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Articulo de referencia

Ventilación (arquitectura)

Un Ab anbar (embalse) con cúpulas dobles y captadores de viento (aberturas cerca de la parte superior de las torres) en la ciudad desértica central de Naeen , Irán. Los captador...

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Un Ab anbar (embalse) con cúpulas dobles y captadores de viento (aberturas cerca de la parte superior de las torres) en la ciudad desértica central de Naeen , Irán. Los captadores de viento son una forma de ventilación natural . [ 1 ]

La ventilación es la introducción intencional de aire exterior en un espacio, principalmente para controlar la calidad del aire interior mediante la dilución y el desplazamiento de efluentes y contaminantes interiores . También puede utilizarse para controlar la temperatura, la humedad y el movimiento del aire interior para mejorar el confort térmico , la satisfacción con otros aspectos del ambiente interior u otros objetivos. La ventilación se suele clasificar como ventilación mecánica, ventilación natural o ventilación mixta . [ 2 ] Generalmente se describe como distinta de la infiltración, el flujo circunstancial de aire del exterior al interior a través de fugas (aberturas no planificadas) en la envolvente de un edificio . Cuando el diseño de un edificio depende de la infiltración para mantener la calidad del aire interior, este flujo se ha denominado ventilación adventicia. [ 3 ] [ 4 ]

Aunque la ventilación es un componente integral para mantener una buena calidad del aire interior, puede no ser suficiente por sí sola. [ 5 ] Es necesario comprender claramente los parámetros de calidad del aire interior y exterior para mejorar el rendimiento de la ventilación en términos de salud de los ocupantes y energía. [ 6 ] En escenarios donde la contaminación exterior deterioraría la calidad del aire interior, también pueden ser necesarios otros dispositivos de tratamiento, como la filtración . [ 7 ] En sistemas de ventilación de cocinas o para campanas extractoras de laboratorio , el diseño de una captura de efluentes eficaz puede ser más importante que la cantidad total de ventilación en un espacio. En términos más generales, la forma en que un sistema de distribución de aire hace que la ventilación entre y salga de un espacio afecta la capacidad de una tasa de ventilación particular para eliminar los contaminantes generados internamente. La capacidad de un sistema para reducir la contaminación en un espacio se describe como su "eficacia de ventilación". Sin embargo, los impactos generales de la ventilación en la calidad del aire interior pueden depender de factores más complejos, como las fuentes de contaminación y las formas en que las actividades y el flujo de aire interactúan para afectar la exposición de los ocupantes.

Diversos códigos y normas regulan una serie de factores relacionados con el diseño y el funcionamiento de los sistemas de ventilación. Entre las normas que abordan el diseño y el funcionamiento de los sistemas de ventilación para lograr una calidad del aire interior aceptable se incluyen las normas 62.1 y 62.2 de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado ( ASHRAE ), el Código Residencial Internacional, el Código Mecánico Internacional y la Parte F del Reglamento de Construcción del Reino Unido . Otras normas centradas en la conservación de la energía también influyen en el diseño y el funcionamiento de los sistemas de ventilación, como la norma 90.1 de ASHRAE y el Código Internacional de Conservación de la Energía .

Cuando las condiciones interiores y exteriores son favorables, aumentar la ventilación más allá del mínimo requerido para la calidad del aire interior puede mejorar significativamente tanto la calidad del aire interior como el confort térmico a través de la refrigeración ventilada , lo que también ayuda a reducir la demanda de energía de los edificios. [ 6 ] [ 8 ] Durante estos tiempos, mayores tasas de ventilación, logradas a través de medios pasivos o mecánicos ( economizador del lado del aire , preenfriamiento ventilado ), pueden ser particularmente beneficiosas para mejorar la salud física de las personas. [ 9 ] Por el contrario, cuando las condiciones son menos favorables, mantener o mejorar la calidad del aire interior a través de la ventilación puede requerir un mayor uso de calefacción o refrigeración mecánica, lo que conlleva un mayor consumo de energía.

La ventilación debe considerarse en relación con la evacuación de gases de aparatos y equipos de combustión, como calentadores de agua , hornos, calderas y estufas de leña. Es fundamental que el diseño de la ventilación del edificio evite el reflujo de gases de combustión de aparatos con ventilación natural hacia el interior del edificio. Este aspecto cobra mayor importancia en edificios con mayor hermeticidad. Para evitar este riesgo, muchos aparatos de combustión modernos utilizan la ventilación directa, que toma el aire de combustión directamente del exterior, en lugar de hacerlo del interior.

