Planteamiento del problema
Las últimas investigaciones publicadas en la guía del CSIC [1] [2] y de ATECYR acerca de la ventilación en los colegios, ponen de manifiesto que, en contra de lo reconocido hasta el momento, las transmisión del virus se puede realizar por medio de aerosoles y no sólo por medio de gotículas de saliva exhalada por las personas infectadas.
Hasta ahora se venía recalcando que la única manera de transmisión del virus era por medio de gotículas de saliva proyectada. El alcance de esas gotas de saliva podía llegar a una distancia de hasta 2 metros. Como se preveía que podría caer sobre superficies, se recalcaba que había que lavarse las manos con jabón y con gel hidroalcohólico, sobre todo después de haber tocado cualquier superficie infectada.
Las últimas investigaciones acerca de los nuevos contagios entre personas que no habían tenido contacto directo pero habían compartido el mismo espacio sin ventilar, hacen concluir que el contagio por medio de aerosoles es también muy importante. Se deduce, pues, que las circunstancias han cambiado. Hay que considerar como muy peligrosos los espacios interiores en los que la permanencia de los aerosoles puede ser de varias horas.
Esta circunstancia cambia el panorama. El virus puede ser exhalado por medio de aerosoles. Los aerosoles son partículas muchos más pequeñas que las partículas de saliva expulsadas al hablar. Son tan pequeñas que pueden flotar en el aire y, por tanto, permanecer durante mucho más tiempo en el ambiente que las gotículas que caen por gravedad.
El nuevo panorama se agrava con la circunstancia de que en estos momentos, ya comenzado el otoño y en previsión de que en el invierno, haya que estar mucho más tiempo en espacios cerrados.
Una de las características generales de los espacios residenciales es que se ventilan de forma natural abriendo las ventanas.
En los espacios destinados a usos terciarios y comerciales, es más habitual que existan medios mecánicos de ventilación.
En el caso particular de los colegios, dado que una gran parte de ellos fueron construidos antes de las publicaciones del Código Técnico, se construyeron considerando como único sistema de ventilación la apertura de las ventanas (ventilación natural).
Dicho esto, ahora nos preguntamos ¿qué debemos hacer para evitar la contaminación de los virus por aerosoles en el interior de los espacios?
Primero evitar la difusión del virus de un sujeto contaminado por el total de la habitación, aula o despacho. Para ello, habría que evitar grandes corrientes de aire que mueva los aerosoles por todo el ambiente.
Segundo enviar el aire contaminado al exterior lo antes posible (en el aire exterior el virus tiene una vida muy exigua).
Tercero evitar los sistemas que generan fuertes corrientes de aire dentro de las habitaciones:
– calefacción por radiadores que generan fuertes corrientes convectivas (proporcionales al salto térmico entre el ambiente y el elemento radiador)
– unidades de calefacción de circulación de aire caliente procedente de sistemas centralizados o de unidades interiores distribuidoras de bombas de calor.
– sistemas calentamiento con recirculación de aire sin pasarlo por un sistema de filtrado de categoría suficiente para retener los virus.
Por si este problema no fuera suficiente, vamos a considerar que el sistema de calefacción tampoco puede estar encendido cuando las ventanas están abiertas para ventilar el espacio.
Las soluciones que pueden minorar los riesgos de contagio del virus, se enfrentan con la necesaria eficiencia energética de la calefacción y el confort interno de los habitantes.
“La ventilación es la renovación de aire, es decir, sustitución del aire interior potencialmente contaminado, con aire exterior libre de virus. Y la purificación del aire consiste en la eliminación de las partículas en suspensión, susceptibles de contener virus”
La investigación viene a resumir que, para reducir el riesgo de contagio del virus hay que actuar sobre la emisión y la exposición:
La emisión se puede reducir mediante:
Disminución del número de personas.
Silencio o volumen de habla bajo (al hablar fuerte o gritar la emisión es 30 veces superior)
Actividad física relajada (al aumentar intensidad de actividad se aumenta la emisión)
Uso de mascarilla bien ajustada.
La exposición se puede reducir mediante:
Uso de mascarilla bien ajustada, incluso en ausencia de otras personas si estas han abandonado la sala muy recientemente
Reducción del tiempo de exposición
Aumento de la distancia interpersonal
Ventilación o purificación del aire, para eliminar o reducir la concentración de virus en el aire.
