Recirculación de Aire ¿qué tan malo es?

La industria de la construcción conoce el aire recirculado como el aire de retorno que es reacondicionado y distribuido una vez más en un espacio. Existen muchas definiciones y durante años de investigación se ha ido avanzando en el conocimiento de que su uso es perjudicial para la salud

Cecilia Garay

La ventilación es el proceso que consiste en la entrada de aire nuevo al interior de un espacio acondicionado, y la filtración es el sistema mediante el cual el aire nuevo (de extracción o de recirculación) es procesado para eliminar partículas contaminantes.

Conceptos como el Síndrome del Edificio Enfermo han alertado sobre la gran cantidad de padecimientos que causa la escasa ventilación en un lugar cerrado. Resfriados persistentes, alergias y migrañas son tan sólo algunas de las múltiples afecciones de una larga lista de efectos vinculados a una mala calidad del aire. Asimismo, en la medida de lo posible, se recomienda no visitar hospitales o clínicas por el alto riesgo de contagio de alguna enfermedad viral. La mayoría de los expertos del sector HVAC, además, añadirían a la lista espacios como las salas cine o actividades como viajar en un avión.

En la industria aeronáutica, regulada en su mayoría por la Joint Aviation Authorities (JAA), una práctica típica es recircular 10 CFM (pies cúbicos por minuto, por sus siglas en inglés) por persona, pero actualmente no existe ninguna normativa acerca del aire recirculado. El dióxido de carbono en las aeronaves tiene un límite de 5 mil ppm (partes por millón); sin embargo, este valor es muy alto si se compara con el valor máximo recomendado de mil ppm.

Los medidores convencionales de dióxido de carbono que se instalan en los edificios, generalmente ya no miden por arriba de 2 mil ppm, ya que este valor sobrepasa los límites de exposición permisibles para el ser humano; y cuando se detecta que se ha excedido el límite superior, se arroja un mensaje en la pantalla del usuario que dice “no confiable”.

El caso de las salas de cine es distinto, pues a pesar de que existen estándares que marcan los pies cúbicos por minuto necesarios por persona para un auditorio, no hay normas que regulen la calidad del aire interior en estos sitios. Así, se entiende que utilicen aire de recirculación, debido a que son espacios muy grandes para acondicionarlos y costaría demasiado dinero introducir generosas tasas de ventilación.

Los valores recomendados por persona en edificios comerciales son de 17 CFM y en auditorios de 5 CFM. La diferencia de un espacio a otro es notable. Regularmente en una oficina se está por más de ocho horas durante cinco días a la semana, mientras que en un auditorio es raro permanecer por más de tres horas. Además, es menos frecuente la exposición diaria, por lo tanto los efectos de no contar con ventilación en los auditorios no llega a ser tan perjudicial como en las oficinas.

El tema de los olores en el interior de un edificio con poca ventilación es un aspecto que ocasiona usuarios no satisfechos, aunque no sea tan preocupante como el de la salud. En lugares como los hoteles, salas de exhibición y centros de eventos se recomienda no instalar alfombras, puesto que son sitios donde, a pesar de haber sido desocupados, con el paso de las horas, se conservan altas concentraciones de partículas por millón de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOC, por sus siglas en inglés).

En estas situaciones es común que se deje un porcentaje pequeño de la compuerta de ventilación abierta y el abanico de inyección trabajando, para lograr diluir los contaminantes.

Las medidas anteriores se aplican con mayor frecuencia en tres casos: cuando los usuarios desocupan el edificio, las concentraciones de VOC sobrepasan por mucho el límite superior permitido o cuando el recinto tiene que volver a ocuparse dentro de pocas horas.

Existen muchas ventajas en hacer recircular el aire en un sistema HVAC, a pesar de los efectos negativos comentados anteriormente. Algunas de ellas son:

  • Mejor control de humedad
  • Reducción de la carga térmica por aire exterior
  • En situaciones de supervivencia

¿Cuándo sí utilizar aire recirculado?
Anteriormente era más común usar cien por ciento de aire recirculado en un vehículo que en un edificio. En la actualidad, en cambio, se recomienda utilizar completamente aire nuevo en la carretera, debido al riesgo de concentración de dióxido de carbono en la cabina del conductor, el cual pudiera inducir sueño. También se aconseja emplear aire recirculado en la ciudad, ya que al encontrarse en una situación de tráfico denso, el monóxido de carbono expulsado por los demás vehículos produce molestias, perjudica la salud y durante exposiciones largas y altas de concentración, llega a provocar la muerte.

En edificios es común recurrir al uso de aire de retorno y cerrar las tomas de aire nuevo durante un incendio en los alrededores. Aunado a esto, los ingenieros de diseño deben considerar también el factor de seguridad ante un posible atentado. En el pasado, este tipo de diseños se consideraba solamente para los edificios de gobierno y/o seguridad nacional. Hoy en día, existe una serie de pasos y recomendaciones a seguir en un sistema HVAC para salvaguardar a las personas en el interior de los inmuebles. Lo anterior a partir de los atentados con Ántrax del 2001 en Estados Unidos, cuando se destacó la necesidad de prevenir que el aire acondicionado funja como un vehículo rápido para la propagación de virus, bacterias, vapores y sustancias mortales para el ser humano.

Figura 1: Intercambio de calor en la mezcla de aire retorno-aire nuevo. Intercambio de calor aire-agua en el serpentín de agua helada de la unidad manejadora de aire de un sistema HVAC

Estrategias de seguridad
Una de las primeras recomendaciones durante aquella época y que se ha mantenido hasta el día de hoy es mantener una presurización negativa en los vestíbulos con respecto a las demás áreas del edificio, así como también usar una unidad manejadora de aire, únicamente para la entrada principal. Esta medida se tomó, debido a que los espacios más vulnerables de un recinto eran precisamente los de recepción, por lo cual se determinó que era necesario evitar que la distribución del aire en el interior no fuera utilizada como un medio para dañar a los ocupantes del edificio, sino que el área del daño fuera mucho menor.