Tipos

Natural

La ventilación natural es el flujo pasivo intencional de aire exterior hacia el interior de un edificio a través de aberturas planificadas (como persianas, puertas y ventanas). La ventilación natural no requiere sistemas mecánicos para mover el aire exterior. En cambio, se basa completamente en fenómenos físicos pasivos, como la presión del viento o el efecto chimenea . Casi todos los edificios históricos se ventilaban de forma natural. [ 10 ] Esta técnica se abandonó generalmente en los grandes edificios estadounidenses a finales del siglo XX, a medida que el uso del aire acondicionado se generalizó. Sin embargo, con la llegada del software avanzado de simulación del rendimiento de edificios (BPS), los sistemas de automatización de edificios (BAS) mejorados, los requisitos de diseño LEED ( Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental ) y las técnicas mejoradas de fabricación de ventanas, la ventilación natural ha resurgido en edificios comerciales tanto a nivel mundial como en Estados Unidos. [ 11 ]

Las aberturas de ventilación natural pueden ser fijas o ajustables. Las aberturas ajustables pueden controlarse automáticamente (automatizadas), ser operadas por los ocupantes (manuales) o una combinación de ambas. La ventilación cruzada es un fenómeno de ventilación natural.

Se ha identificado que la mala ventilación en las habitaciones aumenta significativamente el olor a moho localizado en lugares específicos de la habitación, incluidas las esquinas. [ 9 ] Hay tres tipos de ventilación natural que ocurren en los edificios: ventilación impulsada por el viento , flujos impulsados ​​por la presión y ventilación de chimenea . [ 12 ] Las presiones generadas por el " efecto chimenea " dependen de la flotabilidad del aire caliente o ascendente. La ventilación impulsada por el viento depende de la fuerza del viento predominante para tirar y empujar el aire a través del espacio cerrado, así como a través de brechas en la envolvente del edificio.

Entre los beneficios de la ventilación natural se incluyen:

Las técnicas y características arquitectónicas utilizadas para ventilar edificios y estructuras de forma natural incluyen, entre otras:

  • Ventanas operables
  • Ventanas altas y tragaluces ventilados
  • ventilación de purga nocturna
  • Orientación del edificio
  • Fachadas de captación de viento

Mecánico

La ventilación mecánica es el flujo intencional de aire exterior hacia dentro y/o fuera de un edificio mediante ventiladores. Los sistemas de ventilación mecánica pueden incluir ventiladores de suministro (que impulsan el aire exterior hacia dentro del edificio), ventiladores de extracción [ 13 ] (que extraen el aire del edificio y, por lo tanto, generan un flujo de ventilación igual hacia dentro del edificio), o una combinación de ambos (denominada ventilación equilibrada si no presuriza ni despresuriza el aire interior, [ 13 ] o solo lo despresuriza ligeramente). La ventilación mecánica suele ser proporcionada por equipos que también se utilizan para calentar y enfriar un espacio.

Modo mixto

Los sistemas de ventilación de modo mixto utilizan procesos mecánicos y naturales. Los componentes mecánicos y naturales pueden utilizarse simultáneamente, en diferentes momentos del día o en distintas estaciones del año. [ 14 ] Dado que el flujo de ventilación natural depende de las condiciones ambientales, no siempre proporciona la ventilación adecuada. En este caso, se pueden utilizar sistemas mecánicos para complementar o regular el flujo natural.

Diseño del flujo de aire en las habitaciones

El aire de una habitación se puede suministrar y extraer de varias maneras, por ejemplo, mediante ventilación en el techo, ventilación cruzada , ventilación en el suelo o ventilación por desplazamiento .

Además, el aire puede circular en la habitación mediante vórtices que pueden iniciarse de diversas maneras:

Tasas de ventilación para la calidad del aire interior

La tasa de ventilación, para edificios comerciales, industriales e institucionales (CII), se expresa normalmente mediante el caudal volumétrico de aire exterior que ingresa al edificio. Las unidades típicas utilizadas son pies cúbicos por minuto (CFM) en el sistema imperial o litros por segundo (L/s) en el sistema métrico (aunque el metro cúbico por segundo es la unidad preferida para el caudal volumétrico en el Sistema Internacional de Unidades, SI). La tasa de ventilación también puede expresarse por persona o por unidad de superficie, como CFM/p o CFM/ft², o como renovaciones de aire por hora (ACH).

