El rol de los sistemas HVAC ante el COVID-19 (I

AIRE ACONDICIONADO Y VENTILACIÓN

El rol de los sistemas HVAC

ante el COVID-19 (I)

por: Ing. gIoVannI barlEtta, Ing. HUgo arMElla Ing. sEbastIan MaDarIaga*

Análisis de normativas y hallazgos internacionales frente al reto de la reocupación controlada de edifi caciones durante la pandemia.

Parte I: La actual situación mundial con

altos niveles de contagios y exposición al virus generó una pandemia que ha cambiado en la humanidad su manera de comportarse, la forma de habitar los recintos de manera segura, entre muchos otros aspectos.

Considerando la evidencia que demuestra que su transmisión es principalmente por vía aérea, amerita considerar y evaluar las condiciones actuales y los posibles cambios en los sistemas de climatizacion y ventilación, de tal forma que se reduzcan las exposiciones por esta vía.

Los sistemas de climatización y ventilación tienen el potencial de limitar la transmisión del patógeno por el aire, rompiendo la cadena de infección, y por ello la importancia de escribir sobre estos tópicos. Este artículo no pretende ser un documento científico, ni un tratado que dictamine la versión absoluta y radical en la eliminación de los contagios por virus, en especial el SARS-CoV-2 (COVID-19), sino poder identificar los aspectos más relevantes de las normas internacionales, recomendaciones y publicaciones sobre este particular, y compararlas para extractar de ellas lo coincidente que aplique a nuestros países.

Así mismo, identificar las limitaciones en su implementación o aplicabilidad, más que todo direccionado a edificaciones comerciales y edificios terciarios, pero podría aplicarse también al transporte.

La comunidad científica, especialistas, agremiaciones y usuarios finales han estado por estos últimos meses sobreinformados por la cantidad de publicaciones, algunas de ellas incluso por medios de comunicación, que muchas veces resultan desinformativas. En algunos casos llegan a recomendar la no utilización de los sistemas de climatización, lo cual es contrario a resultados de las investigaciones científicas y normativas que están publicando diferentes asociaciones y organismos internacionales. Hay absoluta coincidencia en que no se puede prescindir del funcionamiento de los sistemas de climatización como una medida para reducir la transmisión del virus.

Algunas premisas donde toda la comunidad científica ha coincidido, después de explorar el comportamiento de este virus son:

• El impacto de los sistemas HVAC en la propagación o control del contagio puede ser positivo o negativo, en función de muchas variables como: a) Patrones de flujo de aire en un espacio ocupado. b) Dilución por ventilación. c) Control de presurización. d) Distribución y control de temperatura y humedad. e) Filtración. f) Medidas activas con tecnologías como radiación germicida ultravioleta, entre otros. g) Equipos complementarios, como unidades de manejo de aire exterior dedicadas (DOA), Ruedas recuperadoras

(ERV), Heat Pipes (o la combinación de varios de estos).

Sin embargo, en el reciente “Documento de posicionamiento de ASHRAE sobre Aerosoles Infecciosos” menciona que “Ni siquiera el sistema de HVAC más perfeccionado puede controlar todos los caudales de aire y prevenir completamente la propagación de un aerosol infeccioso o la transmisión de una enfermedad por medio de gotículas o aerosoles” (ASHRAE, 2020, p.7).

Para analizar estas normativas se hace necesario definir algunos de los términos que todas estas organizaciones y artículos científicos mencionan. Antes que nada, el virus que nos ocupa es una enfermedad infecciosa de transmisión por vía aérea y allí es donde los sistemas de climatización potencialmente distribuyen “aerosoles” definidos como “un sistema de partículas líquidas o sólidas uniformemente distribuidas en un estado finamente dividido a través de un gas generalmente aire y son lo suficientemente pequeñas y flotantes como para comportarse como un gas” (ASHRAE, 2020, p.3).

Los sistemas HVAC juegan un rol importante en romper la cadena de aerosoles infecciosos a través del aire, sin desconocer la importancia de otros métodos preventivos, como el distanciamiento, barreras físicas, limpieza de superficies, entre otros.

Por lo tanto, estos métodos están excluidos de este artículo, considerando también que la mayoría de las intervenciones para el control de infecciones se ha hecho tradicionalmente por control en el contacto directo o indirecto, por ser este un virus con mecanismos de contagio multimodales.

Como resulta relevante el tamaño de estas partículas, encontraremos términos como “gotículas”, que son aquellas que son lo suficientemente grandes para caer a una superficie en 1 a 2 metros sin convertirse en aerosoles; los “núcleos de gotículas” son generados de estas mismas, que después de una evaporación sí pueden hacerlo.

