Reducción del riesgo de infección mediante ventilación inteligente

Cuando salgamos de la pandemia, será interesante ver cómo será la "nueva normalidad". ¿Volverán los empleados a trabajar a tiempo completo en sus oficinas? ¿O habrá una nueva preferencia por horarios de trabajo más flexibles y por el trabajo híbrido (trabajo desde casa y en la oficina)? En cualquier caso, habrá una mayor responsabilidad para tener en cuenta peligros microbiológicos como el COVID-19 al proporcionar espacios interiores seguros.

En el siguiente artículo, Anu Kätkä, una experta en calidad del aire de Vaisala (Finlandia), analiza el papel que desempeñan los sistemas de ventilación en la protección de las personas en oficinas y otros espacios de trabajo frente a futuras amenazas microbiológicas. También explica por qué la medición confiable del dióxido de carbono (CO₂) es crucial, ya que es la mejor medida para una ventilación efectiva.

Conocimientos de COVID-19

El COVID-19 es causado por el virus SARS-CoV-2, que se transmite de dos maneras por personas infectadas. Primero, los virus pueden sobrevivir en superficies durante varias semanas (1), especialmente a temperaturas más frías (2). Por lo tanto, es posible la transmisión de la enfermedad cuando las personas tocan superficies infectadas y transfieren el virus a la boca, nariz o ojos. En segundo lugar, el virus puede propagarse en pequeñas partículas líquidas expulsadas por la boca o la nariz de personas infectadas cuando tosen, estornudan, hablan o respiran. Estas partículas líquidas varían desde gotas respiratorias más grandes hasta aerosoles más pequeños con un diámetro de menos de 5 µm.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) indica lo siguiente: La transmisión por aerosoles puede ocurrir en ciertos entornos, especialmente en espacios interiores, en habitaciones sobrepobladas y mal ventiladas, donde las personas infectadas pasan más tiempo con otras, como en restaurantes, clases de fitness, clubes nocturnos, oficinas y/o lugares de culto (3).

Una publicación reciente en The Lancet, que respalda la hipótesis de que el SARS-CoV-2 se transmite principalmente por el aire, presentó "Diez razones científicas para la transmisión aérea del SARS-CoV-2" (4).

Gracias a los conocimientos sobre las vías de transmisión, los gobiernos pudieron definir estrategias adecuadas para combatir la propagación del virus, mediante medidas como el uso de mascarillas, reglas de distanciamiento, lavado de manos y desinfección de superficies. Es importante que los gobiernos también reconozcan la creciente amenaza de los espacios cerrados, con recomendaciones para actividades al aire libre y una mejor ventilación.

En noviembre de 2020, el gobierno británico publicó un video (5) que destaca la importancia de la ventilación para reducir la propagación del COVID-19. En su informe se afirma: "Las investigaciones muestran que en una habitación con aire fresco, el riesgo de infección por partículas puede reducirse en más del 70 %".

En enero de 2021, cientos de expertos canadienses (médicos, científicos, profesionales en seguridad laboral, ingenieros y personal de enfermería) redactaron una carta abierta (6) a su primer ministro, solicitándole que "actualice las directrices de COVID-19 de la provincia, las normativas laborales y la comunicación pública para reflejar la ciencia — COVID-19 se propaga a través de aerosoles inhalados". Una de las principales recomendaciones del documento fue: "Recomendación y uso de monitores de dióxido de carbono (CO₂) como medida alternativa en caso de ventilación insuficiente, para reducir el riesgo de transmisión a largas distancias en el aire del espacio. Durante un brote de tuberculosis, el riesgo de infección aumentó significativamente con concentraciones de CO₂ superiores a 1000 ppm. Al mejorar la ventilación del edificio a una concentración de CO₂ de 600 ppm, se detuvo el brote".