Normas para edificios residenciales

Para edificios residenciales, que dependen principalmente de la infiltración para satisfacer sus necesidades de ventilación, una medida común de la tasa de ventilación es la tasa de renovación de aire (o renovaciones de aire por hora): la tasa de ventilación horaria dividida por el volumen del espacio ( I o ACH ; unidades de 1/h). Durante el invierno, la ACH puede variar de 0,50 a 0,41 en una casa herméticamente sellada a 1,11 a 1,47 en una casa con un sellado menos hermético. [ 15 ]

ASHRAE ahora recomienda tasas de ventilación que dependen del área del piso, como una revisión de la norma 62-2001, en la que el ACH mínimo era de 0,35, pero no menos de 15 CFM/persona (7,1 L/s/persona). A partir de 2003, la norma se cambió a 3 CFM/100 pies cuadrados (15 L/s/100 m²) más 7,5 CFM/persona (3,5 L/s/persona). [ 16 ]

Normas para edificios comerciales

Procedimiento de frecuencia de ventilación

El procedimiento de tasa de ventilación se basa en una tasa estándar y prescribe la tasa a la que se debe suministrar aire de ventilación al espacio y diversos medios para acondicionar ese aire. [ 17 ] La calidad del aire se evalúa (mediante la medición de CO 2 ) y las tasas de ventilación se derivan matemáticamente utilizando constantes. El procedimiento de calidad del aire interior utiliza una o más directrices para la especificación de concentraciones aceptables de ciertos contaminantes en el aire interior, pero no prescribe tasas de ventilación ni métodos de tratamiento del aire. [ 17 ] Esto aborda evaluaciones tanto cuantitativas como subjetivas y se basa en el procedimiento de tasa de ventilación. También tiene en cuenta los contaminantes potenciales que pueden no tener límites medidos, o para los que no se establecen límites (como la liberación de formaldehído de alfombras y muebles).

Enfermedades transmitidas por el aire

La ventilación natural es un factor clave para reducir la propagación de enfermedades transmitidas por el aire, como la tuberculosis, el resfriado común, la gripe, la meningitis o la COVID-19. [ 18 ] Abrir puertas y ventanas es una buena manera de maximizar la ventilación natural, lo que reduciría considerablemente el riesgo de contagio aéreo en comparación con los costosos sistemas mecánicos que requieren mantenimiento. Las áreas clínicas tradicionales con techos altos y grandes ventanales ofrecen la mayor protección. La ventilación natural es económica y no requiere mantenimiento, y resulta especialmente adecuada para entornos con recursos limitados y climas tropicales, donde la carga de tuberculosis y la transmisión institucional de la enfermedad son mayores. En entornos donde el aislamiento respiratorio es difícil y el clima lo permite, se deben abrir puertas y ventanas para reducir el riesgo de contagio aéreo. La ventilación natural requiere poco mantenimiento y es económica. [ 19 ]

La ventilación natural no es práctica en gran parte de la infraestructura debido al clima. Esto significa que las instalaciones necesitan contar con sistemas de ventilación mecánica eficaces o utilizar sistemas de ventilación UV a nivel del techo o UV lejano.

La ventilación se mide en términos de cambios de aire por hora (ACH). A partir de 2023, el CDC recomienda que todos los espacios tengan un mínimo de 5 ACH. [ 20 ] Para habitaciones de hospital con contagios transmitidos por el aire, el CDC recomienda un mínimo de 12 ACH. [ 21 ] Sin embargo, es necesario revisar estas recomendaciones para tener en cuenta los efectos combinados de los patrones de circulación y ACH. [ 22 ] Los desafíos en la ventilación de las instalaciones son la falta de conocimiento público, [ 23 ] [ 24 ] la supervisión gubernamental ineficaz, los códigos de construcción deficientes que se basan en niveles de confort, el mal funcionamiento del sistema, el mal mantenimiento y la falta de transparencia. [ 25 ]

La presión, tanto política como económica, para mejorar el ahorro energético ha provocado una disminución de las tasas de ventilación. Las tasas de calefacción, ventilación y aire acondicionado han descendido desde la crisis energética de la década de 1970 y la prohibición de fumar cigarrillos en las décadas de 1980 y 1990. [ 26 ] [ 27 ]

ventilación mecánica

Un ventilador extractor axial accionado por correa da servicio a un aparcamiento subterráneo. El funcionamiento de este ventilador está sincronizado con la concentración de contaminantes emitidos por los motores de combustión interna.