• La fuente de generación de estos patógenos que se dispersan en gotículas y aerosoles se produce al toser, estornudar, hablar y/o gritar. El mecanismo tiene diferentes variables en función del tamaño de estas partículas:

a) Las gotículas de gran tamaño con un alcance de 1 a 2 metros caen rápidamente a las superficies por gravedad (en este método de propagación el aire de ventilación o el patrón de flujo del aire a su alrededor no tiene un impacto representativo como factor de contagio). Figura 1. aerobiología teórica de la transmisión de gotículas y partículas en pequeños aerosoles producidas por un paciente infectado con una infección aguda (cortesía de Yuguo Li).

Nota: Tomado de Documento de posicionamiento de ASHRAE sobre Aerosoles Infecciosos (2020).

b) Las partículas más pequeñas (especialmente los aerosoles de < 10 µm), o bien desde la expulsión o por resultantes de la desecación (núcleos de gotículas), pueden permanecer en el aire por minutos, horas o días, recorrer mayores distancias e incluso infectar a personas que no han estado en contacto con la fuente primaria contagiada. La permanencia y tiempo de asentamiento de estas partículas se ilustran en la figura 2.

Figura 2. Comparativa de los tiempos de asentamiento de las partículas que se asientan en el aire en reposo (Baron n.d.).

Nota: Tomado de Documento de posicionamiento de ASHRAE sobre Aerosoles Infecciosos (2020).

Los patrones de flujo también están asociados al direccionamiento de las zonas con alta carga viral o infecciosos a su captura para filtración o extracción, así como también la presurización que permitan el flujo direccional de un área a otra.

Los estándares ASHRAE 62.1, 62.2 y 170 describen detalles de los requisitos generales de ventilación y calidad de aire, sin embargo, no aporta información específica ni requisitos para el control de las infecciones aerotransportadas en hogares o sitios públicos. En la parte II de este artículo, expondremos el impacto de la mayor ventilación asociada al nivel de filtración y desinfección posible en los sistemas. Estos caudales de ventilación, su efecto en la dilución de la carga viral y patógenos en los eventos de ventilación natural, está afectada por la cantidad y calidad que pueda ingresar al local, que es variable e impredecible.

La filtración juega un papel importante donde no toda o cualquiera es suficiente; finalmente de lo que se trata es disminuir el transporte de agentes infecciosos de una zona a otra, cuando se suministra de una única unidad de manejo de aire que sirve a varias zonas; cuando se seleccionan para un único espacio pueden ser eficaces para reducir o disminuir las concentraciones de aerosoles infecciosos en el recinto. Es claro también que la filtración por sí sola no elimina todo el riesgo de transmisión. Los valores mínimos recomendados están referidos en la escala de MERV (por sus siglas en inglés: Valor de Informe de eficiencia mínima). Todo esto apunta a que las mínimas eficiencias deberían estar entre MERV 12 y MERV 13.

Estadísticas descriptivas de datos de eficiencia de filtración viral Filtro

N Promedio STD DEV Coef Var Mediano Mínimo Máximo

MERV 5 6 32% 10.5% 32.8 36% 12% 40%

MERV 12 MERV 13 MERV 14 6

6

6 78% 89% 97% 8.8% 8.2% 1.4% 11.3

9.3 1.5 77% 91% 96% 70% 79% 95% 93% 98% 99%

Tabla 1.Estadísticas descriptivas de datos de eficiencia de filtración viral.

Nota: Tomado de Study of Viral Filtration Performance of Residential HVAC Filters (2020).

• Una variable relevante que impacta la propagación del virus es la humedad relativa del recinto, dado que se ha demostrado que humedades muy bajas son inconvenientes para el tamaño de las partículas que terminan perdiendo tamaño por la evaporación y convirtiéndose en núcleos de gotículas (aerosoles) muy pequeñas capaces de movilizarse via aérea.

Así mismo está evidenciado científicamente que el control de la temperatura y la humedad relativa reduce la transmisión de virus y bacterias en aerosoles infecciosos. El rango recomendado por ASHRAE para restringir la supervivencia de estos microorganismos es en el rango del 40% al 60% y cita que por debajo del 40% ocurren tres factores:

a) La reducción de las gotas en partículas más pequeñas por evaporación súbita de su contenido de agua, haciéndolos así transportables por vía incluso a larga distancia. Si el receptor está hidratado, se reactivan con riesgos de infección latente.

b) Muchos virus son resistentes en condiciones de baja humedad, lo que entre otros estudios está también publicado desde 1985 como recomendaciones de rangos óptimos de HR (Figura 3).