Importancia del tamaño de las partículas

La OMS indica que las personas infectadas parecen ser más contagiosas justo antes de desarrollar síntomas. Además, algunas personas infectadas son asintomáticas. Por ello, es lógico suponer que, por ejemplo, en un entorno de oficina, la principal amenaza NO proviene de personas con síntomas graves como tos y estornudos, sino de aquellas que no saben que están infectadas. Estas personas inhalan con mayor probabilidad aerosoles virales con un diámetro menor a 5 µm, partículas que no respetan las reglas de distancia. Estos aerosoles finos son similares en tamaño a las partículas del humo del cigarrillo, que no se depositan fácilmente y pueden dispersarse ampliamente en espacios mal ventilados.

Un artículo publicado recientemente en The Lancet (7) describe estudios sobre aerosoles de tos y respiración exhalada por pacientes con diferentes infecciones respiratorias, que muestran similitudes sorprendentes en la distribución del tamaño de las partículas, en las que los agentes patógenos se encuentran en partículas pequeñas (small particles).

La humedad también afecta la dispersión de aerosoles, ya que en ambientes con poca humedad, los aerosoles son más ligeros y permanecen mejor en el aire. Además, se ha demostrado que la humedad influye en la susceptibilidad a infecciones virales, ya que la exposición a aire seco reduce la resistencia del huésped contra infecciones por influenza, disminuye la reparación de tejidos y causa destrucción celular (8).

Medidas para reducir riesgos

Las evaluaciones tradicionales de riesgos en salud y seguridad consideran peligros como resbalones y caídas, objetos pesados, lesiones repetitivas, caídas, esfuerzos, descargas eléctricas, incendios y trabajo en solitario. Sin embargo, para crear entornos seguros frente al COVID, las empresas también deben incluir una evaluación del riesgo microbiológico. Es necesario identificar las posibles fuentes de microorganismos patógenos y sus vías de transmisión.

Se pueden proporcionar desinfectantes de manos y desinfectar superficies regularmente. También se pueden establecer procedimientos para reducir la probabilidad de transmisión de enfermedades, como pantallas, reglas de distancia e incluso nebulización de desinfectantes. Sin embargo, incluso con todas estas medidas, una persona infectada puede contaminar rápidamente áreas extensas. Por ello, una ventilación efectiva es imprescindible, y el sistema de control debe realizar mediciones precisas y en tiempo real en cada espacio para poder reaccionar rápidamente. Algunos sistemas solo monitorean el CO₂ en los gases de escape, pero esto no permite detectar problemas de mala ventilación en espacios específicos.

Selección del parámetro de medición óptimo

Una de las funciones principales de la automatización de edificios o sistemas de gestión de edificios (GMS) es controlar el confort térmico y optimizar el consumo energético. La temperatura, por tanto, es sin duda el parámetro de control más importante en espacios ocupados. Algunos sistemas también miden y controlan la humedad para mantenerla entre el 40 y el 60 %, lo cual favorece la salud y el bienestar de las personas, además de proteger los sistemas informáticos y evitar problemas estructurales o de moho en el edificio.

Por lo general, las mediciones de temperatura no presentan desviaciones — sin embargo, esto no sucede con los sensores de humedad convencionales. Por ello, se prefieren los sensores Vaisala HUMICAP® por su estabilidad a largo plazo y resistencia a interferencias como polvo y condensación. Estos sensores de humedad de película delgada y capacitiva se han convertido en el estándar industrial en muchas aplicaciones que requieren mediciones precisas, confiables y sin mantenimiento a largo plazo.

Un contenido elevado de humedad puede indicar actividad humana y mala ventilación. Sin embargo, la humedad varía mucho debido a factores externos (por ejemplo, condiciones de congelación o humedad por lluvia), en lugar de la respiración humana.

En resumen, la monitorización de temperatura y humedad juega un papel importante en la optimización de un sistema de gestión de edificios. Pero donde los gestores de instalaciones consideran la ocupación del espacio por personas y deben reducir la carga de contaminantes generados por humanos, el CO₂ es el parámetro adicional ideal para el control automático de la ventilación.

