En este tutorial se pretende exponer un sencillo
procedimiento para realizar el cálculo y diseño de los sistemas de
ventilación y renovación del aire interior de los edificios, locales y
establecimientos, y que a la vez sirva como justificación técnica en
proyectos y estudios de edificación y construcción.
La renovación del aire interior de las dependencias de
un edificio es necesaria e imprescindible. Mediante la renovación del
aire interior en los edificios se consigue mantener en niveles
admisibles, la concentración de contaminantes presentes en el aire, que
se genera por el desarrollo de cualquier actividad humana o de otra
índole.
2- Condiciones interiores de diseño de temperatura y humedad
En general, las condiciones interiores de diseño que
se tomarán para la temperatura y humedad relativa en el interior de los
edificios, que se consideran condiciones de confort, dependerá de
factores tales como la actividad metabólica que desarrollen las personas
ocupantes del edificio, de su grado de vestimenta y del porcentaje
estimado de personas insatisfechas que se admita que pueda haber.
En este sentido, para un caso genérico donde las
personas ocupantes del edificio desarrollen una actividad metabólica
sedentaria de 1,2 met(*), con grado de vestimenta de 0,5 clo(**) en verano y de 1 clo
en invierno y que el porcentaje de insatisfechos se sitúe entre el 10 y
el 15%, se pueden tomar, como condiciones interiores de diseño para la
temperatura y humedad relativa del aire interior, las que se muestran en
la siguiente tabla:
Estación del año
|
Temperatura
ºC |
Humedad relativa
% |
Verano
|
23 ... 25
|
45 ... 60
|
Invierno
|
21 ... 23
|
40 ... 50
|
Tabla 1. Condiciones interiores de diseño
(*) El met se emplea como una unidad de medida de la tasa de actividad metabólica. En concreto 1 met
se define como el metabolismo de una persona sentada y sin una
actividad física especial. Su equivalencia con otras unidades es:
1 met = 58,15 W/m2 = 50 kcal/h·m2
Como se puede apreciar el met no es una unidad
absoluta de la actividad metabólica, sino una unidad de tasa metabólica
(más bien de potencia térmica) relativa a la superficie de piel de
nuestro cuerpo (SC).
Para obtener la producción metabólica de una persona habría que multiplicar el valor met que corresponde a la actividad física que esté realizando por su superficie corporal de la persona (SC).
Producción metabólica = Valor met · SC
Como superficie corporal de una persona se puede tomar como valor genérico 1,8 m2, aunque este valor varía de una persona a otra en función de su altura (H) y peso (P).
Para mayor aproximación de cálculo de la superficie corporal de una
persona se puede emplear la ecuación de DuBois&DuBois, a partir de
la altura (H) y el peso (P):
SC = 0,202 · P 0,425· H 0,725
(**) El clo se emplea para medir el aislamiento térmico de la ropa. La siguiente tabla puede orientar sobre su rango de valores:
Tipo de ropa
|
Aislamiento
(clo.) |
Desnudo
|
0 clo.
|
Ropa ligera (ropa de verano)
|
0,5 clo.
|
Ropa media (traje completo)
|
1 clo.
|
Ropa pesada (uniforme militar de invierno)
|
1,5 clo.
|
Tabla 2. Valores de aislamiento de la ropa en clo.
3- Categorías de calidad de aire interior
En España el Reglamento de Instalaciones Térmicas en
los Edificios (R.I.T.E.) establece distintas categorías en la calidad de
aire interior (IDA) exigibles a los edificios en función del uso que se haga de ellos, a saber:
• IDA 1: es la categoría de calidad óptima
del aire. Se exige en edificios de uso muy sensibles, tales como,
hospitales, clínicas, laboratorios y guarderías.
• IDA 2: significa una calidad de aire
buena. Se suele exigir esta calidad de aire para oficinas, salas comunes
de hoteles y similares, residencias de ancianos y estudiantes, salas de
lectura, bibliotecas, museos, salas de tribunales, colegios y aulas de
enseñanzas, piscinas cubiertas.
