Reducir el riesgo de infecciones utilizando ventilación inteligente

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A medida que los países salgan de la pandemia, será interesante ver cómo es la "nueva normalidad" ¿Regresarán los trabajadores a sus oficinas a tiempo completo? ¿O se preferirá un horario más flexible y una forma de trabajo híbrida (casa y oficina)? De cualquier manera, surgirá una nueva y mayor responsabilidad a la hora de tener en cuenta los riesgos microbiológicos, como el Covid-19, en la provisión de entornos interiores seguros.

En el siguiente artículo, Anu Kätkä, experta de Vaisala (Finlandia) en temas de ambientes interiores, analiza el papel que desempeñarán los sistemas de ventilación para proteger a las personas en los despachos y otros espacios de trabajo de las futuras amenazas microbiológicas. Además, explica por qué será de vital importancia medir de forma fiable el dióxido de carbono, ya que es la mejor medida de la eficacia de la ventilación.

Lecciones del COVID-19

El COVID-19 es provocado por el virus SARS-CoV-2, que se transmite de dos formas por las personas infectadas. En primer lugar, los virus pueden sobrevivir en las superficies hasta varias semanas (1), especialmente a temperaturas ambiente más frías (2). Por lo tanto, la transmisión por fómites puede producirse cuando las personas tocan superficies infectadas y se llevan el virus a la boca, la nariz o los ojos. En segundo lugar, el virus puede propagarse desde la boca o la nariz de una persona infectada en pequeñas partículas líquidas cuando tose, estornuda, habla o respira. Estas partículas líquidas pueden ser desde gotas de respiración más grandes hasta los aerosoles más pequeños de menos de 5µm de diámetro.

Según la Organización Mundial de la Salud  (OMS): La transmisión por aerosoles se puede dar en entornos específicos, especialmente en espacios cerrados, muy concurridos e inadecuadamente ventilados, en los que la(s) persona(s) infectada(s) pasa(n) largos periodos de tiempo con otras personas, como restaurantes, clases de gimnasia, clubes nocturnos, oficinas y/o lugares de culto. (3)

Respaldando la hipótesis de que el SARS-CoV-2 se transmite principalmente por vía aérea, un reciente artículo publicado en la revista Lancet, informó sobre: Diez razones científicas que apoyan la transmisión aérea del SRAS-CoV-2 (4)

A través de la comprensión de los modos de transmisión, los gobiernos han podido definir estrategias adecuadas para combatir la transmisión viral con la aplicación de medidas como las mascarillas, el distanciamiento social, el lavado de manos y la desinfección de las superficies. Es importante destacar también que los gobiernos han reconocido la amenaza creciente en ambientes interiores, con recomendaciones para la actividad al aire libre y el aumento de la ventilación.

En noviembre de 2020, el gobierno de Reino Unido publicó un video (5) en el que resaltaba la importancia de la ventilación para reducir la propagación del Covid-19. Su informe decía: "Las investigaciones muestran que estar en una habitación con aire fresco puede reducir el riesgo de infección por partículas en más de un 70%".

En enero de 2021, cientos de expertos canadienses (médicos, científicos, expertos en salud y en seguridad laboral, ingenieros y profesionales de la enfermería)  escribieron una carta abierta (6) a su Primer Ministro pidiéndole: "actualizar las normativas provinciales sobre el COVID-19, las regulaciones en los lugares de trabajo y la comunicación pública con el fin de adaptarlas a los datos científicos: el COVID-19 se propaga a través de los aerosoles inhalados". Una de las recomendaciones clave de la carta era: "Recomendar e instalar monitores de dióxido de carbono (CO2) como medida sustituta en caso de ventilación inadecuada para reducir el riesgo de transmisión de largo alcance en el aire de las habitaciones compartidas. Durante un brote de tuberculosis, las concentraciones de CO2 por encima de 1000 PPM aumentaron significativamente el riesgo de infectarse con tuberculosis. La mejora de la ventilación del edificio hasta una concentración de CO2 de 600 PPM detuvo el brote por completo".

