Calidad del aire: definir para defender. Rendimiento sostenible de los filtros de aire

Acuerdo de difusión de AFEC con el Dr. Iyad Al-Attar. 
Cortesía de International Filtration News. Traducido y promocionado por AFEC

El desarrollo urbano sostenible no es estático y pretende lograr una sociedad próspera independientemente de las condiciones de vida y el estatus socioeconómico. Sin embargo, no se puede lograr una vida sostenible si nos limitamos a rodearnos de diseños urbanos que pretenden impresionar en lugar de habilitar estrategias ágiles para proteger nuestro entorno construido. Confiar únicamente en evocar los placeres de paisajes espectaculares es insuficiente para que nuestro entorno construido sea "seguro de ocupar".

El aire que respiramos

El aire que respiramos está lleno de partículas microscópicas que pueden ser peligrosas para la salud y, por tanto, se consideran un tipo específico de contaminación atmosférica (Figura 1). El tamaño de estas partículas es del orden de varios nanómetros a varios micrómetros. Los estudios epidemiológicos han demostrado, sin dejar lugar a dudas, una asociación entre el aumento de la contaminación atmosférica urbana y los efectos nocivos para la salud en sectores susceptibles de la población, en particular las personas mayores que pueden padecer enfermedades respiratorias o cardiovasculares preexistentes.

El aire urbano contiene partículas cuyo tamaño puede clasificarse entre grueso y ultrafino (<0,1 μm de diámetro). Las partículas ultrafinas contribuyen muy poco a la masa total de una muestra de aire. Aun así, existen en números muy elevados, que en eventos episódicos pueden alcanzar varios cientos de miles por cm³ en el aire urbano. Por lo tanto, la caracterización de los contaminantes atmosféricos es esencial para comprender el rendimiento de los filtros de aire y mejorar la calidad del aire interior (CAI).

No todas las partículas de polvo proceden de la actividad humana. Los fuertes vientos en las regiones desérticas y la actividad volcánica son fenómenos naturales que provocan elevadas concentraciones de polvo en el aire. Así pues, las condiciones meteorológicas, el entorno natural y las actividades humanas pueden provocar polvo y éste ser arrastrado por el viento, contribuyendo a la contaminación del aire. Los vientos fuertes pueden levantar grandes cantidades de polvo de zonas de suelo seco, suelto o alterado.

Figura 2: Imagen de microscopio electrónico de barrido de partículas de polvo recuperadas de un filtro de aire cargado.

Los incendios forestales y las pandemias han seguido siendo el único nexo entre la consecución de una CAI aceptable y la mejor. El clima cambiante ha modificado los patrones meteorológicos, influyendo en los niveles y la ubicación de los contaminantes del aire exterior, como el polvo arrastrado por el viento (Figura 2) y el polen (Figura 3). En última instancia, cualquier cambio en la calidad del aire exterior repercutirá en la CAI, ya que los contaminantes y aeroalérgenos se infiltran en los cerramientos de los edificios a través de grietas, ventanas y puertas, sorteando los filtros de aire instalados en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.

Por el contrario, el creciente interés en entornos construidos sostenibles tienen hincapié en nuevas políticas, tecnologías e innovación para disponer de la mejor CAI. Aunque las responsabilidades financieras sigan estando en primer plano, deberíamos hacer el mismo hincapié en nuestras obligaciones sociales de proteger el bienestar de los ocupantes humanos.

Figura 3: Imagen de microscopio electrónico de barrido de un grano de polen colado en la superficie de un filtro de aire.

Esforzarse, no sobrevivir

No se puede desdeñar la importancia de la calidad del aire. Para que la calidad del aire mejore, los responsables del entorno construido deben esforzarse por aplicar políticas y soluciones de calidad del aire audaces y completas, para integrarlas en sistemas de climatización adaptables que respondan a cualquier variación de la calidad del aire interior.

Además, el empleo adecuado de metodologías cuantitativas y cualitativas pertinentes para el diseño, la construcción y el funcionamiento del entorno construido y su envolvente también son de vital importancia. Las soluciones sostenibles para la calidad del aire implican la filtración en fase gaseosa y de partículas encapsulada con sistemas HVAC basados en datos capaces de responder rápidamente a las variaciones de la CAI que afectan al bienestar de los ocupantes humanos. Nadie toleraría el malestar térmico o una habitación abarrotada con ventilación y calidad del aire deficientes.

Rendimiento sostenible de los filtros de aire

Las distintas percepciones de la mejora de la calidad del aire afectaron a la forma en que se seleccionaban y adquirían los filtros, y así sigue siendo. Debemos afrontar que no podemos confiar en productos de filtración de aire ordinarios mientras exigimos una CAI extraordinaria. Sin embargo, la calidad del aire sostenible y las estrategias de filtración no pueden depender únicamente de una mayor concienciación. Una mascarilla puede ayudarnos a sortear la pandemia, pero no puede resolver los problemas fundamentales de la calidad del aire.