• IDA 3: o calidad de aire media. Tipo de
aire válido para el grueso de edificios, tales como, edificios
comerciales, cines, teatros, salones de actos y representaciones,
habitaciones de hoteles, hostales y pensiones, restaurantes, cafeterías,
bares, salas de fiestas, gimnasios, establecimientos deportivos (salvo
piscinas), salas para uso de ordenadores.
• IDA 4: corresponde a un tipo de aire de calidad baja. Para el resto de edificios no mencionados anteriormente.
En el documento de proyecto que estemos realizando, se
debe indicar el tipo de categoría de aire exigible en el edificio que
se esté proyectando, de acuerdo a la lista anterior.
4- Caudal mínimo de aire exterior de ventilación
Una vez establecido la calidad de aire interior, hay
que establecer el caudal mínimo de aire exterior de ventilación que
garantice que se va a alcanzar dicha calidad. Este aporte de aire limpio
del exterior es lo que se conoce también por renovación o ventilación
del aire contenido en el interior del edificio.
Para saber el número de renovaciones necesarias o
caudales de aporte de aire exterior, hay que partir del uso a que se va a
destinar el edificio. En función de este uso, existen multitud de
tablas y recomendaciones de bibliografía especializada que indican el
número de renovaciones horarias, o bien proporcionan directamente los
caudales de aire por persona o metro cuadrado de superficie del edificio
o de salas a acondicionar.
Por ejemplo, en la siguiente tabla se indica el número
de renovaciones a la hora, para cada tipo de establecimiento o local,
según la norma DIN 1946.
Tipo de Local
|
Nº. Renovaciones
de aire por hora |
|
WC, inodoros
|
Privados
|
4-5
|
Públicos
|
8-15
|
|
Aseos y baños
|
5-7
|
|
Duchas
|
15-25
|
|
Bibliotecas
|
4-5
|
|
Oficinas
|
4-8
|
|
Tintorerías
|
5-15
|
|
Cabinas de pintura
|
25-50
|
|
Garajes y parkings
|
5
|
|
Salas de decapado
|
5-15
|
|
Locales de acumuladores
|
5-10
|
|
Armarios roperos
|
4-6
|
|
Restaurantes y casinos
|
8-12
|
|
Industrias de Fundiciones
|
8-15
|
|
Remojos
|
70-80
|
|
Auditorios
|
6-8
|
|
Salas de cines y de teatros
|
5-8
|
|
Aulas
|
5-7
|
|
Salas de conferencias
|
6-8
|
|
Cocinas
|
Privadas
|
15-25
|
Colectivas
|
15-30
|
|
Laboratorios
|
8-15
|
|
Locales de aerografías
|
10-20
|
|
Salas de fotocopias
|
10-15
|
|
Cuartos de máquinas
|
10-40
|
|
Talleres de montaje
|
4-8
|
|
Salas de laminación
|
8-12
|
|
Talleres de soldadura
|
20-30
|
|
Piscinas cubiertas
|
3-4
|
|
Despachos de reuniones
|
6-8
|
|
Cámaras blindadas
|
3-6
|
|
Vestuarios
|
6-8
|
|
Gimnasios
|
4-6
|
|
Tiendas y comercios
|
4-8
|
|
Salas de reuniones
|
5-10
|
|
Salas de espera
|
4-6
|
|
Lavanderías
|
10-20
|
|
Talleres
|
Alta alteración
|
10-20
|
Poca alteración
|
3-6
|
|
Habitaciones (hoteles...)
|
3-8
|
|
Iglesias modernas (techos bajos)
|
1-2
|
|
Oficinas de bancos
|
3-4
|
|
Cantinas (de industrias, militares)
|
4-6
|
|
Hospitales
|
5-6
|
|
Fábricas en general
|
5-10
|
|
Discotecas
|
10-12
|
|
Cafés
|
10-12
|
|
Restaurantes de comida rápida
|
15-18
|
|
Obradores de panadería
|
25-35
|
|
Tabla 3. Renovaciones de aire en locales
El cálculo del caudal mínimo requerido de ventilación
de aire exterior es inmediato a partir de los datos de renovaciones
horas de la tabla anterior.
