Un bien diseñado Sistema de climatización mantiene la temperatura y la humedad dentro de un rango que se considera cómodo para los humanos, mientras renueva constantemente el aire en un edificio y filtra los contaminantes. El sistema también debe proporcionar un flujo de aire adecuado, ya que el aire estancado y las corrientes de aire son perjudiciales para el rendimiento.
En la mayoría de los entornos residenciales y comerciales, se permiten desviaciones de las condiciones de funcionamiento ideales si son transitorias y, por lo general, existe una amplia gama de valores aceptables de temperatura y humedad. Sin embargo, existen entornos sensibles como las instalaciones sanitarias, donde se deben mantener las condiciones óptimas en todo momento. Muchos sistemas HVAC en entornos menos exigentes se controlan solo en función de la temperatura y la humedad se controla indirectamente. Sin embargo, los entornos sensibles requieren que cada variable sea monitoreada y controlada de forma independiente, y los códigos pueden requerir filtros especializados de alto rendimiento.
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Control de humedad en entornos sensibles
Por lo general, se requiere un control preciso de la humedad para entornos con equipos electrónicos sensibles, instalaciones de atención médica y otros lugares similares donde están en juego vidas humanas o sistemas importantes. Por ejemplo, los niveles de humedad relativa para la atención médica suelen oscilar entre el 40 y el 60 por ciento:
- Las bacterias y los virus prosperan con niveles de humedad altos y bajos.
- Los pacientes que sufren de asma o rinitis alérgica también experimentan síntomas en respuesta a los extremos de humedad.
- El aire seco absorbe la humedad de las membranas mucosas, lo que reduce la capacidad del cuerpo para combatir las infecciones.
- Baja humedad también aumenta la acumulación de electricidad estática, y las descargas pueden dañar los equipos médicos modernos, que son importantes para los procedimientos médicos y generalmente costosos
- El polvo tiene una mayor tendencia a transportarse por el aire a niveles bajos de humedad, lo que aumenta aún más la posibilidad de desencadenar reacciones alérgicas.
- La alta humedad crea las condiciones ideales para el moho y los ácaros del polvo.
Dependiendo de las condiciones climáticas, es posible que se requiera un sistema HVAC para operar en modo de humidificación o secado en diferentes épocas del año. Algunas áreas de un entorno sensible pueden tener requisitos más estrictos que otras; Los quirófanos de los hospitales son un ejemplo de ello.
Deshumidificación del aire
Hay dos enfoques principales para controlar la humedad del aire de forma independiente: el sistema HVAC puede usar serpentines de enfriamiento y calentamiento en serie, o se puede implementar una rueda desecante.
- Serpentines de enfriamiento y calentamiento: Con este enfoque, el serpentín de enfriamiento enfría y deshumidifica el aire hasta que se alcanza la humedad relativa deseada. Dado que esto normalmente da como resultado un sobreenfriamiento, el aire fluye a través de un serpentín de calentamiento para elevar su temperatura a un nivel aceptable. De esta manera, se cumplen los requisitos de temperatura y humedad.
- Rueda desecante: este dispositivo captura la humedad del aire aguas abajo del serpentín de enfriamiento y la libera aguas arriba para que se condense y recolecte. En las condiciones de diseño, este sistema no requiere ninguna entrada de calefacción, aunque se agrega un serpentín de precalentamiento en caso de que se requiera una deshumidificación adicional.
Las ruedas desecantes generalmente ahorran energía porque eliminan la necesidad de sobreenfriamiento y recalentamiento. Sin embargo, puede haber excepciones, por lo que es importante evaluar cada instalación de forma independiente.
Humidificación de aire
Los sistemas de humidificación sanitaria se basan a menudo en vapor, ya que calentar el agua a altas temperaturas asegura la destrucción de bacterias, especialmente Legionella. Cuando se inyecta vapor en una corriente de aire, tanto la humidificación como el calentamiento se realizan en el mismo paso.
En los entornos más sensibles, como los quirófanos, la ley exige normalmente la humidificación a base de vapor para garantizar que el sistema esté libre de bacterias transportadas por el aire. La humidificación adiabática se acepta en algunas aplicaciones sensibles y proporciona ahorros considerables en comparación con los sistemas de vapor, aunque es necesario garantizar que se pueda utilizar legalmente.
