Una de las principales funciones de un edificio en el que se desarrollan actividades no industriales (oficinas, escuelas, viviendas, etc.) es proporcionar a sus ocupantes un entorno saludable y confortable para trabajar. La calidad de este ambiente depende, en gran medida, de que los sistemas de ventilación y climatización del edificio estén adecuadamente diseñados y mantenidos y funcionen correctamente.

Por tanto, estos sistemas deben proporcionar unas condiciones térmicas (temperatura y humedad) aceptables y una calidad del aire interior aceptable. En otras palabras, deben buscar una mezcla adecuada de aire exterior con aire interior y deben emplear sistemas de filtración y limpieza capaces de eliminar los contaminantes que se encuentran en el ambiente interior.

La idea de que el aire exterior limpio es necesario para el bienestar en los espacios interiores se expresa desde el siglo XVIII. Benjamin Franklin reconoció que el aire en una habitación es más saludable si se le proporciona ventilación natural al abrir las ventanas. La idea de que proporcionar grandes cantidades de aire exterior podría ayudar a reducir el riesgo de contagio de enfermedades como la tuberculosis ganó fuerza en el siglo XIX.

Estudios realizados durante la década de 1930 demostraron que, para diluir los efluvios biológicos humanos a concentraciones que no causaran molestias por olores, el volumen de aire exterior nuevo necesario para una habitación está entre 17 y 30 metros cúbicos por hora por ocupante.

En el estándar No. 62 establecido en 1973, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) recomienda un flujo mínimo de 34 metros cúbicos de aire exterior por hora por ocupante para controlar los olores. Un mínimo absoluto de 8.5 m³/h/ocupante para evitar que el dióxido de carbono supere las 2,500 ppm, que es la mitad del límite de exposición establecido para entornos industriales.

Este mismo organismo, en la norma N° 90, fijada en 1975 —en plena crisis energética— adoptó el mencionado mínimo absoluto dejando de lado, transitoriamente, la necesidad de mayores caudales de ventilación para diluir contaminantes como el humo del tabaco, efluvios biológicos, etc. adelante.

En su norma No. 62 (1981) ASHRAE subsanó esta omisión y estableció su recomendación en 34 m³/h/ocupante para áreas donde se permite fumar y 8.5 m³/h/ocupante en áreas donde está prohibido fumar.

La última norma publicada por ASHRAE, también la N° 62 (1989), establecía un mínimo de 25.5 m³/h/ocupante para espacios interiores ocupados independientemente de si se permite fumar o no. También recomienda aumentar este valor cuando el aire que ingresa al edificio no se mezcla adecuadamente en la zona de respiración o si hay fuentes inusuales de contaminación presentes en el edificio.

En 1992, la Comisión de las Comunidades Europeas publicó su Pautas para los requisitos de ventilación en edificios. A diferencia de las recomendaciones existentes para los estándares de ventilación, esta guía no especifica los volúmenes de flujo de ventilación que deben proporcionarse para un espacio determinado; en cambio, proporciona recomendaciones que se calculan en función de la calidad deseada del aire interior.

Los estándares de ventilación existentes prescriben volúmenes fijos de flujo de ventilación que deben suministrarse por ocupante. Las tendencias evidenciadas en las nuevas directrices muestran que los cálculos de volumen por sí solos no garantizan una buena calidad del aire interior para todos los entornos. Este es el caso por tres razones fundamentales.

Primero, asumen que los ocupantes son las únicas fuentes de contaminación. Estudios recientes muestran que otras fuentes de contaminación, además de los ocupantes, deben tenerse en cuenta como posibles fuentes de contaminación. Los ejemplos incluyen muebles, tapicería y el propio sistema de ventilación. La segunda razón es que estas normas recomiendan la misma cantidad de aire exterior, independientemente de la calidad del aire que entre al edificio. Y la tercera razón es que no definen claramente la calidad del aire interior requerida para el espacio dado. Por ello, se propone que los futuros estándares de ventilación se basen en las siguientes tres premisas: la selección de una categoría definida de calidad del aire para el espacio a ventilar, la carga total de contaminantes en el espacio ocupado y la calidad del aire exterior disponible .

La calidad percibida del aire

La calidad del aire interior se puede definir como el grado en que se satisfacen las demandas y requerimientos del ser humano. Básicamente, los ocupantes de un espacio exigen dos cosas del aire que respiran: percibir el aire que respiran como fresco y no viciado, viciado o irritante; y saber que los efectos adversos para la salud que pueden resultar de respirar ese aire son insignificantes.