Ejemplo
| clase | ancho | 5 | m |
| profundo | 7 | m | |
| alto | 3,2 | m | |
| volumen | 112 | m3 | |
| numero de personas | 20 | personas | |
| requisitos de aire | 14 | litros/segundo | |
| necesidad de ventilación | 280 | litros/segundo | |
| 16800 | litros/minuto | ||
| duración de la clase | 60 | minutos | |
| requisitos de ventilación | 1008000 | litros/hora | |
| 100,8 | m3/hora | ||
En este ejemplo se aprecia que, en una clase estándar con una ocupación de 20 alumnos, se llegaría a un mínimo de ventilación de 1 volumen del aula por hora. Lo recomendado es tener una ventilación de 4 a 5 volúmenes del aula por hora.
Renovaciones de aire por hora (ACH)
Debido la mezcla de aire interior y exterior se consigue
| Renovaciones por hora | % de aire interior reemplazado |
| 1 | 63 |
| 2 | 86 |
| 3 | 95 |
Por tanto, se considera que entre cuatro y cinco renovaciones del volumen de aire por hora es una buena tasa de renovación.
ACH = litros por persona y segundo * número personas * 3600 segundos/hora * 0.001 m³/litro / volumen sala en m³
Como Ejemplo de las renovaciones por hora objetivo para tener una ambiente saludable:
| ACH | ||
| litros por persona y segundo | 14 | |
| número de personas | 7 | |
| 3600 seg/hora | 3600 | |
| 0,001 m3/litro | 0,001 | |
| dimensiones de la sala | 84 | |
| x | 7 | |
| y | 4 | |
| z | 3 | |
| ACH | 4,2 | |
Este cálculo nos da una información de las personas que puede haber en una clase (7), para conseguir unas renovaciones del aire interior conforme a lo considerado buena (de 4 a 5 renovaciones/hora) y con los los datos fijos de la dimensión del aula.
Cuanto mejor sea la tasa de ventilación, menor el riesgo de contagio.
Método de medición y control por presencia de CO2
El método que planteamos para medir la ventilación en un espacio concreto, que se basan en medidas de CO2. En el aire exterior, las concentraciones de CO2 son de aproximadamente 420 ppm. En interiores, en espacios ocupados, las concentraciones de CO2 son elevadas por el CO2 exhalado por los ocupantes. Dichas concentraciones se pueden utilizar para calcular la renovación de aire en un espacio y condiciones dadas.
Estrategia general de control para conseguir un ambiente saludable
- Realizar actividades al aire libre.
- Realizar ventilación natural controlada por medio medición de CO2
- Instalación de una ventilación forzada (individual o centralizada)
- Instalación de purificadores de aire de categoría HEPA
La ventilación natural tiene sus problemas añadidos como son:
- Falta de confort en el espacio interior (sobre todo en invierno)
- Incremento del consumo de calefacción
- Generación de problemas de ruido en zonas alta contaminación acústica
- Inmisión de contaminantes exteriores en zonas altamente contaminadas (NOx, CO, partículas en suspensión 2.5PM, etc)
Sin embargo la reducción del CO2 con ventilación natural favorece la atención y el rendimiento escolar, ya que la exposición a concentraciones de CO2 demasiado elevadas produce aletargamiento y dificulta la atención.
Explicación del método de medición de CO2
Como medida urgente planteamos el control por medio de sensor de CO2 para determinar la tasa óptima de ventilación. Para ello, habrá que hacer un seguimiento durante todo el horario escolar para comprobar en qué momentos se producen los picos de CO2 y cómo se reducen en función de los progresivas estrategias de ventilación.
Inicialmente se plantea para la ventilación natural la siguiente estrategia mediciones que se pueden realizar con alumnos y sin ellos.
- medir CO2 con ventanas y puertas cerradas hasta conseguir 2000 ppm
- medir CO2 con puerta abierta y controlar el tiempo que se tarda en conseguir concentraciones por debajo de 1000 ppm y 800ppm
- medir CO2 con puertas y ventanas abiertas parcialmente, controlar el tiempo que tarda en bajar hasta conseguir concentraciones de 1000ppm y 800 ppm
- medir CO2 con ventilación cruzada, controlando cuánto tiempo tarda en bajar la concentración a las cantidades de 1000ppm y 800 ppm
Se parte de una concentración óptima de 420 ppm de CO2 pero nuestra mediciones en Madrid tienen una concentración por encima de 550 ppm. Depende de las zonas donde se ubique el colegio.