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La importancia del tamaño de las partículas

La OMS afirma que las personas infectadas resultan ser más contagiosas justo antes de desarrollar los síntomas. Además, algunas personas infectadas son asintomáticas, de modo que es lógico suponer que en un entorno de oficina, por ejemplo, la principal amenaza NO provendrá de personas con síntomas graves como la tos y los estornudos, sino de quienes no son conscientes de padecer la enfermedad. Estas personas son más propensas a exhalar aerosoles virales de menos de 5µm de diámetro, partículas que no respetan el distanciamiento social. Estos pequeños aerosoles tienen un tamaño similar al de las partículas del humo de los cigarrillos, que, como sabemos, no se depositan con facilidad y tienen la capacidad de propagarse fácilmente en espacios mal ventilados.

En un reciente artículo publicado en The Lancet (7) se describen estudios de aerosoles de la tos y del aliento exhalados por pacientes con diversas infecciones respiratorias que muestran sorprendentes similitudes en la distribución del tamaño de los aerosoles, con un predominio de los patógenos en las partículas pequeñas (5 µm). Estas partículas se respiran de forma inmediata y pueden permanecer en el aire de forma indefinida en la mayor parte de las condiciones ambientales de interior, a menos que haya una eliminación por corrientes de aire o ventilación por dilución.

La humedad también influye en la propagación de los aerosoles, ya que un nivel de humedad bajo hace que los aerosoles sean más ligeros y que, en consecuencia, puedan permanecer en el aire. Además, se ha demostrado que la humedad afecta a la vulnerabilidad a la infección vírica, debido a que la exposición a un aire seco perjudica a las defensas del huésped contra la infección de la gripe, reduce la reparación de los tejidos y provoca la descomposición de las células.(8)

Medidas de reducción de riesgos

Las tradicionales evaluaciones de riesgos para la salud y la seguridad abordan peligros como los resbalones y los tropezones, los objetos pesados, las lesiones repetidas, las caídas, el estrés, las descargas eléctricas, los incendios y el trabajo en solitario, sin embargo, de cara a la creación de ambientes seguros respecto al Covid, las organizaciones deberán incluir también una evaluación del riesgo microbiológico. Por lo tanto, será necesario identificar las posibles fuentes de microorganismos patógenos, así como sus modos y vías de transmisión. 

Se puede facilitar desinfectante para las manos y desinfectar frecuentemente las superficies. Pueden adoptarse procedimientos para reducir las posibilidades de transmisión de la enfermedad, con medidas como la colocación de mamparas, el distanciamiento social e incluso la pulverización de desinfectantes. Sin embargo, incluso con todas estas medidas, una persona infectada puede contaminar rápidamente grandes áreas. Por este motivo, es fundamental lograr una ventilación eficaz, y el sistema de control deberá efectuar mediciones precisas y oportunas en cada habitación o espacio para poder responder con rapidez. Hay sistemas que se limitan a monitorear el CO2 de los gases de escape, pero no permiten detectar problemas de ventilación en espacios concretos.

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Elegir el mejor parámetro de medición

Una de las principales funciones de un sistema de automatización y administración de edificios (BMS) es controlar el bienestar térmico y optimizar el uso de la energía, por lo que la temperatura es, sin duda, el parámetro de control más importante en los espacios ocupados. Asimismo, algunos sistemas miden y controlan la humedad para mantener un nivel de 40-60% de HR. Esto se debe a motivos de salud y bienestar, así como a la necesidad 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, pero los sensores de humedad tradicionales sí, por lo que los sensores HUMICAP® de Vaisala son más adecuados por su estabilidad a largo plazo y su resistencia a las interferencias, como el polvo y la condensación. Estos sensores de humedad capacitiva de película fina se han convertido en el estándar de la industria en una amplia variedad de aplicaciones en las que se necesitan mediciones de humedad precisas, confiables y sin mantenimiento a largo plazo. 

Un aumento de los niveles de humedad puede ser un indicio de la actividad humana y de una mala ventilación. No obstante, la humedad varía notablemente como resultado de factores externos (por ejemplo, condiciones de sequedad por heladas o condiciones de humedad por lluvias) más que como resultado de exhalaciones humanas. 