Es común pensar que el grado de calidad del aire en un espacio depende más de los componentes de ese aire que del impacto de ese aire sobre los ocupantes. Por lo tanto, puede parecer fácil evaluar la calidad del aire, suponiendo que conociendo su composición se puede determinar su calidad. Este método de evaluación de la calidad del aire funciona bien en entornos industriales, donde encontramos compuestos químicos que están implicados o se derivan del proceso de producción y donde existen dispositivos de medición y criterios de referencia para evaluar las concentraciones. Sin embargo, este método no funciona en entornos no industriales. Los entornos no industriales son lugares donde se pueden encontrar miles de sustancias químicas, pero en concentraciones muy bajas, a veces mil veces por debajo de los límites de exposición recomendados; evaluar estas sustancias una por una daría como resultado una evaluación falsa de la calidad de ese aire, y probablemente se consideraría que el aire es de alta calidad. Pero falta un aspecto que queda por considerar, y es el desconocimiento que existe sobre el efecto combinado de esas miles de sustancias en el ser humano, y esa puede ser la razón por la cual ese aire se percibe como viciado, viciado. o irritante.

La conclusión a la que se ha llegado es que los métodos tradicionales utilizados para la higiene industrial no están bien adaptados para definir el grado de calidad que será percibido por los seres humanos que respiren el aire evaluado. La alternativa al análisis químico es utilizar personas como dispositivos de medición para cuantificar la contaminación del aire, empleando paneles de jueces para realizar las evaluaciones.

El ser humano percibe la calidad del aire por dos sentidos: el sentido del olfato, situado en la cavidad nasal y sensible a cientos de miles de sustancias olorosas, y el sentido químico, situado en las mucosas de la nariz y los ojos, y sensible a una número similar de sustancias irritantes presentes en el aire. Es la respuesta combinada de estos dos sentidos lo que determina cómo se percibe el aire y lo que permite al sujeto juzgar si su calidad es aceptable.

la unidad de olf

Un Olf (del latín = El olor) es la tasa de emisión de contaminantes del aire (bioefluentes) de una persona estándar. Una persona estándar es un adulto medio que trabaja en una oficina o en un lugar de trabajo similar no industrial, sedentario y en confort térmico con un equipamiento higiénico estándar a 0.7 baños/día. Se eligió la contaminación de un ser humano para definir el término Olf por dos motivos: el primero es que los efluvios biológicos emitidos por una persona son bien conocidos, y el segundo es que había muchos datos sobre la insatisfacción que provocaban tales efluvios biológicos.

Cualquier otra fuente de contaminación se puede expresar como el número de personas estándar (olfs) necesarias para causar la misma cantidad de insatisfacción que la fuente de contaminación que se está evaluando.

La Figura 1 representa una curva que define un olf. Esta curva muestra cómo se percibe la contaminación producida por una persona estándar (1 olf) a diferentes tasas de ventilación, y permite calcular la tasa de individuos insatisfechos, es decir, aquellos que percibirán la calidad del aire como inaceptable justo después han entrado en la habitación. La curva se basa en diferentes estudios europeos en los que 168 personas juzgaron la calidad del aire contaminado por más de mil personas, tanto hombres como mujeres, considerado estándar. Estudios similares realizados en América del Norte y Japón muestran un alto grado de correlación con los datos europeos.

Figura 1. Curva de definición de Olf

la unidad decipol

La concentración de contaminación en el aire depende de la fuente de contaminación y su dilución como resultado de la ventilación. La contaminación del aire percibida se define como la concentración de efluvios biológicos humanos que causaría el mismo malestar o insatisfacción que la concentración de aire contaminado que se está evaluando. Una decípol (del latín pollutio) es la contaminación causada por una persona estándar (1 olf) cuando la tasa de ventilación es de 10 litros por segundo de aire no contaminado, por lo que podemos escribir

1 decipol = 0.1 olf/(litro/segundo)

La figura 2, derivada de los mismos datos que la figura anterior, muestra la relación entre la calidad del aire percibida, expresada en porcentaje de personas insatisfechas y en decipols.

Figura 2. Relación entre la calidad del aire percibida expresada en porcentaje de personas insatisfechas y en decipols

Para determinar la tasa de ventilación requerida desde el punto de vista del confort, es fundamental seleccionar el grado de calidad del aire deseado en el espacio dado. En la Tabla 1 se proponen tres categorías o niveles de calidad, y se derivan de las Figuras 1 y 2. Cada nivel corresponde a un determinado porcentaje de personas insatisfechas. La elección de uno u otro nivel dependerá, sobre todo, del uso que se vaya a dar al espacio y de consideraciones económicas.

Tabla 1. Niveles de calidad del aire interior

¹ Suponiendo que el aire exterior está limpio y la eficiencia del sistema de ventilación es igual a uno.

Fuente: CCA 1992.

