparas UV en sistemas HVAC, las cuales son capaces de inactivar los virus.
Gestión y Control de la Humedad: La implementación de estas estrategias limitan la acumulación de humedad, evitando el crecimiento de moho e infiltraciones y la condensación dentro de los edificios. De igual forma, limitando el crecimiento de patógenos y manteniendo los niveles de humedad relativa entre el 40%-60% puede ayudar en limitar la propagación y vida del virus.
Al enfrentarnos con este reto, se suma a la importancia de garantizar un diseño HVAC de calidad y eficiente. Para lograr diseños que cumplan con los lineamientos para garantizar espacios con ambientes interiores de calidad, ingenieros y diseñadores han estado adoptando los lineamientos de estándares internacionales de ventilación mecánica:
WELL Health-Safety Rating
La certificación WELL ha lanzado al mercado una nueva certificación enfocada en la salud y seguridad en un mundo post COVID-19. Esta certificación ha sido diseñada para brindar de herramientas y conocimiento a propietarios y operadores de pequeños y grandes negocios que buscan priorizar la salud de su personal, visitantes y todos los involucrados en su negocio, esta certificación puede ayudarlo a guiar en preparar los espacios para la reapertura respondiendo a la emergencia del COVID-19.
El sello WELL Health-Safety representa el compromiso a la salud de los ocupantes de tu espacio.
Para más información sobre esta nueva certificación ir a la página oficial de WELL.
https://www.wellcertified.com/health-safety/
Aproximadamente el 90% de nuestro tiempo lo pasamos en espacios cerrados
Además, los diseñadores pueden implementar en el proceso de diseño de HVAC las simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional o CFD por sus siglas en inglés (Computational Fluid Dynamics), la cual es una innovación tecnológica que ha ido acelerando en los últimos años. El análisis CFD durante el diseño de sistemas HVAC aporta los siguientes beneficios[8]:
Se logra una simulación a gran escala y precisa.
Efectividad de ventilación natural
Incrementa la eficiencia energética al eficientizar la distribución de los flujos de aire.
Asegura el confort térmico en el interior.
Optimización de la distribución óptima de las salidas de suministro de aire, los difusores de aire y las barras de flujo del techo, garantizando el suministro de aire adecuado en espacios interiores.
Optimización del retorno de aire.
Recomendaciones para el diseño de sistemas de ventilación
Siguiendo el documento de posicionamiento sobre Aerosoles Infecciosos de ASHRAE, Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado por sus siglas en inglés (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) se recomienda lo siguiente:
Los diseñadores de sistemas HVAC para edificios de todo tipo deben seguir como mínimo los estándares más recientes (ver arriba recomendaciones)
La mitigación de la propagación de aerosoles infecciosos debe considerarse en el diseño de todos los edificios y aún más en edificios identificados como de alto riesgo.
Utilizar el proceso de diseño integrado (IPD por sus siglas en inglés)[9] como estrategia de incorporación de medidas para el control de infecciones desde las fases iniciales del diseño.
Evaluar diseños que promuevan patrones de flujo de aire más limpio y trayectorias efectivas para la salida de aerosoles infecciosos hacia el exterior, así como sistemas de purificación de aire. (Ver CFD)
Estrategias específicas para sistemas HVAC:
Filtración mejorada (MERV 13 o superior)
Dispositivos de radiación UVGI en la parte superior de los espacios
Ventilación por extracción local para control de fuentes
Filtros portátiles y autónomos HEPA
Control de temperatura y humedad.
Recomendaciones de ventilación para edificios existentes
Para edificios existentes que buscan reabrir sus instalaciones al público, ASHRAE ha publicado una guía que proporciona información práctica para ayudar a mitigar la transmisión del SARS-CoV-2. A continuación se presentan algunas de las recomendaciones generales de esta guía.
Evaluación de los Sistemas. Se deben inspeccionar los equipos, sistemas y controles de HVAC para verificar que no existan problemas. También se debe evaluar que la ventilación con aire fresco y el valor MERV de los filtros sean los adecuados.
Inspección y Mantenimiento. Verifique que los sistemas de HVAC funcionen según la intención del diseño utilizando el estándar ASHRAE 180-2018.
Ventilación y Filtración. Confirme que los sistemas proporcionen las cantidades mínimas requeridas de aire exterior para la ventilación y que los filtros sean filtros MERV 13 o mejores para el aire recirculado.
Plan de Preparación del Edificio. Cree un plan para documentar la operación prevista para el edificio.
Limpieza del aire interior con aire fresco, antes y después de la ocupación. Elimine la carga biológica antes y/o después de la ocupación del edifico, se deben lograr tres cambios de aire exterior.