En definitiva, es fundamental controlar la temperatura y la humedad al optimizar un sistema BMS, pero si los administradores de edificios deben tener en cuenta la ocupación de personas y reducir la contaminación generada por el ser humano en los diferentes espacios, el CO2 es el parámetro adicional ideal para realizar un control automático de la ventilación.

Uso de la medición del dióxido de carbono como indicador de la ventilación efectiva

Las personas exhalan dióxido de carbono (CO2) al respirar, de modo que una acumulación de CO2 indica que (a) hay personas en la habitación y (b) la ventilación es insuficiente, es decir que un buen sistema de ventilación debe ser capaz de detectarlo y de aplicar automáticamente la cantidad de ventilación adecuada. El sistema debe ser automático y debe poder ventilar espacios individuales, para que cada espacio se ventile de forma óptima y no se desperdicie energía sobreventilando o ventilando espacios que no lo necesitan. 

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Ventajas del monitoreo del CO2 y la humedad no relacionadas con el Covid

La norma ASHRAE Green Standard 189.1 (EE. UU.) y el estándar europeo FprEN 16798-3 recomiendan utilizar la ventilación controlada a demanda (DCV) para reducir el uso de energía y promover un aire interior saludable. 

Desde el punto de vista del diseño de HVAC, el CO2 es un indicador ideal de la calidad del aire interior cuando el edificio está ocupado principalmente por personas. La humedad sería un parámetro mejor o, al menos, un parámetro adicional útil, especialmente en aquellos edificios que se emplean para conservar obras de arte, libros, vinos, artefactos históricos, etc., o en los propios edificios que necesitan ser conservados.

Normalmente, el aire exterior contiene entre 250 y 400 ppm de CO2. En cambio, el aliento exhalado contiene alrededor de 50 000 ppm de CO2, lo que representa un aumento de 100 veces con respecto al gas inhalado. Esto significa que cuando las personas están en el interior, sin una ventilación adecuada, los niveles de CO2 aumentarán gradualmente. 

Tanto el bienestar como el rendimiento de las personas en el interior de los edificios se pueden ver afectados por los niveles de CO2. En los espacios ocupados que cuentan con un buen intercambio de aire puede haber entre 350 y 1000 ppm, sin embargo, cualquier nivel superior puede provocar somnolencia, y niveles por encima de 2000 ppm provocan dolores de cabeza, somnolencia, falta de concentración, pérdida de atención, aumento del ritmo cardíaco y náuseas leves. La exposición a niveles muy elevados (procedentes de quemadores de aceite/gas o de fugas de gas) puede incluso provocar muertes por asfixia.

En el estándar ANSI/ASHRAE 62.1-2019 "Ventilación para una calidad adecuada del aire interior" se especifican las tasas mínimas de ventilación recomendadas para una amplia variedad de espacios interiores.

Diversos estudios han evaluado los efectos de la concentración de CO2 en la función cognitiva. Por ejemplo, en el estudio de Allen et al (2016) (9) se demostró que las puntuaciones de la función cognitiva eran un 15% más bajas para el día de CO2 moderado (~945 ppm) y un 50% más bajas en un día con concentraciones de CO2 de ~1400 ppm en comparación con dos días "verdes+" (~ 540 ppm). En promedio, un aumento de 400 ppm de CO2 se relacionó con una disminución del 21% en las puntuaciones cognitivas de un participante típico. Por tanto, la DCV basada en las mediciones de CO2 puede aportar mejoras en el bienestar y la productividad que superan con creces los costos del propio sistema de DCV.

Elegir el transmisor de CO2 correcto

Es muy importante resistir la tentación de comprar los sensores más baratos que cumplan con las especificaciones requeridas. Esto se debe a que, si bien la precisión y el alcance son importantes, el funcionamiento continuo del sistema de administración de edificios dependerá de la estabilidad de los sensores.