La ventilación mecánica de edificios y estructuras se puede lograr mediante el uso de las siguientes técnicas:

  • Ventilación de toda la casa
  • Ventilación de mezcla
  • Ventilación por desplazamiento
  • Suministro de aire subaéreo dedicado

Ventilación controlada por demanda (DCV)

La ventilación controlada por demanda ( DCV , también conocida como Ventilación de Control de Demanda) permite mantener la calidad del aire a la vez que se ahorra energía. [ 28 ] [ 29 ] ASHRAE ha determinado que "[i]s coherente con el procedimiento de tasa de ventilación que se permita el control de demanda para reducir el suministro total de aire exterior durante períodos de menor ocupación". [ 30 ] En un sistema DCV, los sensores de CO₂ controlan la cantidad de ventilación. [ 31 ] [ 32 ] Durante la ocupación máxima, los niveles de CO₂ aumentan y el sistema se ajusta para suministrar la misma cantidad de aire exterior que se utilizaría con el procedimiento de tasa de ventilación. [ 33 ] Sin embargo, cuando los espacios están menos ocupados, los niveles de CO₂ disminuyen y el sistema reduce la ventilación para ahorrar energía. La DCV es una práctica bien establecida, [ 34 ] y es requerida en espacios de alta ocupación por estándares de energía de edificios como ASHRAE 90.1 . [ 35 ]

Ventilación personalizada

La ventilación personalizada es una estrategia de distribución de aire que permite a las personas controlar la cantidad de ventilación recibida. Este enfoque suministra aire fresco más directamente a la zona de respiración y busca mejorar la calidad del aire inhalado. La ventilación personalizada proporciona una eficacia de ventilación mucho mayor que los sistemas de ventilación de mezcla convencionales al desplazar la contaminación de la zona de respiración con un volumen de aire mucho menor. Además de los beneficios de una mejor calidad del aire, esta estrategia también puede mejorar el confort térmico de los ocupantes, la calidad del aire percibida y la satisfacción general con el ambiente interior. Las preferencias individuales en cuanto a temperatura y movimiento del aire no son iguales, por lo que los enfoques tradicionales para un control ambiental homogéneo no han logrado una alta satisfacción de los ocupantes. Técnicas como la ventilación personalizada facilitan el control de un entorno térmico más diverso que puede mejorar la satisfacción térmica para la mayoría de los ocupantes. Sin embargo, en algunos casos, los sistemas PV convencionales pueden causar incomodidad e irritación cuando el chorro suministra aire fresco directamente a la cara del ocupante a una velocidad relativamente alta para ser efectivo en la prevención de la transmisión de enfermedades por vía aérea. Para abordar este problema, Zabihi et al. propusieron sistemas de inducción-extracción. para controlar, recolectar y eliminar patógenos dañinos sin dirigir el chorro de aire hacia la cara del ocupante. [ 36 ]

ventilación de extracción localizada

La ventilación por extracción localizada aborda el problema de evitar la contaminación del aire interior por fuentes específicas de altas emisiones, capturando los contaminantes presentes en el aire antes de que se dispersen en el ambiente. Esto puede incluir el control del vapor de agua, el control de los efluentes de los baños, los vapores de disolventes de procesos industriales y el polvo de la maquinaria para trabajar la madera y el metal. El aire se puede extraer mediante campanas presurizadas o mediante el uso de ventiladores y la presurización de un área específica. [ 37 ] Un sistema de extracción localizada se compone de cinco partes básicas:

  1. Una campana que captura el contaminante en su origen.
  2. Conductos para transportar el aire
  3. Un dispositivo de purificación de aire que elimina/minimiza el contaminante.
  4. Un ventilador que mueve el aire a través del sistema.
  5. Una chimenea de escape a través de la cual se descarga el aire contaminado [ 37 ].

En el Reino Unido, el uso de sistemas LEV está regulado por la Dirección de Salud y Seguridad (HSE), conocida como Control de Sustancias Peligrosas para la Salud ( CoSHH ). Según la CoSHH, la legislación protege a los usuarios de sistemas LEV al garantizar que todos los equipos se sometan a pruebas al menos cada catorce meses para asegurar su correcto funcionamiento. Todas las partes del sistema deben inspeccionarse visualmente y someterse a pruebas exhaustivas. Si se detecta algún defecto, el inspector debe colocar una etiqueta roja para identificar la pieza defectuosa y el problema.

El propietario del sistema LEV deberá reparar o sustituir las piezas defectuosas antes de poder utilizar el sistema.