Figura 3. Rango óptimo de la humedad relativa para un ambiente sano.

Bacteria

Rango óptimo

Virus

Hongos

Ácaros Infecciones respiratorias* Rinitis alérgica y asma

Interacción química

Protección ozono

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Porcentaje de humedad relativa (HR)

* Datos insuficientes para H.R. mayor que el 50%

100

Un decrecimiento en el ancho de la barra indica una mejora en la calidad del aire interior.

Nota: Tomado de E. M. Sterling study

. M. Sterling Study E Fuente:

c) También de parte de los inmunólogos se ha esclarecido que ambientes debajo del 40% debilita las barreras de las membranas mucosas, afectando el sistema inmune del receptor haciéndolo vulnerable a un contagio.

Finalmente, el documento de posicionamiento de ASHRAE “no hace una recomendación definitiva de consignas de temperatura interior y humedad” (ASHRAE, 2020, p.10). Las soluciones con luz ultravioleta (UV) son propuestas como soluciones complementarias y su efecto dependerán de su espectro en donde su longitud de onda tenga mejor efecto germicida, donde está evidenciado que los mejores resultados se obtienen con longitud de onda de 254 nm; opera inactivando el virus por daños en la estructura de los ácidos nucleícos y proteínas que son la esencia sobre la cual está constituido.

Comparando lo anterior con lo que está documentado por REHVA, existen coincidencias en las rutas de contagio incluyendo el contacto directo con superficies infectadas, las gotículas (por cercanía con la persona infectada), las cisternas o inodoros que son descargados con la tapa abierta, y, por último, los aerosoles que son los que nos ocupan para el caso de los sistemas de HVAC.

Debido a que la transmisión del COVID-19 ocurre principalmente en espacios cerrados, y que los sistemas de ventilación de HVAC pueden acarrear por largas distancias las gotículas de personas enfermas, teniendo estos la capacidad de dispersar los aerosoles dentro de un edificio, vehículo o habitación al recircular el aire, es necesario incrementar al máximo posible la cantidad de aire fresco, y de reducir la recirculación del aire.

• Por ello, se deben tomar las siguientes acciones:

a) Deshabilitar los sistemas de ahorro de energía para controlar la demanda de ventilación.

b) Ignorar los controles por lectura de CO 2 en los espacios para mantener la ventilación de aire fresco al máximo .

c) Extender los horarios de operación de los sistemas de HVAC para unas horas antes y después de las jornadas de ocupación de las áreas, y en lo posible operar el sistema 24/7

d) Direccionar las rejillas de suministro de los salones en sentido opuesto donde estén los ocupantes para evitar la dispersión en caso de que exista un enfermo en el grupo.

e) Humidificación solo para los casos cuando baja a 10- 20%, y elevarla a entre 30 y 40% como mínimo.

f) Los filtros de las unidades individuales como fan coils y manejadoras de expansión directa que recirculan el aire no son de gran relevancia, siempre y cuando se garantice una máxima cantidad de aire exterior (con la implementación de una DOA, por ejemplo).

Ultravioleta) en los sistemas de manejo de aire según la norma lo indique, pero en ningún caso se considera que reemplace la necesidad de ventilación con aire fresco.

h) Se pueden considerar los sistemas portátiles de filtración HEPA, e inclusive los asistido por UVG, siempre y cuando se dimensionen correctamente para el área servida, ya que podría no ser eficaz y solo tener efecto en una parte de la habitación (microambiente limpio dentro de un ambiente general contaminado).

i) Cambio de filtros y mantenimiento como de costumbre. No se le ve utilidad a la limpieza de los ductos para estos efectos, porque las partículas en que se transportan los virus son muy pequeñas y las arrastra el aire en su gran mayoría.

j) No es necesario reemplazar los filtros de aire exterior que se estén usando actualmente.

k) Para el caso de las secciones con recuperador de energía, se debe confirmar que las presiones de trabajo permitan que exista una pequeña purga de aire fresco de entrada, hacia el aire viciado y contaminado que se está expulsando. De esta manera se garantiza que la extracción no se está recirculando por el sistema de toma de aire fresco.

l) Para los baños, mantener prendida la extracción 24/7, e instruir a los usuarios de bajar los inodoros con la tapa cerrada. Así mismo, asegurarse que todos los sifones de los drenajes tengan sello de agua y evitar así contraflujos de aire entrando a la edificación desde la tubería sanitaria.

ll) No se considera necesario incrementar las frecuencias de los mantenimientos, siempre y cuando los equipos y su filtración estén en los estándares requeridos, y se esté cumpliendo con las mayores cantidades de aire fresco.