Retardadores de difusión de vapor
Retardadores de difusión de vapor, también conocidas como barreras de vapor, complementan los sistemas de secado y humidificación de aire al proporcionar una barrera contra la difusión de la humedad a través de las paredes u otros elementos de la envolvente del edificio. Los retardadores de difusión de vapor se clasifican en tres categorías principales, según su valor de permeabilidad nominal:
- Las barreras de vapor de clase I están clasificadas para 0.1 perms o menos. Algunos ejemplos son vidrio, chapa y polietileno.
- Las barreras de vapor de clase II están clasificadas para valores de permeabilidad superiores a 0,1 perms pero menores o iguales a 10 perms. La madera contrachapada y el poliestireno extruido sin revestimiento son dos ejemplos.
- Las barreras de vapor de clase III tienen valores de permeabilidad superiores a 10 permanentes, y algunos ejemplos son paneles de yeso, aislamiento de celulosa, ladrillos y bloques de hormigón.
La especificación de las barreras de vapor depende en gran medida de las condiciones climáticas y puede ser especialmente desafiante en los estados del norte, como Nueva York, debido a la drástica fluctuación de la temperatura y la humedad relativa durante todo el año. Se recomienda encarecidamente ponerse en contacto con una empresa de diseño calificada.
Ventilación para entornos sensibles: cambios de aire por hora y filtrado
Los sistemas de ventilación para entornos sensibles deben cumplir requisitos específicos en términos de cambios de aire por hora (ACH). En quirófanos, por ejemplo, el Instituto Americano de Arquitectos establece 15 ACH, donde el 20% debe ser aire exterior.
- En una sala de cirugía con un área de piso de 600 pies cuadrados y una altura de 10 pies, 15 ACH equivalen a 90,000 pies3 por hora, o 1500 cfm. El aire exterior requerido sería de 300 cfm para cumplir con el requisito del 20%.
Los filtros para aplicaciones sensibles generalmente deben cumplir con una clasificación mínima de MERV y, en aplicaciones que son especialmente sensibles, es posible que se requiera el cumplimiento de la norma HEPA.
Calificaciones MERV
MERV son las siglas en inglés de valor de informe de eficiencia mínima, y es una escala de medición para la efectividad de los filtros, que fue desarrollada por ASHRAE en los 80s. La escala de clasificaciones MERV varía de 1 a 16, donde los números más grandes indican que el filtro está clasificado para partículas más pequeñas y tiene una arrestancia promedio más alta.
- MERV 1-4: arrestancia del 60 al 80%, partículas mayores de 10,0 µm.
- MERV 5-8: arrestancia del 80 al 95%, 3,0 a 10,0 µm.
- MERV 9-12: arrestancia del 90 al 98%, 1,0 a 3,0 µm.
- MERV 13-16: Más del 95% de arrestancia, partículas de 0,30 a 1,0 µm.
En aplicaciones sanitarias, normalmente se especifican filtros con clasificaciones MERV de 7 o más. En algunas aplicaciones, se utilizan dos filtros en tándem, donde el segundo tiene una clasificación MERV más alta que el primero.
Estándar HEPA
HEPA significa detención de partículas de alta eficiencia, y un filtro debe eliminar el 99,97% de las partículas con un diámetro de 0,3 µm para calificar como tales. Es importante señalar que el término HEPA se ha adoptado para referirse a cualquier filtro de alta eficiencia, pero solo aquellos que cumplen con los requisitos establecidos en la norma son filtros HEPA reales.
En aplicaciones sanitarias, los filtros HEPA se utilizan ampliamente gracias a su capacidad para capturar bacterias y virus en el aire. Una vez atrapados, se utilizan luces ultravioleta de alta potencia para matarlos.
Es importante tener en cuenta que los filtros de mayor rendimiento también implican una mayor caída de presión, lo que aumenta el consumo de energía. Por esta razón, es importante seleccionar un filtro con un rendimiento adecuado para la aplicación, pero no sobreespecificado.
Recomendaciones generales para el diseño de HVAC en entornos sensibles
El requisito más importante para los sistemas HVAC en entornos sensibles es poder controlar la humedad y la temperatura simultáneamente, mientras se filtran los contaminantes. Por lo tanto, deben evitarse los diseños basados en reglas generales:
- Dimensionamiento del equipo de aire acondicionado en toneladas por pie cuadrado de superficie.
- Dimensionamiento del equipo de ventilación en cfm por tonelada de capacidad de HVAC.
En cambio, cada sistema debe diseñarse para cumplir con un rango específico de temperatura y humedad, así como cambios de aire por hora y porcentaje de aire exterior. Se recomienda encarecidamente contratar los servicios de profesionales de ingeniería calificados para garantizar que se cumplan los requisitos.