Ejemplo de medición
| caso | |
| Cexterior CO2 (ppm) antes | 450 |
| Cexterior CO2 (ppm) después | 450 |
| Cambient CO2 (ppm) | 450 |
| Largo (m) | 4 |
| Ancho (m) | 7 |
| Alto (m) | 3,2 |
| Volumen (m3) | 90 |
| Docentes (número) | 1 |
| Generación CO2/docente (l/s) | 0,0061 |
| Generación CO2/docente (lpm) | 0,3660 |
| Estudiantes (número) | 20 |
| Generación CO2/estudiante (l/s) | 0,0031 |
| Generación CO2/estudiante (lpm) | 0,186 |
| Generación CO2 (lpm) | 4,086 |
| ACH | 5 |
| litros por persona y segundo | 14 |
| ACH según lps | 11,8 |
| Caudal aire exterior objetivo (lpm) | 7467 |
| Cestado estable CO2 (ppm) | 997 |
Para un clase de 7x4x3.2m con un volumen de 90 m3. Con un profesor (produce 0.0061 litros/seg de CO2) Con 20 alumnos (producen 0.0031 litros/segundo) Una tasa de renovación de aire de 5 volúmenes por hora.
Valores superiores a 997 ppm de CO2 indicarían una renovación de aire inferior a la objetivo y por tanto la necesidad de implementar medidas adicionales o el desalojo del aula. Dadas las variaciones de concentraciones a lo largo del día, es razonable asumir un 20% de desviación del valor objetivo antes de toma medidas drásticas.
Las otras medidas exigen la instalación de equipos de ventilación ya sea individual o centralizada o, en último caso la instalación de equipos de depuración.
Adicionalmente, se pueden en cada uno de los sistemas realizar una depuración por medio de desinfección del aire por medio de Ozono y de Radiación Ultravioleta. Estos métodos de desinfección son dañinos para las personas y tendrían que realizarse en zonas controladas (si se realiza dentro de los sistemas de ventilación) y en tiempos de ausencia de personas y siempre por personal experto.
Conclusión
Planteamos un método simple de medición de CO2 para obtener un valor de renovación de aire necesarios para el uso a que se está destinando la habitación, con un valor objetivo que hay que conseguir de forma estable.
No todas las áreas de la habitación pueden considerarse bien mezcladas. Tanto en condiciones de ventilación natural como forzada, es posible que el área central de un aula esté bien mezclada y que las esquinas u otras áreas periféricas lo estén menos eficientemente. Se pueden realizar las comprobaciones en diferentes puntos de la sala para identificar posibles ‘zonas estancadas sin ventilación’.
Somos conscientes de que dicha renovación de aire penaliza la eficiencia energética del colegio, al no estar regulada la ventilación con la producción de calor.
A largo plazo proponemos la instalación de unidades independientes de intercambiadores de calor en cada una de las aulas, tanto para reducir la incidencia de la difusión del los virus como para la mejora de la calidad del aire del ambiente interior (CO2, formaldehidos, compuestos orgánicos volátiles, y otros contaminantes).
Como solución óptima que considere reducir los problemas y mejore la calidad del aire interior nosotros planteamos la colocación de un sistema de ventilación con recuperadores de calor, gobernado por sensores de CO2 y de Temperatura y humedad de forma individualizada en cada una de las clases de los colegios.
Nota.: Este estudio se está aplicando de forma general a las aulas de los colegios pero puede adaptarse a cualquier tipología de espacios que tengan una ventilación natural. Las mediciones se realizan con nuestro medidor integrado de CO2, Temperatura y humedad relativa.
©Javier Blanco Aristín/Carmen Amigo Alfayate, arquitectos
[1] Guía de la Universidad de Harvard (https://schools.forhealth.org, en español en bit.ly/guiaventilacion) y en fuentes y trabajo experimental en ventilación y filtración en España.
[2] El informe del CSIC se puede consultar en https://www.ciencia.gob.es/stfls/MICINN/Ministerio/FICHEROS/guia_para_ventilacion_en_aulas_csic.pdf