Figura 4. Operación ideal para maximizar la dilución de aerosoles.

Nota: Tomado de REHVA COVID-19 guidance document (2020).

En conclusión, la gran diferencia es que REHVA le da la mayor prioridad al aire fresco principalmente, mientras ASHRAE ve las otras opciones como filtros y sistemas de desinfección, como un complemento a la indiscutible mejor opción del aire exterior.

Otras asociaciones internacionales que agrupan el sector también han dado su opinión, normativas y publicaciones respecto a protocolos para el uso de los sistemas del aire acondicionado durante y post pandemia, tales como: ATECYR, ABRAVA, ACAIRE, entre otras.

ABRAVA, realiza recomendaciones distintas enfocada a cada sector: Uso residencial y uso no residencial. Para el uso residencial, una recomendación es mantener los equipos y componentes (especialmente los filtros) limpios y desinfectados conforme a lo que indica el fabricante. Sin embargo, la principal recomendación es maximizar la renovación de aire exterior en los sistemas donde esto sea posible. En caso de no contar con un sistema de renovación de aire exterior, se recomienda adecuar o instalar. En casos donde definitivamente no sea posible, colocar el aire acondicionado en modo ventilación y abrir las puertas y ventanas para una ventilación natural.

Paralelamente, ABRAVA ha hecho énfasis en los procedimientos técnicos para la operación, conservación y reanudación de los sistemas HVAC-R que deben estar fuera de servicio por largos periodos debido a que muchas instalaciones se mantienen cerradas durante la pandemia.

Para el sector no residencial, las principales recomendaciones son las mismas del sector residencial. Adicionalmente,

se recomienda que ambientes que no cuenten con ventanas o puertas al aire libre para la ventilación natural, no deben ser utilizados por personas. Así como la operación por el mayor tiempo posible del sistema de acondicionamiento de aire (en lo posible 24/7) y la consideración de tecnologías comprobadas como por ejemplo el uso de luz UV en serpentines.

En el continente europeo, la asociación técnica española de climatización y refrigeración, ATECYR, también ha realizado recomendaciones teniendo en cuenta lo emitido por otras entidades como ASHRAE, RHEVA y OMS. En su guía, ATECYR, dispone de distintas recomendaciones sobre la operación de las instalaciones de climatización por categorías como lo son la ventilación y aire exterior, condiciones termohigrométricas de operación, unidades terminales de acondicionamiento de aire, purificadores de aire, mantenimiento de las instalaciones y limpieza de las instalaciones ante un caso sospechoso de Covid-19.

Entre las recomendaciones más destacadas se encuentra la renovación de aire por ocupante, con valores mínimos de aire exterior por ocupante para cumplir con una buena calidad de aire interior. Donde no se cumpla, se debe aumentar la ventilación o reducir la cantidad de ocupantes de la edificación. En cuanto a las condiciones termohigrométricas de operación, coinciden con RHEVA en que se deben mantener valores entre 30-70% de HR.

Para la operación de unidades terminales recomiendan mantenerlos en operación y a velocidad mínima para evitar su parada, ya que, el virus se puede depositar en el filtro y esparcirse una vez el sistema arranque nuevamente. Al igual que otras asociaciones, ATECYR, recomienda el uso de sistemas adicionales de purificación de aire, como lo son:

a) Filtración HEPA. b) Filtración electrostática. c) Luz germicida ultravioleta (UVC). d) Otras tecnologías de purificación de aire.

El mantenimiento y la limpieza también juegan un papel tan importante como lo es la operación, por lo que se recomienda realizar un mantenimiento preventivo a todo el sistema previo a retomar operaciones después de haber estado detenido por un tiempo dado el confinamiento. Esto debe ir acompañado de una ventilación natural y forzada de todo el espacio de por lo menos 4 horas de duración.

Las principales diferencias con respecto a lo recomendado por otras asociaciones son:

a) Parada de ruedas recuperadoras e intercambiadores recuperadores. b) La aclaración sobre cómo conseguir la renovación de aire por ocupante aumentando la ventilación: Únicamente con implementación de unidades de tratamiento específicas de aire exterior (DOA). c) En caso de no ser posible aumentar la ventilación y se deba reducir la ocupación, verificar que la concentración de CO 2 interior sea 500 ppm inferior a la del aire exterior. d) Importancia significativa a las opciones de desinfección/ purificación del aire.