Ventilación inteligente

La ventilación inteligente es un proceso que ajusta continuamente el sistema de ventilación en función del tiempo y, opcionalmente, de la ubicación, para proporcionar los beneficios deseados en cuanto a la calidad del aire interior (CAI), minimizando al mismo tiempo el consumo de energía, las facturas de servicios públicos y otros costes no relacionados con la CAI (como la incomodidad térmica o el ruido). Un sistema de ventilación inteligente ajusta los caudales de ventilación en función del tiempo o de la ubicación en un edificio para responder a uno o más de los siguientes factores: ocupación, condiciones térmicas y de calidad del aire exterior, necesidades de la red eléctrica, detección directa de contaminantes y funcionamiento de otros sistemas de circulación y purificación de aire. Además, los sistemas de ventilación inteligente pueden proporcionar información a los propietarios, ocupantes y administradores del edificio sobre el consumo energético operativo y la calidad del aire interior, así como una señal cuando los sistemas necesitan mantenimiento o reparación. La respuesta a la ocupación implica que un sistema de ventilación inteligente puede ajustar la ventilación en función de la demanda, por ejemplo, reduciéndola si el edificio está desocupado. La ventilación inteligente puede programar la ventilación para periodos en los que a) las diferencias de temperatura interior-exterior son menores (y se evitan las temperaturas y la humedad exteriores máximas), b) las temperaturas interior-exterior son adecuadas para la refrigeración por ventilación, o c) la calidad del aire exterior es aceptable. Responder a las necesidades de la red eléctrica implica proporcionar flexibilidad a la demanda de electricidad (incluidas las señales directas de las compañías eléctricas) e integrarse con las estrategias de control de la red eléctrica. Los sistemas de ventilación inteligente pueden tener sensores para detectar el flujo de aire, las presiones del sistema o el consumo de energía del ventilador, de manera que se puedan detectar y reparar fallos del sistema, así como cuándo los componentes del sistema necesitan mantenimiento, como el reemplazo de filtros. [ 38 ]

Ventilación y combustión

La combustión (en una chimenea , estufa de gas , vela , lámpara de aceite , etc.) consume oxígeno y produce dióxido de carbono, otros gases nocivos y humo , lo que requiere ventilación. Una chimenea abierta favorece la infiltración (es decir, la ventilación natural) debido al cambio de presión negativa que produce el aire más cálido y menos denso que sale por ella. Este aire caliente suele ser reemplazado por aire frío y más denso.

La ventilación en una estructura también es necesaria para eliminar el vapor de agua producido por la respiración , la combustión y la cocción , así como para eliminar los olores. Si se permite que el vapor de agua se acumule, puede dañar la estructura, el aislamiento o los acabados. [ 39 ] Cuando está en funcionamiento, un aire acondicionado generalmente elimina el exceso de humedad del aire. Un deshumidificador también puede ser apropiado para eliminar la humedad ambiental.

Cálculo de la tasa de ventilación aceptable

Las directrices de ventilación se basan en la tasa mínima de ventilación requerida para mantener niveles aceptables de efluentes. El dióxido de carbono se utiliza como punto de referencia, ya que es el gas de mayor emisión con un valor relativamente constante de 0,005 L/s. La ecuación de balance de masa es:

Q=GRAMOdoi−doa{\displaystyle Q={\frac {G}{C_{\text{i}}-C_{\text{a}}}}}

  • Q = tasa de ventilación (L/s)
  • G = tasa de generación de CO₂
  • C i = concentración aceptable de CO 2 en interiores
  • Ca = concentración de CO2 ambiental [ 40 ]

Fumar y ventilación

La norma ASHRAE 62 establece que el aire extraído de un área con humo de tabaco ambiental no debe recircularse en un espacio libre de humo de tabaco ambiental. Un espacio con humo de tabaco ambiental requiere mayor ventilación para lograr una calidad del aire percibida similar a la de un ambiente libre de humo.

La cantidad de ventilación en un área ETS es igual a la cantidad de un área libre de ETS más la cantidad V, donde:

V = DSD × VA × A/60E

  • V = caudal adicional recomendado en CFM (L/s)
  • DSD = densidad de tabaquismo de diseño (número estimado de cigarrillos fumados por hora por unidad de área)
  • VA = volumen de aire de ventilación por cigarrillo para la habitación que se está diseñando (ft³ / cigarrillo)
  • E = eficacia de eliminación de contaminantes [ 41 ]

Historia

Esta antigua casa romana emplea diversas técnicas de refrigeración y ventilación pasivas . Sus gruesos muros de mampostería, las pequeñas ventanas exteriores y un estrecho jardín amurallado orientado de norte a sur dan sombra a la casa, evitando la acumulación de calor. La casa se abre a un atrio central con un impluvio (abierto al cielo); la refrigeración por evaporación del agua genera una corriente de aire cruzada entre el atrio y el jardín .

En el yacimiento arqueológico de Pločnik (perteneciente a la cultura Vinča ), en Serbia, se hallaron sistemas de ventilación primitivos integrados en los primeros hornos de fundición de cobre. El horno, construido en el exterior del taller, presentaba conductos de ventilación de tierra con forma de tubería, con cientos de pequeños orificios, y una chimenea prototipo para asegurar la entrada de aire al horno, alimentar el fuego y permitir la salida segura del humo. [ 42 ]

Los sistemas de ventilación y refrigeración pasiva fueron ampliamente descritos en la región mediterránea durante la época clásica. Se utilizaban fuentes de calor y frío, como manantiales y depósitos subterráneos de calor, para impulsar la circulación del aire, y los edificios se diseñaban para favorecer o impedir las corrientes de aire, según el clima y su función. Los baños públicos solían ser especialmente sofisticados en sus sistemas de calefacción y refrigeración. Las neveras de hielo tienen varios milenios de antigüedad y formaban parte de una industria glacial muy desarrollada en la época clásica.