Otra estrategia fue cerrar completamente las entradas de aire exteriores, como una medida de seguridad del diseño y EHS en el aire acondicionado, ante una posible amenaza externa.

Asimismo, se debe contar con un interruptor visible y al alcance en las zonas de vigilancia del edificio. También se requiere que las tomas de aire se localicen en la parte más alta del inmueble, o al menos 10 pies por encima del nivel del piso.

Estas y otras medidas más severas han sido aplicadas en fechas recientes por los ingenieros de diseño de los sistemas HVAC, en la mayoría de los países que presentan conflictos internos y/o externos; sin embargo, cada vez están siendo más requeridas a nivel mundial.

Confort que recircula
La obtención del confort es otro de los aspectos en el que la recirculación ayuda al ser humano. Para 80 por ciento de las personas, las condiciones óptimas de confort durante el verano van de 72 a 76 °F y 50 por ciento de humedad relativa (HR), pero obtener un buen control de la humedad no es tan fácil. Esta variable juega un papel muy importante en el diseño de los sistemas de climatización, ya que cuando se requiere deshumidificar, los compresores trabajan más, subenfrían el espacio y consumen más energía.

En lugares con altos niveles de HR, como playas y ciudades, se utiliza un porcentaje de aire nuevo mínimo permitido por los estándares en el diseño de equipos HVAC (de acuerdo con el espacio que se desea acondicionar), puesto que introducir aire nuevo en el interior incrementa considerablemente los consumos energéticos.

Como se observa en la figura 1, el aire exterior, el cual tiene una temperatura de 95 °F y 70 por ciento de HR, se mezcla con el de retorno, el cual está a 75 °F y 50 por ciento de HR.

La mezcla de ambos ocasiona una disminución de la temperatura y humedad relativa del aire de entrada en el serpentín, con unas condiciones de 80 °F y 45 por ciento de HR.

Así, existe un diferencial de 15 °F y 25 por ciento de HR entre las condiciones que habrían entrado al serpentín, en caso de que no existiera el aire de retorno. Lo anterior representa un mayor consumo energético por parte del sistema, ya que se requiere de más potencia para bajar la energía del aire exterior.

Al realizar el cálculo de Carga Térmica desde el inicio del diseño de un sistema HVAC, se puede apreciar cómo se incrementan considerablemente las toneladas de refrigeración, considerando el cien por ciento del aire exterior. Usualmente este tipo de sistemas son utilizados en edificios pequeños o en ciertas zonas de los hospitales, donde se encuentran virus con alto riesgo de contagio.

Actualmente, los sistemas de filtración ofrecen diversas soluciones para hacer recircular el aire en espacios acondicionados o bien, tener una buena calidad interior cuando no se cuenta con las condiciones óptimas de aire exterior.

Los niveles de dióxido de carbono aceptables en el exterior son de alrededor de 350 a 400 ppm, pero existen muchas ciudades en el mundo donde los índices de contaminación han alcanzado niveles inaceptables de partículas por millón, por lo que un sistema eficiente de filtrado es sumamente necesario antes de inyectar aire en un espacio.

Para conocer el porcentaje de recirculación o posición de la compuerta de aire nuevo pueden consultarse los estándares de ventilación y calidad de aire interior, recomendados por asociaciones como NAFA y ASHRAE.

Hoy en día, existen sensores de VOC  y/o dióxido de carbono que, sumados a una buena lógica de control en el sistema de monitoreo y operación del edificio, muestran una alarma al usuario cuando los niveles máximos son sobrepasados (1,000 ppm), y automáticamente cambian de posición el porcentaje de la compuerta de aire nuevo.

Desafortunadamente los rangos de contaminación han ocasionado que sea necesario disponer de dos sensores: uno que mida los niveles de dióxido de carbono en el interior y otro para los VOC del exterior. Así, el sistema de control toma decisiones y cuando afuera está muy contaminado, empieza a cerrar la compuerta de aire nuevo o viceversa, cuando registra altos niveles de partículas por millón. Mientras que al interior del inmueble comienza la apertura de la compuerta de aire nuevo para permitir una mayor tasa de ventilación.

Hay que cuidar los valores que se introducen en el sistema de control y monitoreo del edificio, puesto que si el sensor tiene un límite máximo de 2,000 ppm, entonces mandará un mensaje de “medición no confiable” al usuario, en caso de sobrepasarlo. Esto provocará que las compuertas que dependen de dicho sensor regresen a su posición inicial, ya sea de cero o cien por ciento.

El aire recirculado es permitido en la mayoría de los diseños, lo cual puede verificarse en las recomendaciones de los estándares. Asimismo, es necesario a la hora de mantener la eficiencia energética de un inmueble, sin que esto signifique sacrificar las condiciones de salud y confort de los usuarios, gracias a los sistemas de filtración, responsables de eliminar la mayoría de las partículas contaminantes.

En síntesis, la recirculación de aire puede ser un aliado o un enemigo en los diseños y operación de espacios acondicionados, pero depende de quienes trabajan en la industria HVAC dar a conocer las tasas adecuadas para cada espacio.

Sobre el autor

Cecilia Garay
Ingeniera Mecánico Electricista del ITESM, expresidenta ASHRAE Capítulo Monterrey (2015-2016). Cuenta con nueve años de experiencia en la industria HVAC. Actualmente es Gobernadora del Capítulo Monterrey y supervisora de Proyectos en Ingeniería Integral de Energía, compañía dedicada al ahorro de energía y consultoría en sistemas HVAC y refrigeración.