Por otro lado, ACAIRE, no centra sus recomendaciones únicamente en los sistemas de aires acondicionado, sino que también hace recomendaciones sobre las instalaciones y de carácter administrativas que compaginen para el bienestar de los ocupantes.

Sus principales recomendaciones a nivel de los aires acondicionados son la priorización de los mantenimientos preventivos a todo el sistema, la instalación de filtros de alta eficiencia donde sea posible y, por último, pero no menos importante, el aumento del aire exterior que se ingresa al recinto. En caso de ser posible, se recomienda que los sistemas de acondicionamiento de aire trabajen con 100% aire exterior.

Entre las otras recomendaciones que pueden ayudar a minimizar el impacto del Covid-19 en conjunto con las antes mencionadas, están la implementación de barreras físicas entre personas, restringir al máximo el ingreso de personas a la edificación y la promoción del trabajo remoto y reuniones virtuales.

En resumen, estas 3 importantes asociaciones, al igual que REHVA, le dan la mayor importancia a la ventilación con aire externo para la dilución del virus que a tecnologías complementarias.

Como resultado del análisis de las normativas y hallazgos Internacionales, y de las recomendaciones emitidas por ASHRAE, REHVA, ATECYR, ABRAVA y ACAIRE entre otras, podemos concluir que el enfoque de la solución se centra en los siguientes puntos:

1) Darle máxima prioridad al aire fresco, reemplazando todo lo que sea posible el aire de recirculación, y de ser posible llevarlo al 100%. Se deben combinar todas las estrategias que sean aplicables en la edificación para lograr este objetivo. La cantidad de aire exterior mínima requerida estará basada en la densidad ocupacional; de no ser posible cumplir con el caudal requerido de aire fresco, se debe limitar en número de ocupantes a la cantidad de aire exterior disponible. 2) Los sistemas de control de demanda y ahorro de energía pasan a segundo plano, ya que la prioridad es la ventilación y el número de cambios por hora, incluso sacrificando algo de confort sin sobrepasar los límites aceptables. El sistema de ventilación debe operar 24-7 con control de demanda solo para diferenciar entre ocupado y desocupado; en el peor de los casos, debe operar con 2 horas adicionales en desfase con la ocupación (-2 [ocupación] +2).

3) En caso de no ser posible implementar el 100% de aire exterior, la filtración juega un papel importante en la captura de partículas y virus en recirculación. El nivel de filtración mínimo en este caso debe ser MERV13.

4) Cuando los niveles de filtración y aire fresco no puedan cumplir los objetivos trazados, los sistemas de desinfección certificados como las UVCG son de gran aporte para compensar dichas deficiencias.

En la Parte II de este artículo, nos referiremos a soluciones específicas para los sistemas de HVAC más comúnmente utilizados en LATAM, como una guía rápida para implementar las adecuaciones.

* Hugo Armella, CEO de Armellini SAS (HVAC Division) * Giovanni Barletta, Presidente de ACAIRE. * Colaboración de Sebastian Madariaga, Gerente de Ingecam.

Fuentes bibliográficas ASHRAE. 2020. Documento de Posicionamiento de ASHRAE sobre Aerosoles Infecciosos. REHVA. 2020. REHVA COVID-19 guidance document, August 3, 2020. ABRAVA. 2020. Protocolos para uso dos equipamentos e sistemas de Ar Condicionado pós-quarentena. ABRAVA. 2020. Renovação de ar em sistemas de AVAC-R para reduzir o risco de contaminação de pessoas com o vírus SARSCOV-2. ABRAVA. 2020. Plano de tratamento químico visando longas paradas e retomada em sistemas AVAC-R. ATECYR. 2020. Guía de ATECYR de recomendaciones de operación y mantenimiento de los sistemas de climatización y ventilación para edificios de uso no sanitario para la prevención del contagio por COVID-19. ACAIRE. 2020. Comunicado general marzo 2020. ZHANG JHOHN. 2020. Study of Viral Filtration Performance of Residential HVAC Filters. ASHRAE. 2019a. ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2019, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality. Atlanta: ASHRAE. ASHRAE. 2019b. ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2019, Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings. Atlanta: ASHRAE. ASHRAE. 2017a. ANSI/ASHRAE/ASHE Standard 170-2017, Ventilation of Health Care Facilities. Atlanta: ASHRAE.