Estudio de medidas arquitectónicas que se pueden implementar en los colegios de para reducir la incidencia de la transmisión del covid19.
(De cómo adaptar las aulas de los colegios para reducir la propagación del covid19)
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
1.
Realizar actividades al aire libre.
2.
Realizar ventilación natural controlada por medio medición de CO2
3.
Instalación de una ventilación forzada (individual o centralizada)
4.
Instalación de purificadores de aire de categoría HEPA
La
ventilación natural tiene sus problemas añadidos como son:
1.
Falta de confort en el espacio interior (sobre todo en invierno)
2.
Incremento del consumo de calefacción
3.
Generación de problemas de ruido en zonas alta contaminación acústica
4.
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.
1.
medir CO2 con ventanas y puertas cerradas hasta conseguir 2000 ppm
2.
medir CO2 con puerta abierta y controlar el tiempo que se tarda en conseguir
concentraciones por debajo de 1000 ppm y 800ppm
3.
medir CO2 con puertas y ventanas abiertas parcialmente, controlar el tiempo que
tarda en bajar hasta conseguir concentraciones de 1000ppm y 800 ppm
4.
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 |
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
