Medidas para contrarrestar el sistema de aire acondicionado en el período posterior a la epidemia

Gracias a las medidas decisivas y eficaces adoptadas, China ha controlado la epidemia, la vida ha vuelto a la normalidad y la economía funciona con normalidad. Sin embargo, la epidemia continúa en todo el mundo, por lo que es necesario normalizar las medidas de prevención y control. El diseño y la operación de los sistemas de aire acondicionado en el período posterior a la epidemia en China han suscitado reflexión, por lo que el siguiente debate sobre diferentes perspectivas y medidas contribuirá a la normalización de la prevención de epidemias en el futuro.

En vista de que el control ambiental de la prevención y el control de epidemias es diferente al de los acondicionadores de aire confortables en los edificios civiles no médicos, este artículo no detalla sistemáticamente las contramedidas para el sistema de aire acondicionado en el período posterior a la epidemia, sino que plantea algunas preocupaciones en torno al propósito de las contramedidas, así como los objetivos de prevención y control del sistema de aire acondicionado en el período posterior a la epidemia para su referencia.

1. El apropiadoposicionamientoa la propagación del nuevo coronavirus  

ElDdiagnóstico yTtratamiento deNnovelaCoronavirusPneumonía(versión de prueba 8), publicada el 19 de agosto de 2020, indica claramente que el nuevo coronavirus se propaga principalmente por gotitas respiratorias y contacto cercano, así como por contacto con elementos contaminados con el virus. La exposición prolongada en un entorno relativamente cerrado con altas concentraciones de aerosoles también puede provocar la transmisión por aerosoles. "Debido a que el nuevo coronavirus puede aislarse de las heces y la orina, se debe prestar atención para evitar que contamine el medio ambiente y provoque la transmisión por contacto o por aerosoles", lo que nos ayuda a identificar correctamente la vía de transmisión de la COVID-19. Esto también se confirma por el gran número de casos de infección durante la epidemia. El uso de mascarillas, el mantenimiento de la distancia social y el lavado de manos se han reconocido como las medidas más eficaces para prevenir y controlar la epidemia.

Normalmente, si el virus tiene una buena transmisión y difusión aérea, se dispersaría continuamente bajo la acción del flujo de aire y se diluiría al mismo tiempo, entonces la concentración del virus seguirá disminuyendo, como resultado, solo una pequeña dosis de bacterias puede transmitirse por el aire. Además, las partículas dispersas transportadas con bacterias flotando en el aire, su vitalidad se debilitaría rápidamente debido a la exposición al calor, la humedad y la luz ultravioleta, a menos que tenga una vitalidad enorme （o pueda sobrevivir en el aire durante mucho tiempo）). Hasta ahora, no se ha encontrado evidencia de que el COVID-19 tenga las dos características anteriores. Solo se puede decir que el COVID-19 tiene una pequeña posibilidad de transmitirse por el aire en una medida limitada, la posibilidad de infectarse a través del aire es muy pequeña. La OMS todavía cree que el aerosol del SARS-CoV-2 puede propagarse en ambientes sin aire o cerrados, pero no es la vía principal, aunque una carta abierta firmada por 239 académicos de 32 países el 6 de julio fue publicada en la revista de enfermedades infecciosas clínicas (Oxford University Journal).

Dado que la dosis infecciosa en el aire no es suficiente para la transmisión, y las gotitas no pueden flotar durante mucho tiempo para propagarse a gran distancia, varios eventos de supertransmisión en la epidemia mencionados en la carta abierta resultan confusos. Por lo tanto, proponemos la hipótesis de la transmisión por nubes de aerosoles. Una nube de aerosoles es un flujo bifásico de vapor-líquido, invisible a simple vista.

La nube de aerosoles puede hacer que las gotitas que contienen partículas virales floten, las cuales serán arrastradas por el flujo de aire. La ruta y dirección de su transmisión son muy claras.

Las nubes de aerosoles pueden reunir partículas virales difíciles de difundir y transmitir, con un mayor tiempo de supervivencia, por lo que es fácil acumular una gran cantidad de virus localmente y mantener una dosis de infección durante un largo tiempo a gran distancia. Se considera que la formación de nubes de aerosoles está relacionada con factores como ambientes interiores cerrados, mala ventilación, alta densidad de personal, alta humedad (Fig. 1) y el tamaño de las gotas, etc. Por lo tanto, la hipótesis de las nubes de aerosoles puede explicar bien estos eventos de supertransmisión. Hipótesis similares también se pueden encontrar en documentos extranjeros (Fig. 3), aunque las definiciones y explicaciones difieren. Factores ambientales como la temperatura, la humedad y la contaminación pueden afectar la capacidad de supervivencia del virus de la COVID-19, al dañar sus proteínas en la superficie y su membrana lipídica. La teoría actual sugiere que su estabilidad mejorará a mayor humedad (≥80%) (Fig. 1).

Fig.1 Relación entre la vida útil de las gotas de virus y el diámetro de las partículas y la humedad relativa.