Uso de la medición de CO₂ como indicador de ventilación efectiva

El dióxido de carbono (CO₂) es exhalado por las personas al respirar. La acumulación de CO₂ indica que (a) hay personas en el espacio y (b) la ventilación es insuficiente. Por tanto, un buen sistema de ventilación debería detectar esto y ajustar automáticamente la ventilación adecuada. El sistema debe funcionar de manera automática y ser capaz de ventilar espacios individuales para garantizar una ventilación óptima en cada habitación, sin desperdiciar energía — algo que puede ocurrir si la ventilación es excesiva o innecesaria.

Beneficios del monitoreo de CO₂ y humedad más allá del COVID

El estándar verde de ASHRAE 189.1 (EE. UU.) y la norma europea FprEN 16798-3 recomiendan el uso de sistemas de ventilación controlados por demanda para reducir el consumo energético y mantener una calidad del aire interior limpia.

Desde la perspectiva del desarrollo HVAC, el CO₂ es un indicador ideal de la calidad del aire interior en edificios principalmente utilizados por personas. La humedad sería un parámetro adicional, mejor o al menos útil, especialmente en edificios que almacenan obras de arte, libros, vino, artefactos históricos, etc., o en edificios que necesitan restauración.

Normalmente, el aire exterior contiene entre 250 y 400 ppm de CO₂. En contraste, el aire exhalado contiene aproximadamente 50,000 ppm de CO₂, lo que supone un aumento de 100 veces respecto al aire inhalado. Sin una ventilación adecuada, el nivel de CO₂ en espacios donde hay personas aumenta gradualmente.

El bienestar y el rendimiento de las personas en los edificios pueden verse afectados por los niveles de CO₂. Espacios con buena circulación de aire y ocupación moderada contienen entre 350 y 1,000 ppm, pero niveles superiores pueden causar somnolencia, dolores de cabeza, dificultad de concentración, pérdida de atención, aumento de la frecuencia cardíaca y náuseas leves. La exposición a concentraciones muy altas (por ejemplo, por quemadores de petróleo o gas o fugas de gas) puede incluso causar la muerte por asfixia.

Las tasas mínimas de ventilación recomendadas están indicadas en la norma "ANSI/ASHRAE-Standard 62.1-2019 Ventilación para una calidad aceptable del aire interior".

Varios estudios han analizado el impacto de la concentración de CO₂ en la función cognitiva. Por ejemplo, Allen et al. (2016) (9) encontraron que los valores de función cognitiva en días con niveles moderados de CO₂ (~945 ppm) eran un 15 % más bajos, y en días con niveles de aproximadamente 1,400 ppm, un 50 % más bajos, en comparación con días "verdes" (~540 ppm). En promedio, un aumento de 400 ppm en el CO₂ se asoció con una disminución del 21 % en los valores cognitivos de un participante típico. Por ello, los sistemas de ventilación controlados por demanda basados en mediciones de CO₂ pueden mejorar el bienestar y la productividad, superando con creces los costos del sistema en sí.

Selección del sensor de medición de CO₂ adecuado

Es importante resistir la tentación de comprar los sensores más económicos que cumplen con las especificaciones requeridas. Aunque la precisión y el rango son importantes, el rendimiento continuo del sistema de gestión de edificios depende de la estabilidad de los sensores.

Los proveedores de sistemas HVAC prefieren, naturalmente, sensores que puedan "ajustar y olvidar". Por ello, se deben seleccionar sensores que no requieran recalibraciones frecuentes para evitar desviaciones. Sin embargo, la selección se complica cuando los sensores afirman compensar desviaciones mediante algoritmos de software que asumen que los valores más bajos medidos corresponden a la concentración promedio de CO₂ en exteriores. La peligrosidad de estos algoritmos radica en que errores pequeños se amplifican con el tiempo, generando errores muy significativos a largo plazo. Para evitar una calibración real, estos sensores con algoritmos de software no son adecuados en espacios con alta ocupación continua, y también pueden ser engañados por sistemas de automatización que reducen drásticamente la entrada de aire fresco fuera de los picos. En algunos casos, incluso el concreto en las paredes puede absorber CO₂, engañando al algoritmo y causando inexactitudes adicionales.