Modos de Operación del Edificio. Opere en modo ocupado cuando haya personas presentes en el edificio, incluidas las ocasiones en las que el edificio está ocupado por una pequeña fracción de su capacidad permitida.
Sistemas de Agua. Los sistemas de agua del edificio deben lavarse antes de que se vuelvan a abrir, se recomienda seguir el ASHRAE 188-2018.
Ahorro de Energía. Determinar estrategias de control optimizadas que se puedan implementar de acuerdo con la guía ASHRAE 36-2018, con el fin de ahorrar energía eléctrica.
Los sistemas de ventilación mecánica juegan un rol muy importante para la minimización de las concentraciones de virus y polvo y mejorar la calidad del aire interior, estamos listos para brindar consultoría para el diseño, construcción y auditoría de sistemas mecánicos a través de los procesos de Comisionamiento, Cx, por sus siglas en inglés (Commissioning) y simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional.
Última edición: 5 de noviembre de 2020
Escrito por Ana Gallegos (ana@taagbuild.com)
Revisado por Alejandra Vallejo y Alejandro Tangassi
Para información oficial sobre COVID-19 visita coronavirus.gob.mx o la página oficial del gobierno de tu ubicación.
Para más información sobre el posicionamiento de ASHRAE ir a su página oficial:
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Referencias
[1] Kenny et al., “Estimated Use of Water in the United States in 2005.”
[2] World Health Organization, “7 million premature deaths annually linked to air pollution”, WHO, 2014, http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2014/air-pollution/en/.
[3] HPAC Engineering, “Role of CFD Simulation in HVAC System Design”, HPAC Engineering, 2018, https://www.hpac.com/fire-smoke/article/20929589/role-of-cfd-simulation-in-hvac-system-design.
[4] Bischoff et al., “Exposure to Influenza Virus Aerosols During Routine Patient Care.”
[5] ASHRAE, “Documento de Posicionamiento de ASHRAE Sobre Aerosoles Infecciosos.”
[6] Wu et al., “Fine Particulate Matter and COVID-19 Mortality in the United States.”
[7] Wei-Haas and Elliott, “Measure the Risk of Airborne COVID-19 in Your Office, Classroom, or Bus Ride.”
[8] BroadTech Engineering, “HVAC Simulation .”
[9] Ruby Theresa Nahan, Architect’s Guide to Building Performance: Integrating Performance Simulation in the Design Process (Washington, DC: The American Institute of Architects, 2019)
ASHRAE. “Documento de Posicionamiento de ASHRAE Sobre Aerosoles Infecciosos.” Editado por BOD. Atlanta: ASHRAE, 12 de Abril, 2020. https://www.ashrae.org/file%20library/about/position%20documents/pd-on-infectious-aerosols---spanish.pdf.
Bischoff, Werner E., Katrina Swett, Iris Leng, and Timothy R. Peters. “Exposure to Influenza Virus Aerosols During Routine Patient Care.” The Journal of Infectious Diseases 207, no. 7 (30 de Enero, 2013): 1037–46. https://doi.org/10.1093/infdis/jis773.
BroadTech Engineering. “HVAC Simulation .” BroadTech Engineering , 2019. https://broadtechengineering.com/hvac-simulation/.
HPAC Engineering, “Role of CFD Simulation in HVAC System Design”, HPAC Engineering, 2018, https://www.hpac.com/fire-smoke/article/20929589/role-of-cfd-simulation-in-hvac-system-design.
Klepeis, Neil E, William C Nelson, Wayne R Ott, John P Robinson, Andy M Tsang, Paul Switzer, Joseph V Behar, Stephen C Hern and William H Engelmann. “The National Human Activity Pattern Survey (NHAPS): A Resource for Assessing Exposure to Environmental Pollutants.” Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology 11, no. 3 (Julio 2001): 231–52. https://doi.org/10.1038/sj.jea.7500165.
Nahan, Ruby Theresa. “Architect’s Guide to Building Performance: Integrating Performance Simulation in the Design Process”. Washington. DC: The American Institute of Architects, 2019.
Wei-Haas, Maya, and Kennedy Elliott. “Measure the Risk of Airborne COVID-19 in Your Office, Classroom, or Bus Ride.” National Geographic, 11 de Agosto, 2020. https://www.nationalgeographic.com/science/2020/08/how-to-measure-risk-airborne-coronavirus-your-office-classroom-bus-ride-cvd/.
World Health Organization, 7 million premature deaths annually linked to air pollution, WHO, “Media Centre” OMS, 2014, http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2014/air-pollution/en/.
Wu, X, R. Nethery, M. Sabath, D. Braun, and F. Dominici. “Fine Particulate Matter and COVID-19 Mortality in the United States.” Harvard University. Consultado en Octubre 2020. https://projects.iq.harvard.edu/covid-pm/home.