El desarrollo de la ventilación forzada fue impulsado por la creencia común a finales del siglo XVIII y principios del XIX en la teoría del miasma sobre las enfermedades , según la cual el aire estancado propagaba las dolencias. Un método primitivo de ventilación consistía en utilizar un fuego de ventilación cerca de una rejilla de ventilación, lo que forzaba la circulación del aire en el edificio. El ingeniero inglés John Theophilus Desaguliers ofreció un ejemplo temprano de esto al instalar fuegos de ventilación en los conductos de aire del techo de la Cámara de los Comunes . A partir del Teatro Covent Garden , las lámparas de araña de gas en el techo a menudo se diseñaban específicamente para cumplir una función de ventilación.

Sistemas mecánicos

La Torre Central del Palacio de Westminster. Esta aguja octogonal tenía fines de ventilación, dentro del sistema más complejo impuesto por Reid a Barry, en el que debía extraer el aire del Palacio. El diseño buscaba disimular estéticamente su función. [ 43 ] [ 44 ]

A mediados del siglo XIX se desarrolló un sistema más sofisticado que utilizaba equipos mecánicos para hacer circular el aire. El ingeniero Stephen Hales instaló un sistema básico de fuelles para ventilar la prisión de Newgate y los edificios aledaños a mediados del siglo XVIII. El problema con estos primeros dispositivos era que requerían mano de obra constante para su funcionamiento. David Boswell Reid fue llamado a testificar ante un comité parlamentario sobre los diseños arquitectónicos propuestos para la nueva Cámara de los Comunes , después de que la antigua se incendiara en 1834. [ 43 ] En enero de 1840, Reid fue nombrado por el comité de la Cámara de los Lores encargado de la construcción del nuevo edificio del Parlamento. El puesto era, en efecto, el de ingeniero de ventilación; y con su creación comenzó una larga serie de disputas entre Reid y el arquitecto Charles Barry . [ 45 ]

Reid abogó por la instalación de un sistema de ventilación muy avanzado en la nueva Casa. Su diseño consistía en aspirar el aire hacia una cámara subterránea, donde se calentaría o enfriaría. Luego, ascendería a la cámara a través de miles de pequeños orificios perforados en el suelo y sería extraído por el techo mediante un sistema de ventilación especial ubicado en una gran chimenea. [ 46 ]

La reputación de Reid se forjó gracias a su trabajo en Westminster. En 1837, el ferrocarril Leeds and Selby le encargó un estudio de la calidad del aire en su túnel. [ 47 ] Los buques de vapor construidos para la expedición al Níger de 1841 fueron equipados con sistemas de ventilación basados ​​en el modelo de Westminster de Reid. [ 48 ] El aire se secaba, filtraba y pasaba por carbón vegetal. [ 49 ] [ 50 ] El método de ventilación de Reid también se aplicó de forma más completa al St. George's Hall de Liverpool , donde el arquitecto, Harvey Lonsdale Elmes , solicitó que Reid participara en el diseño de la ventilación. [ 51 ] Reid consideró que este era el único edificio en el que su sistema se había implementado por completo. [ 52 ]

Aficionados

Con la llegada de la energía de vapor práctica , los ventiladores de techo finalmente pudieron utilizarse para la ventilación. Reid instaló cuatro ventiladores de vapor en el techo del Hospital St. George de Liverpool , de modo que la presión producida por los ventiladores impulsara el aire entrante hacia arriba y a través de las rejillas de ventilación del techo. El trabajo pionero de Reid constituye la base de los sistemas de ventilación actuales. [ 46 ] En el siglo XXI, Lord Wade de Chorlton lo recordó como «el Dr. Reid, el ventilador» en debates sobre eficiencia energética . [ 53 ]

Historia y desarrollo de las normas de tasa de ventilación

La ventilación de un espacio con aire fresco tiene como objetivo evitar el "mal aire". El estudio de lo que constituye el mal aire se remonta al siglo XVII, cuando el científico Mayow estudió la asfixia de animales en botellas confinadas. [ 54 ] El componente tóxico del aire fue identificado posteriormente como dióxido de carbono ( CO₂ ), por Lavoisier a finales del siglo XVIII, lo que dio inicio a un debate sobre la naturaleza del "mal aire" que los humanos perciben como viciado o desagradable. Las primeras hipótesis incluían concentraciones excesivas de CO₂ y agotamiento de oxígeno . Sin embargo, a finales del siglo XIX, los científicos pensaban que la contaminación biológica, y no el oxígeno ni el CO₂ , era el componente principal del aire interior inaceptable. No obstante, ya en 1872 se observó que la concentración de CO₂ se correlacionaba estrechamente con la calidad del aire percibida.