En efecto, si V es el volumen que ocupa el local o establecimiento en m3 (V = A·B·C, siendo A, B, C las dimensiones de largo, ancho y altura del local) y N es el número de renovaciones por hora extraído de la tabla anterior en función del uso dado al local o edificio. El caudal Q mínimo de aire exterior se calcula como:
Q = V · N (m3/h)
Otros procedimientos que pueden ser utilizados para el
cálculo de los caudales mínimos necesarios de aire exterior de
ventilación son los expuestos en el R.I.T.E.
A continuación se exponen algunos de los procedimientos más ampliamente utilizados por proyectistas e instaladores:
• El llamado "Método indirecto de caudales de aire exterior por persona"
es un procedimiento que se aplica especialmente en locales que tienen
una baja producción de contaminantes provenientes de fuentes diferentes
del ser humano y en general, cuando no está permitido fumar en el local.
Para ello basta con emplear los valores indicados en la siguiente tabla:
Caudales de aire exterior, en dm3/s por persona
|
|
Categoría del aire interior exigible
|
dm3/s por persona
|
IDA 1
|
20
|
IDA 2
|
12,5
|
IDA 3
|
8
|
IDA 4
|
5
|
Tabla 4. Caudales de aire exterior, en dm3/s y por persona
Cuando en los locales esté permitido fumar, se debe
emplear como caudales de aire exterior, como mínimo, el doble de los
valores indicados en la tabla 4 anterior.
• El "Método indirecto de caudal de aire por unidad de superficie"
es especialmente útil su aplicación en locales y establecimientos de
edificios donde la ocupación de personas no es permanente.
De la siguiente tabla se extrae los valores de los
caudales de aire exterior por metro cuadrado de superficie del local,
según la calidad de aire interior exigida.
Caudales de aire exterior, en dm3 por segundo y unidad de superficie
|
|
Categoría del aire interior exigible
|
dm3/(s·m2)
|
IDA 1
|
No aplicable
|
IDA 2
|
0,83
|
IDA 3
|
0,55
|
IDA 4
|
0,28
|
Tabla 5. Caudales de aire exterior, en dm3 por segundo y unidad de superficie
• Por último, el "Método directo de concentración de CO2" es aplicable sobretodo en locales con elevada actividad metabólica (salas de fiesta, gimnasios y pabellones deportivos, etc.).
Este método se basa en limitar la concentración de CO2
en el aire interior, en función de la categoría de aire exigida,
mediante la impulsión de aire limpio procedente del exterior. Los
valores límites de concentración de CO2 se indican en la siguiente
tabla:
Concentración de CO2 máxima admisible en los locales
|
|
Categoría del aire interior exigible
|
ppm (*)
|
IDA 1
|
350
|
IDA 2
|
500
|
IDA 3
|
800
|
IDA 4
|
1200
|
Tabla 6. Concentración de CO2 máxima admisible en los locales
(*) Valores de concentración de CO2 (en partes por
millón en volumen) por encima de la concentración existente en el aire
exterior.
5- Filtrado del aire exterior de ventilación
Es evidente que se hace necesario introducir el aire
exterior en el edificio debidamente filtrado, para limitar en lo posible
la entrada de partículas y de contaminantes gaseosos que proceden del
ambiente exterior.
Precisamente, la calidad del aire procedente del exterior (ODA) puede ser clasificada en niveles, según el siguiente criterio:
• ODA 1: se considera la mejor calidad de
aire exterior. Es aire puro que puede contener partículas sólidas (polen
por ejemplo) de forma temporal.
• ODA 2: es un aire que posee altas concentraciones de partículas sólidas.
• ODA 3: aire con altas concentraciones de contaminantes gaseosos.
• ODA 4: tipo de aire exterior que tiene altas concentraciones de contaminantes gaseosos y de partículas.
• ODA 5: aire con muy altas concentraciones de contaminantes gaseosos y de partículas.