Los proveedores de sistemas HVAC preferirán, naturalmente, sensores que usted pueda "instalar y olvidar". En consecuencia, es necesario seleccionar sensores que no necesiten una recalibración frecuente para evitar las desviaciones. Ahora bien, el proceso de selección se dificulta aún más cuando los sensores aseguran que compensan la desviación aplicando una solución de software que parte de la base de que las lecturas más bajas medidas coinciden con la concentración media de CO2 en el exterior. El peligro de este tipo de algoritmo es que los errores pequeños se agravan a medida que pasa el tiempo, lo que lleva a errores muy significativos a largo plazo. En un intento de evitar una calibración real, estos sensores de algoritmo de software no se pueden emplear en espacios que están continuamente ocupados, y también se pueden ver "engañados" por los sistemas de automatización de edificios que reducen de forma agresiva la entrada de aire fresco durante las horas de menor actividad. En algunos casos, incluso el hormigón de las paredes puede absorber el CO2 y, por lo tanto, "engañar" al algoritmo y crear una mayor inexactitud. 

Existe la posibilidad de que se plantee un ligero conflicto de intereses entre un proveedor/instalador del sistema BMS y el propietario/administrador del edificio. Para el primero, el sistema debe funcionar perfectamente de forma inmediata, y como mínimo durante el período de validez de la garantía, mientras que para el segundo la exigencia es más a largo plazo.

El precio de un buen sensor resulta insignificante en comparación con los beneficios que aporta. El ahorro de energía que se obtiene de los controles precisos basados en las necesidades puede ser considerable, pero aún más importante es que se protegen la salud y el bienestar de las personas en el interior del edificio y que las condiciones interiores mejoran el rendimiento en el lugar de trabajo.

Por ello, la solución ideal consiste en elegir los sensores CARBOCAP® de CO2 de Vaisala. Esto se debe a que emplean la tecnología NDIR de doble longitud de onda capaz de prosperar en una gran variedad de entornos y de realizar una verdadera autocalibración con una referencia interna. El costo de esta tecnología es insignificante en comparación con los costos de energía de un sistema de BMS que no es eficiente o con el costo de mantenimiento cuando los sensores de bajo costo se desvían o fallan.

No es extraño que los sensores de Vaisala funcionen sin problemas hasta 15 años. Esta estabilidad y fiabilidad han sido reconocidas en todo el mundo... y más allá. Los sensores de Vaisala continúan funcionando en el Curiosity Rover de la NASA, que se lanzó en 2011 y a bordo del Perseverance Rover que aterrizó en Marte en febrero de 2021.

En resumen, aquí en la Tierra, las medidas de prevención de enfermedades pueden verse reforzadas por una ventilación inteligente con mediciones fiables de CO2. Además, una buena calidad del aire interior puede tener un impacto positivo significativo en la salud y el bienestar de las personas dentro de los edificios. 

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Referencias
1.    Kampf, G. et al (2020) Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of Hospital Infection.
2.    Ratnesar-Shumate, S. et al (2020) Simulated sunlight rapidly inactivates SARS-CoV-2 on surfaces. The Journal of Infectious Diseases.
3.    World Health Organization: https://www.who.int/news-room/q-a-detail/coronavirus-disease-covid-19-how-is-it-transmitted 
4.    Greenhalgh, T. et al (2021) Ten scientific reasons in support of airborne transmission of SARS-CoV-2. THE LANCET. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00869-2  
5.  Department of Health and Social Care, United Kingdom (2020) New film shows importance of ventilation to reduce spread of 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) Time for government to take aerosol transmission of COVID-19 seriously. https://ricochet.media/en/3423/there-is-still-time-to-address-aerosol-transmission-of-covid-19 
7.    Fennelly, K.P. (2020) Particle sizes of infectious aerosols: implications for infection control. THE LANCET, Respiratory Medicine, VOLUME 8, ISSUE 9, P914-924.
8.    Kudo.E. et al (2019) Low ambient humidity impairs barrier function and innate resistance against influenza infection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (22).
9.    Allen J.G. et al (2016) Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments. Environmental Health Perspectives 124:6 CID: https://doi.org/10.1289/ehp.1510037