La primera estimación de las tasas mínimas de ventilación fue desarrollada por Tredgold en 1836. [ 55 ] Posteriormente, Billings [ 56 ] realizó estudios sobre el tema en 1886 y Flugge en 1905. Las recomendaciones de Billings y Flugge se incorporaron a numerosos códigos de construcción desde 1900 hasta la década de 1920 y fueron publicadas como estándar de la industria por ASHVE (predecesora de ASHRAE ) en 1914. [ 54 ]

El estudio prosiguió analizando los diversos efectos del confort térmico , el oxígeno, el dióxido de carbono y los contaminantes biológicos. La investigación se llevó a cabo con sujetos humanos en cámaras de prueba controladas. Dos estudios, publicados entre 1909 y 1911, demostraron que el dióxido de carbono no era el componente perjudicial. Los sujetos permanecieron satisfechos en cámaras con altos niveles de CO₂ , siempre y cuando la cámara se mantuviera fresca. [ 54 ] Posteriormente, se determinó que el CO₂ es, de hecho, nocivo en concentraciones superiores a 50 000 ppm. [ 57 ]

ASHVE inició un sólido esfuerzo de investigación en 1919. Para 1935, la investigación financiada por ASHVE, llevada a cabo por Lemberg, Brandt y Morse —nuevamente utilizando sujetos humanos en cámaras de prueba— sugirió que el componente principal del "mal aire" era un olor, percibido por los nervios olfativos humanos. [ 58 ] Se encontró que la respuesta humana al olor era logarítmica a las concentraciones de contaminantes y estaba relacionada con la temperatura. A temperaturas más bajas y confortables, las tasas de ventilación más bajas eran satisfactorias. Un estudio de 1936 en una cámara de prueba humana realizado por Yaglou, Riley y Coggins culminó gran parte de este esfuerzo, considerando el olor, el volumen de la habitación, la edad de los ocupantes, los efectos de los equipos de refrigeración y las implicaciones del aire recirculado, que guiaron las tasas de ventilación. [ 59 ] La investigación de Yagle ha sido validada y adoptada en los estándares de la industria, comenzando con el código ASA en 1946. A partir de esta base de investigación, ASHRAE (que reemplazó a ASHVE) desarrolló recomendaciones espacio por espacio y las publicó como la norma ASHRAE 62-1975: Ventilación para una calidad de aire interior aceptable.

A medida que más arquitectura incorporaba ventilación mecánica, el costo de la ventilación con aire exterior fue objeto de cierto escrutinio. En 1973, en respuesta a la crisis del petróleo de ese año y a las preocupaciones por la conservación, las normas ASHRAE 62-73 y 62-81 redujeron la ventilación requerida de 10 CFM (4,76 L/s) por persona a 5 CFM (2,37 L/s) por persona. En climas fríos, cálidos, húmedos o polvorientos, es preferible minimizar la ventilación con aire exterior para ahorrar energía, costos o filtración. Esta crítica (por ejemplo, Tiller [ 60 ] ) llevó a ASHRAE a reducir las tasas de ventilación exterior en 1981, particularmente en áreas para no fumadores. Sin embargo, investigaciones posteriores de Fanger, [ 61 ] W. Cain y Janssen validaron el modelo de Yagle. Se encontró que las tasas de ventilación reducidas eran un factor que contribuía al síndrome del edificio enfermo . [ 62 ]

La norma ASHRAE de 1989 (Norma 62-89) establece que las directrices de ventilación adecuadas son de 20 CFM (9,2 L/s) por persona en un edificio de oficinas y de 15 CFM (7,1 L/s) por persona para escuelas, mientras que la Norma 62.1-2004 de 2004 tiene recomendaciones aún más bajas (véanse las tablas a continuación). ANSI/ASHRAE (Norma 62-89) especuló que "es probable que se cumplan los criterios de confort (olor) si la tasa de ventilación se ajusta de manera que no se superen las 1000 ppm de CO₂" [ 63 ] , mientras que OSHA ha establecido un límite de 5000 ppm durante 8 horas. [ 64 ]

ASHRAE continúa publicando recomendaciones sobre la tasa de ventilación para cada espacio, las cuales son determinadas por un comité de consenso de expertos de la industria. Las normas más recientes que sustituyen a la norma ASHRAE 62-1975 son la norma ASHRAE 62.1, para espacios no residenciales, y la norma ASHRAE 62.2, para viviendas.