Puede existir un ligero conflicto de intereses entre los proveedores/técnicos de sistemas de gestión y los propietarios o gestores de edificios. Para los primeros, el sistema debe funcionar perfectamente de inmediato y al menos durante el período de garantía; para los segundos, la exigencia es a largo plazo.

El coste de un sensor de buena calidad pierde importancia frente a los beneficios asociados. Los ahorros energéticos mediante regulaciones precisas y demand-driven pueden ser considerables. Pero aún más importante, es proteger la salud y el bienestar de las personas en el edificio y mejorar las condiciones del espacio para potenciar el rendimiento laboral.

Por ello, la solución perfecta es optar por los sensores Vaisala CARBOCAP® de CO₂, que utilizan tecnología NDIR bifrecuencia, que funciona con éxito en múltiples entornos y puede realizar una autocalibración real mediante una referencia interna. Los costes de esta tecnología son insignificantes en comparación con los costes energéticos de un sistema de gestión de edificios ineficiente o los costes de mantenimiento de sensores económicos que se desvían o fallan.

No es raro que los sensores Vaisala puedan operar sin fallos durante hasta 15 años. Esta estabilidad y fiabilidad son reconocidas en todo el mundo, y los sensores Vaisala continúan siendo utilizados en la misión del rover Curiosity, lanzado en 2011, y en el rover Perseverance, que aterrizó en Marte en febrero de 2021, en colaboración con la NASA.

En resumen, en la Tierra, las medidas para prevenir enfermedades mediante una ventilación inteligente y mediciones confiables de CO₂ pueden reforzarse. Además, una buena calidad del aire interior puede tener efectos muy positivos en la salud y el bienestar de las personas en los edificios.

Bibliografía:

1. Kampf, G. et al., (2020) Persistencia de coronavirus en superficies inanimadas y su inactivación con agentes biocidas. Journal of Hospital Infection.
2. Ratnesar-Shumate, S. et al., (2020) La luz solar simulada inactiva rápidamente el SARS-CoV-2 en superficies. The Journal of Infectious Diseases.
3. Organización Mundial de la Salud: https://www.who.int/news-room/q-a-detail/coronavirus-disease-covid-19-how-is-it-transmitted
4. Greenhalgh, T. et al., (2021) Diez razones científicas en apoyo de la transmisión aérea del SARS-CoV-2. The Lancet. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00869-2
5. Department of Health and Social Care, Reino Unido (2020) Nuevo video muestra la importancia de la ventilación para reducir la propagación del COVID-19. www.gov.uk/government/news/new-film-shows-importance-of-ventilation-to-reduce-spread-of-covid-19#:~:text=Coronavirus%20is%20spread%20through%20the,virus%20transmissions%20happen%20indoors.
6. Ricochet (2021) Es hora de que el gobierno tome en serio la transmisión por aerosoles del COVID-19. https://ricochet.media/en/3423/there-is-still-time-to-address-aerosol-transmission-of-covid-19
7. Fennelly, K. P. (2020) Tamaños de partículas de aerosoles infecciosos: implicaciones para el control de infecciones. The Lancet, Respiratory Medicine, Volumen 8, Número 9, P914-924.
8. Kudo, E. et al., (2019) La baja humedad ambiental deteriora la función de barrera y la resistencia innata contra la infección por influenza. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (22).
9. Allen J. G. et al., (2016) Asociaciones entre los puntajes de función cognitiva, el dióxido de carbono, la ventilación y las exposiciones a compuestos orgánicos volátiles en trabajadores de oficina: un estudio de exposición controlada en entornos de oficina verdes y convencionales. Environmental Health Perspectives 124:6 CID: https://doi.org/10.1289/ehp.1510037