Como se señaló anteriormente, los datos son el resultado de experimentos realizados con paneles de jueces, pero es importante tener en cuenta que algunas de las sustancias que se encuentran en el aire que pueden ser peligrosas (compuestos cancerígenos, microorganismos y sustancias radiactivas, por ejemplo, ejemplo) no son reconocidos por los sentidos, y que los efectos sensoriales de otros contaminantes no guardan una relación cuantitativa con su toxicidad.

Fuentes de contaminación

Como se indicó anteriormente, una de las deficiencias de los estándares de ventilación actuales es que solo tienen en cuenta a los ocupantes como fuentes de contaminación, mientras que se reconoce que los estándares futuros deben tener en cuenta todas las posibles fuentes de contaminación. Además de los ocupantes y sus actividades, incluida la posibilidad de que fumen, existen otras fuentes de contaminación que contribuyen significativamente a la contaminación del aire. Los ejemplos incluyen muebles, tapicería y alfombras, materiales de construcción, productos utilizados para la decoración, productos de limpieza y el propio sistema de ventilación.

Lo que determina la carga de contaminación del aire en un espacio determinado es la combinación de todas estas fuentes de contaminación. Esta carga se puede expresar como contaminación química o como contaminación sensorial expresada en olfs. Este último integra el efecto de varias sustancias químicas tal como son percibidas por los seres humanos.

La carga química

La contaminación que emana de un material dado se puede expresar como la tasa de emisión de cada sustancia química. La carga total de contaminación química se calcula sumando todas las fuentes y se expresa en microgramos por segundo (μg/s).

En realidad, puede ser difícil calcular la carga de contaminación porque a menudo hay pocos datos disponibles sobre las tasas de emisión de muchos materiales de uso común.

Carga sensorial

La carga de contaminación percibida por los sentidos está provocada por aquellas fuentes de contaminación que repercuten en la calidad percibida del aire. El valor dado de esta carga sensorial se puede calcular sumando todos los olfs de las diferentes fuentes de contaminación que existen en un espacio determinado. Como en el caso anterior, aún no se dispone de mucha información sobre los olfs por metro cuadrado (olfs/m²) de muchos materiales. Por ello resulta más práctico estimar la carga sensorial de todo el edificio, incluidos los ocupantes, el mobiliario y el sistema de ventilación.

En la tabla 2 se muestra la carga contaminante en olfs por parte de los ocupantes del edificio al realizar diferentes tipos de actividades, en proporción de los que fuman y no fuman, y la producción de diversos compuestos como el dióxido de carbono (CO₂), monóxido de carbono (CO) y vapor de agua. La Tabla 3 muestra algunos ejemplos de las tasas de ocupación típicas en diferentes tipos de espacios. y por ultimo tcapaz 4 refleja los resultados de la carga sensorial -medida en olfs por metro cuadrado- encontrada en diferentes edificios.

Tabla 2. Contaminación debida a los ocupantes de un edificio

¹ 1 met es la tasa metabólica de una persona sedentaria en reposo (1 met = 58 W/m² de la superficie de la piel).
² Consumo medio de 1.2 cigarrillos/hora por fumador. Tasa media de emisión, 44 ml de CO por cigarrillo.
³ Del humo del tabaco.
⁴ Aplicable a personas cercanas a la neutralidad térmica.

Fuente: CCA 1992.

Tabla 3. Ejemplos del grado de ocupación de diferentes edificios

Fuente: CCA 1992.

Tabla 4. Contaminación debida al edificio

¹ Datos obtenidos en 24 consultorios ventilados mecánicamente.
² Datos obtenidos en 6 escuelas ventiladas mecánicamente.
³ Datos obtenidos en 9 guarderías con ventilación mecánica.
⁴ Datos obtenidos en 5 quirófanos ventilados mecánicamente.
⁵ Meta que deben alcanzar los nuevos edificios.

Fuente: CCA 1992.

Calidad del aire exterior

Otra premisa, que completa los insumos necesarios para la creación de estándares de ventilación para el futuro, es la calidad del aire exterior disponible. Los valores de exposición recomendados para determinadas sustancias, tanto del interior como del exterior de los espacios, aparecen en la publicación. Directrices de calidad del aire para Europa por la OMS (1987).

La Tabla 5 muestra los niveles de calidad del aire exterior percibida, así como las concentraciones de varios contaminantes químicos típicos que se encuentran al aire libre.

Tabla 5. Niveles de calidad del aire exterior

¹ Los valores de la calidad del aire percibida son valores medios diarios.
² Los valores de los contaminantes corresponden a concentraciones medias anuales.

Fuente: CCA 1992.

Hay que tener en cuenta que en muchos casos la calidad del aire exterior puede ser peor que los niveles indicados en la tabla o en las guías de la OMS. En tales casos, es necesario limpiar el aire antes de transportarlo a los espacios ocupados.