La mejora de la calidad del aire y la actualización de sistemas de filtración suelen ser cuestionadas y negociadas. Ciertamente, la negociación es bienvenida si tiene como objetivo avanzar en las medidas de calidad del aire y asegurar que los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado proporcionan bienestar a los ocupantes humanos. Sin embargo, lo que no es negociable es el valor de una mejor calidad del aire aportada al entorno construido, aunque la percepción pública del valor de la calidad del aire pueda diferir de una persona a otra.

Figura 4: Imágenes de microscopio electrónico de barrido que ilustran medios filtrantes cargados y descargados con diferentes escalas.

Por otro lado, lo que debe promoverse es el coste total de propiedad una vez que el rendimiento del filtro se convierta en el principal criterio por el que se alcance el valor potencial de la calidad del aire, independientemente del precio. Además, el coste total de propiedad es la evaluación y previsión basada en el ciclo de vida de todos los parámetros y costes directos e indirectos. Algunas de estas consideraciones son el diseño adecuado del filtro y la selección del medio filtrante, el funcionamiento y mantenimiento de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado y la supervisión de la calidad del aire interior, que son elementos clave en el rendimiento sostenible global del filtro.

Las imágenes microscópicas electrónicas escaneadas que se muestran en la Figura 4 comparan medios filtrantes cargados y sin cargar con diferentes escalas.

Selección del filtro de aire

La investigación ha revelado que el rendimiento real de los filtros de aire instalados en las unidades de tratamiento de aire tiende a desviarse del rendimiento previsto por los informes de pruebas de laboratorio. Diversos contaminantes atmosféricos transportados por el aire, la humedad y la temperatura pueden alterar el rendimiento de los filtros de aire y, por lo tanto, su conocimiento profundo de las características físicas y químicas y de las condiciones climáticas puede resultar muy valioso para su selección adecuada y el rendimiento del filtro. Para comprender el rendimiento de los filtros, es esencial disponer de conocimientos adecuados sobre la velocidad de entrada, la concentración y distribución del tamaño de las partículas y los niveles de temperatura y humedad. Otros retos a los que se enfrenta el rendimiento de los filtros son la falta de uniformidad del flujo aguas arriba y aguas abajo de los pliegues del filtro debido a diversas propiedades del medio, el diseño del cartucho y la instalación del filtro. Además de las características de carga del filtro y la distribución fiable de la velocidad, estos parámetros pueden influir en la eficacia y el rendimiento sostenible del filtro.

Por lo tanto, la selección del filtro adecuado debe delegarse en expertos en filtración que puedan proporcionar orientación y conocimientos para mejorar la calidad del aire que finalmente respiramos.

Figura 5: Esquema de diferentes densidades de pliegues y su correspondiente superficie filtrante para la misma superficie frontal.

Los diseñadores del entorno construido y su envolvente deben reconsiderar otros parámetros aparte de la filtración. Los materiales de construcción, las fachadas, el grosor de las paredes, los tejados, las cargas térmicas, la iluminación y el ruido también desempeñan un papel a la hora de hacer que el edificio sea apto para ser ocupado. La optimización de los resultados finales, ya sea el confort térmico, la eficiencia energética del edificio, el rendimiento de los filtros de aire, la selección de los equipos de climatización y la mejora de la calidad del aire interior, son fundamentales para el confort general de los ocupantes. Teniendo en cuenta que la calidad del aire es sinónimo de filtración del aire, la evaluación basada en el ciclo de vida de los parámetros de rendimiento de los filtros debe diseñarse para lograr una mejor CAI, lo que requiere emprender los siguientes pasos concretos:

• Llevar a cabo una caracterización física y química del aire exterior e interior para comprender los tipos de contaminantes, la concentración y la distribución de tamaños que suponen un reto para los filtros de aire instalados.

• Seleccionar los filtros de aire adecuados, el tipo de medio filtrante, la superficie (figura 5), el diseño y el número de etapas de filtración necesarias basándose en los resultados anteriores, el caudal necesario y los informes de pruebas de los filtros correspondientes.

• Asegurarse de que los filtros de aire funcionan en los sistemas HVAC.

• Integrar sensores de calidad del aire para la monitorización continua y el rendimiento sostenible de los filtros y ayudar al sistema HVAC instalado a responder a cualquier variación en la CAI.

• Identificar las fuentes de contaminación del aire interior y abordar sus emisiones, incluida la debida a los ocupantes humanos.

• Llevar a cabo medidas de funcionamiento y mantenimiento del sistema HVAC acompañadas de inspecciones in situ.

• Prestar algo más que atención.