En 2004, se revisó el método de cálculo para incluir un componente de contaminación basado en la ocupación y otro basado en el área. [ 65 ] Estos dos componentes son aditivos para obtener una tasa de ventilación general. El cambio se realizó para reconocer que las áreas densamente pobladas a veces se sobreventilaban (lo que generaba mayor consumo de energía y costos) al utilizar una metodología por persona.

Tasas de ventilación basadas en la ocupación , [ 65 ] Norma ANSI/ASHRAE 62.1-2004

Tasas de ventilación basadas en el área , [ 65 ] Norma ANSI/ASHRAE 62.1-2004

La adición de tasas de ventilación basadas en ocupantes y áreas que se encuentran en las tablas anteriores a menudo resulta en tasas significativamente reducidas en comparación con el estándar anterior. Esto se compensa en otras secciones del estándar que requieren que esta cantidad mínima de aire se suministre a la zona de respiración del ocupante individual en todo momento. Por lo tanto, la entrada total de aire exterior del sistema de ventilación (en sistemas de volumen de aire variable (VAV) de múltiples zonas) podría ser similar al flujo de aire requerido por el estándar de 1989. De 1999 a 2010, hubo un desarrollo considerable del protocolo de aplicación para las tasas de ventilación. Estos avances abordan las tasas de ventilación basadas en ocupantes y procesos, la efectividad de la ventilación de la habitación y la efectividad de la ventilación del sistema [ 66 ].

Problemas

  • En climas cálidos y húmedos , el aire de ventilación sin acondicionar puede aportar diariamente aproximadamente 260 mililitros de agua por cada metro cúbico por hora (m³ / h) de aire exterior (o una libra de agua por cada pie cúbico por minuto de aire exterior al día), en promedio anual. Esta cantidad de humedad es considerable y puede generar graves problemas de humedad y moho en el interior . Por ejemplo, en un edificio de 150 m² con un flujo de aire de 180 m³ / h , esto podría resultar en la acumulación de aproximadamente 47 litros de agua al día.  
  • La eficiencia de la ventilación viene determinada por el diseño y la distribución, y depende de la ubicación y la proximidad de los difusores y las salidas de retorno de aire. Si se encuentran muy cerca, el aire de impulsión puede mezclarse con el aire viciado, lo que reduce la eficiencia del sistema de climatización y genera problemas de calidad del aire.
  • Los desequilibrios del sistema se producen cuando los componentes del sistema de climatización no están bien ajustados o instalados, y pueden crear diferencias de presión (demasiado aire circulante que crea una corriente de aire o muy poco aire circulante que crea estancamiento).
  • La contaminación cruzada se produce cuando surgen diferencias de presión que fuerzan el paso de aire potencialmente contaminado de una zona a una zona no contaminada. Esto suele implicar olores desagradables o compuestos orgánicos volátiles (COV).
  • La reentrada de aire de escape se produce cuando las salidas de escape y las tomas de aire fresco están demasiado cerca, cuando los vientos predominantes modifican los patrones de escape o cuando se produce una infiltración entre los flujos de aire de admisión y de escape.
  • La entrada de aire exterior contaminado a través de los flujos de admisión provocará la contaminación del aire interior . Existen diversas fuentes de contaminación del aire, desde efluentes industriales hasta COV emitidos por obras de construcción cercanas. [ 67 ] Un estudio reciente reveló que en edificios urbanos europeos equipados con sistemas de ventilación que carecen de filtración de aire exterior, la exposición a contaminantes de origen exterior en interiores resultó en más años de vida ajustados por discapacidad ( AVAD ) que la exposición a contaminantes emitidos en interiores. [ 6 ]

Véase también

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    • Anexo 18 del EBC: Sistemas de ventilación controlada por demanda
    • Anexo 26 del EBC: Ventilación energéticamente eficiente de grandes recintos
    • Anexo 27 del EBC: Evaluación y demostración de sistemas de ventilación domésticos.
    • Anexo 35 del EBC: Estrategias de control para la ventilación híbrida en edificios de oficinas nuevos y rehabilitados (HYBVENT)
    • Anexo 62 del EBC: Refrigeración ventilatoria

Sociedad Internacional de Calidad del Aire Interior y Clima

  • Revista Indoor Air Journal archivada el 12 de mayo de 2020 en Wayback Machine.
  • Actas de la Conferencia sobre Calidad del Aire Interior

Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE)

  • Norma ASHRAE 62.1 – Ventilación para una calidad del aire interior aceptable
  • Norma ASHRAE 62.2 – Ventilación para una calidad del aire interior aceptable en edificios residenciales