En la siguiente tabla se indican las clases de
filtración mínimas exigible al aire de ventilación exterior, en función
de la categoría de aire exterior (ODA) y de la calidad de aire interior
(IDA) exigible:
IDA 1
|
IDA 2
|
IDA 3
|
IDA 4
|
|
ODA 1
|
F9
|
F8
|
F7
|
F6
|
ODA 2
|
F7 / F9
|
F8
|
F7
|
F6
|
ODA 3
|
F7 / F9
|
F6 / F8
|
F6 / F7
|
G4 / F6
|
ODA 4
|
F7 / F9
|
F6 / F8
|
F6 / F7
|
G4 / F6
|
ODA 5
|
F6 / GF / F9 (*)
|
F6 / GF / F9 (*)
|
F6 / F7
|
G4 / F6
|
Tabla 7. Clases de filtración
(*) Se deberá prever la instalación de un filtro de gas o un filtro químico (GF) situado entre las dos etapas de filtración.
6- Aire de extracción
Igualmente, el aire de extracción procedente del
interior del edificio se clasifica en función del uso de los locales o
dependencias del edificio del cual provienen. De esta forma se tienen
las siguientes categorías para el aire de extracción:
• AE 1: se corresponde con un aire extraído
que tiene un bajo nivel de contaminación. Suelen proceder de locales y
dependencias donde las emisiones más importantes de contaminantes
proceden de los mismos materiales de construcción y de decoración que
constituyen la sala, además de las personas. Evidentemente, son locales
donde está prohibido fumar. Ejemplo: oficinas, aulas, salas de
reuniones, locales comerciales sin emisiones específicas, espacios de
uso público, escaleras y pasillos.
• AE 2: aire extraído con un moderado nivel
de contaminación. Proceden de locales ocupados con más contaminantes
que la categoría anterior, y además no está prohibido fumar. Ejemplo:
restaurantes, habitaciones de hoteles, vestuarios, bares, almacenes.
• AE 3: aire de extracción con alto nivel
de contaminación. Procede de locales donde se almacenan o producen
productos químicos, donde existe humedad, etc. Ejemplos: Aseos, saunas,
cocinas, laboratorios químicos, imprentas.
• AE 4: aire de extracción con muy alto
nivel de contaminación. Es aire que contiene sustancias olorosas y
contaminantes perjudiciales para la salud a partir de determinadas
concentraciones. Ejemplos: extracción de campanas de humos,
aparcamientos, locales para el manejo de pinturas, locales donde se
guarda lencería y ropa sucia, locales de almacenamiento de residuos de
comida, locales de fumadores de uso continuo, laboratorios químicos.
En general, el caudal de aire de extracción de los locales y dependencias será como mínimo de 2 dm3/(s·m2) de superficie en planta del local.
Sólo el aire de extracción con categoría AE 1 y exento de humo de tabaco puede ser retornado a los locales.
El aire con categoría AE 2 puede ser empleado
solamente como aire de transferencia hacia locales de servicios, aseos y
garajes o parkings.
El aire de las categorías AE 3 y AE 4 no puede ser
empleado como aire de recirculación o transferencia. Además, su
expulsión al exterior del aire de estas categorías no puede ser común a
la expulsión del aire de las categorías AE 1 y AE 2 para evitar la
posibilidad de una contaminación cruzada.
7- Velocidad media del aire permitida en el interior
Para mantener unas condiciones mínimas de confort en
los lugares ocupados, la velocidad del aire interior debe mantenerse por
debajo de unos niveles, que dependerán de factores como la actividad
que desarrollen las personas presentes en el local, su vestimenta, e
incluso la temperatura del aire interior.
Para unos valores de la temperatura seca del aire
comprendido entre 20 ºC y 27 ºC, se puede emplear la siguiente expresión
que proporciona la velocidad media del aire máxima permitida que
asegura unas condiciones de confort:
T
|
||
v =
|
—— - 0,07 (m/s)
|
|
100
|
Siendo T la temperatura seca del aire del interior del local.
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