Eficiencia de los Sistemas de Ventilación

Otro factor importante que afectará el cálculo de los requisitos de ventilación para un espacio determinado es la eficiencia de la ventilación (E_v), que se define como la relación entre la concentración de contaminantes en el aire extraído (C_e) y la concentración en la zona de respiración (C_b).

E_v = C_e/C_b

La eficiencia de la ventilación depende de la distribución del aire y la ubicación de las fuentes de contaminación en el espacio dado. Si el aire y los contaminantes se mezclan por completo, la eficiencia de la ventilación es igual a uno; si la calidad del aire en la zona de respiración es mejor que la del aire extraído, entonces la eficiencia es mayor que uno y se puede lograr la calidad de aire deseada con tasas de ventilación más bajas. Por otro lado, se necesitarán mayores tasas de ventilación si la eficiencia de la ventilación es inferior a uno, o dicho de otro modo, si la calidad del aire en la zona de respiración es inferior a la calidad del aire extraído.

Al calcular la eficiencia de la ventilación, es útil dividir los espacios en dos zonas, una en la que se entrega el aire y la otra que comprende el resto de la habitación. Para los sistemas de ventilación que funcionan por el principio de mezcla, la zona donde se entrega el aire generalmente se encuentra por encima de la zona de respiración, y las mejores condiciones se alcanzan cuando la mezcla es tan completa que ambas zonas se vuelven una sola. En los sistemas de ventilación que funcionan por el principio de desplazamiento, el aire se suministra en la zona ocupada por personas y la zona de extracción suele encontrarse en la parte superior; aquí las mejores condiciones se alcanzan cuando la mezcla entre ambas zonas es mínima.

La eficiencia de la ventilación, por tanto, está en función de la ubicación y características de los elementos que suministran y extraen aire y de la ubicación y características de las fuentes de contaminación. Además, también es función de la temperatura y de los volúmenes de aire suministrados. Es posible calcular la eficiencia de un sistema de ventilación mediante simulación numérica o tomando medidas. Cuando no se dispone de datos, los valores de la figura 3 se pueden utilizar para diferentes sistemas de ventilación. Estos valores de referencia tienen en cuenta el impacto de la distribución del aire, pero no la ubicación de las fuentes de contaminación, asumiendo que están uniformemente distribuidas en todo el espacio ventilado.

Figura 3. Eficacia de la ventilación en la zona de respiración según diferentes principios de ventilación

Cálculo de los requisitos de ventilación

La figura 4 muestra las ecuaciones utilizadas para calcular los requisitos de ventilación desde el punto de vista de la comodidad, así como de la protección de la salud.

Figura 4. Ecuaciones para calcular los requerimientos de ventilación

Requisitos de ventilación para la comodidad.

Los primeros pasos en el cálculo de los requisitos de confort son decidir el nivel de calidad del aire interior que se desea obtener para el espacio ventilado (ver Tabla 1), y estimar la calidad del aire exterior disponible (ver Tabla 5).

El siguiente paso consiste en estimar la carga sensorial, utilizando las Tablas 8, 9 y 10 para seleccionar las cargas según los ocupantes y sus actividades, el tipo de edificación y el nivel de ocupación por metro cuadrado de superficie. El valor total se obtiene sumando todos los datos.

Dependiendo del principio de funcionamiento del sistema de ventilación y utilizando la Figura 9, es posible estimar la eficiencia de la ventilación. La aplicación de la ecuación (1) en la Figura 9 arrojará un valor para la cantidad requerida de ventilación.

Requisitos de ventilación para la protección de la salud.

Un procedimiento similar al descrito anteriormente, pero usando la ecuación (2) en la Figura 3, proporcionará un valor para la corriente de ventilación requerida para prevenir problemas de salud. Para calcular este valor es necesario identificar una sustancia o grupo de sustancias químicas críticas que se proponga controlar y estimar sus concentraciones en el aire; también es necesario permitir diferentes criterios de evaluación, teniendo en cuenta los efectos del contaminante y la sensibilidad de los ocupantes que se desea proteger, niños o ancianos, por ejemplo.

Desafortunadamente, aún es difícil estimar los requerimientos de ventilación para la protección de la salud debido a la falta de información sobre algunas de las variables que entran en los cálculos, como las tasas de emisión de los contaminantes (G), los criterios de evaluación de los espacios interiores (C_v) y otros.

Los estudios realizados en campo muestran que los espacios donde se requiere ventilación para lograr condiciones confortables la concentración de sustancias químicas es baja. Sin embargo, esos espacios pueden contener fuentes de contaminación que son peligrosas. La mejor política en estos casos es eliminar, sustituir o controlar las fuentes de contaminación en lugar de diluir los contaminantes mediante ventilación general.

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