Los problemas de calidad del aire a los que nos enfrentamos hoy en día se manifiestan en nuestro comportamiento ambiental, en cómo elegimos acondicionar el aire y en cómo ventilamos y filtramos el aire.

Mejorar la eficiencia de los filtros puede requerir algo más que adaptar y sustituir con frecuencia los filtros de alta eficiencia de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado existentes. Una vez caracterizada la calidad del aire exterior, definir la eficiencia de filtración necesaria para un edificio determinado es esencial para seleccionar el número de etapas de filtración necesarias para alcanzar los objetivos de calidad del aire.

Los programas de mantenimiento predictivo de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado y el empleo de planes de filtración profesionales pueden fomentar aún más un entorno saludable para los ocupantes. Sin embargo, el ímpetu fluctuante impulsado por pandemias y desastres medioambientales frustra cualquier plan concreto de mejoras sostenibles. Por tanto, abordar los aspectos esenciales de la calidad del aire y las tecnologías de filtración es primordial para elevar el listón de la vida sostenible y conseguir que nuestro entorno construido esté libre de contaminantes y olores.

Hoy tenemos la oportunidad de repensar, replantear y re-imaginar cómo conseguir la calidad del aire y emplear varias tecnologías, además de la filtración, que pueden contribuir a ese resultado. Los fallos crónicos de los filtros y la adicción a los filtros lavables han contribuido al deterioro de la calidad del aire. La mejora de la calidad del aire nunca ha tenido la fuerza política necesaria para convertirse en una prioridad nacional, a pesar de que el impacto del aumento de las emisiones ha sido bien conocido. Durante décadas, las soluciones integradas para la calidad del aire se han visto frustradas por la compleja estructura y la velocidad a la que ahora tenemos que tomar decisiones en todos los niveles gubernamentales: municipal, provincial, territorial y federal.

Reajuste o reorganización

La paradoja es que deseamos mejorar la calidad del aire, pero se necesitan más infraestructuras para respaldarla. Si las infraestructuras se definen como las instalaciones y sistemas fundamentales acompañados de los servicios necesarios para servir a un país, lo mismo debería ocurrir con la calidad del aire. La calidad del aire debe seguir siendo un pilar de nuestra vitalidad, de la economía global y la base de unos entornos construidos sostenibles y saludables.

La colaboración entre gobiernos, consultores, líderes de la industria y usuarios finales es esencial para resolver las deficiencias de la calidad del aire exterior y la calidad del aire interior y reorientar los esfuerzos actuales en materia de emisiones antropogénicas y calidad del aire hacia la sostenibilidad. La tarea central consiste en suscitar un comportamiento cooperativo y esfuerzos de colaboración para proteger el bienestar general de los ocupantes humanos. Sin embargo, el primer reajuste tiene que ser desde el diseño, y no sólo desde la demanda. A la hora de planificar entornos construidos sostenibles y sus envolventes, es fundamental hacer hincapié en lo que pueden llegar a ser y en lo que pueden evolucionar en el futuro si queremos adoptar con éxito estrategias de calidad del aire.

Reconozcámoslo: desde el punto de vista medioambiental, nos estamos volviendo locos si tenemos en cuenta el aumento de la concentración de partículas y gases contaminantes emitidos anualmente. Permitir que nuestro aire exterior se deteriore sugiere que las consecuencias de una mala calidad del aire son aceptables para el entorno construido y el bienestar de los ocupantes humanos. La premisa de seguir contaminando nuestro aire sólo porque existen tecnologías de filtración para capturarlos es inaceptable. Aunque las tecnologías de filtración del aire son la fruta madura que los diseñadores pueden aprovechar en su empeño por proporcionar un aire limpio, la cuestión sigue siendo si las tecnologías de filtración disponibles pueden o no capturar todas las emisiones inevitables sin abordar la reducción de emisiones.

Un soplo de esperanza

Aunque la llamada histórica a cumplir con las responsabilidades financieras siempre planea en nuestras mentes, nuestra responsabilidad social de disponer de la mejor CAI es igualmente importante. Mejorar la CAI en interiores requiere políticas, normas pertinentes y hojas de ruta que garanticen que la aplicación y el cumplimiento están entrelazados, y no sólo las fuerzas morales del público en general.

Soñar con la mejor calidad del aire sólo nos llevará a nuestros objetivos si el progreso traslada nuestra realidad a un futuro prometedor de entornos construidos de forma saludable. Además, aspirar a los más altos estándares de entornos construidos requiere arquitectos de lo invisible, expertos de lo desconocido y consultores de lo impredecible. Si queremos una vida sana y sostenible, debemos definir la calidad del aire antes de defenderla. En última instancia, si la calidad del aire y las estrategias de filtración se redactan sobre las arenas de la esperanza, dejándolas sin acciones, pronto verán el mar.

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