Fig.2 Diámetros de las gotas y su rango de transmisión

Fig. 3 Estornudos, tos, nubes de exhalación y su distancia de transmisión

2. Contramedidas del aire-sistema de acondicionamiento en post-período de epidemia

Debido a que el método de prevención y control de patógenos, así como los requisitos y medidas de control del ambiente interior en epidemias son diferentes a los de los acondicionadores de aire confortables, el método de control de patógenos no se puede entender basándose en el razonamiento lógico y el sentido común.

2.1 Enfoque en el control de la transmisión de nubes de aerosoles

El control de la propagación de COVID-19 en el aire interior no es tanto como el control de la transmisión de nubes de aerosoles.

Los resultados muestran que la nube de aerosol tiene un buen rendimiento de seguimiento de la corriente de aire, una ruta de transmisión estrecha y una dirección clara.

A diferencia de la transmisión aérea, que puede propagarse ampliamente y extenderse por todo el espacio, las nubes de aerosol se desplazan con el aire hacia las vías respiratorias cercanas de las personas susceptibles (Fig. 4), lo que podría ser inhalado y causar una infección, incluso manteniendo una distancia social segura. La incertidumbre de la transmisión de las nubes de aerosol reveló la aleatoriedad de la infección, lo que cuestiona nuestra teoría tradicional sobre la ventilación, la prevención y el control de infecciones, como la distancia social segura, la protección personal, el tiempo de exposición, el riesgo o la probabilidad de infección.

Fig. 4 Simulación de transmisión de nubes de aerosoles

Desde la perspectiva del control de la transmisión de nubes de aerosoles, existen tres formas:

1) Evitar la generación de nubes de aerosoles es la forma más fundamental, reduciendo su aparición (por ejemplo, usando mascarillas, controlando la densidad de personal, depositando las gotas rápidamente mediante el flujo de aire interior) y manteniendo una buena ventilación interior (diluyendo la contaminación interior y evitando la acumulación de humedad interior).

2) Una vez formada la nube de aerosol, la incertidumbre de la transmisión y la aleatoriedad de la infección parecen estar fuera de control. De hecho, la forma más sencilla de bloquear la transmisión de la nube de aerosol es evitar el flujo de aire horizontal en interiores, forzar su sedimentación rápida y luego expulsarlo por la salida de aire de retorno inferior mediante ventilación.

3) La forma más sencilla de eliminar la transmisión de aerosoles es dispersarlos mediante fuerza externa. El flujo de aire de ventilación los perturbará o dispersará continuamente. Mientras las partículas infecciosas se descentralicen y la concentración disminuya, no serán transmisibles. Por supuesto, reducir la humedad interior al 40%-50% también es un método de control, pero implica un alto consumo de energía.

2.2 Centrarse en la prevención y el control de patógenos

La idea de prevenir y controlar los patógenos durante una epidemia es similar al control ambiental de los tratamientos farmacéuticos y médicos. Sin embargo, difiere de la tecnología de limpieza biológica; es una medida para prevenir el coronavirus en áreas de servicio con aire acondicionado confortable. Primero, extraemos lecciones de los conceptos de control farmacéutico y médico para explicar la diferencia entre estos y los aires acondicionados confortables.

Fig.1 Diferencias entre las ideas de prevención y control de patógenos y la de los aires acondicionados de ventilación.

Durante el período posepidémico, es posible que ya no se apliquen tres medidas efectivas de prevención y control: el uso de mascarillas, el distanciamiento social y el lavado de manos. Sin embargo, aún es necesario considerar el control de la densidad de personal. La medida preventiva del sistema de aire acondicionado en el período posepidémico es prevenir el coronavirus. Las diferencias en el método de control se refieren a la Tabla 1. Salvo la especulación sobre las medidas preventivas del sistema de aire acondicionado basadas en el razonamiento lógico o el sentido común, ¿a qué aspectos debemos prestar atención? Algunas medidas preventivas pueden integrarse en un sistema de aire acondicionado confortable, pero otras solo pueden utilizarse como medida de respaldo. A continuación, se presentan algunos ejemplos:

1) Control general o control de puntos clave

Quienes se dedican a la climatización están acostumbrados a considerar aspectos de la situación general, como controlar los parámetros de temperatura, humedad y concentración de dióxido de carbono en todo el espacio. Quienes se dedican al control de infecciones se centran en los detalles y los puntos clave, cortando la vía de contagio según las características de la fuente. Incluso los detalles de la distribución del aire de suministro y retorno merecen atención. Innumerables casos han demostrado que los detalles determinan el éxito o el fracaso del control de infecciones. Los detalles son cruciales.

2) Dilución en cámara completa o sedimentación in situ

El mayor contaminante de los aires acondicionados de confort es el CO2. La presencia de personas en todas partes de la habitación puede generar CO2, lo que constituye una fuente de amplio alcance. Las bacterias en interiores, generalmente exhaladas por pacientes individuales, se propagan a corta distancia y constituyen una fuente puntual. Por lo tanto, las medidas de control no pueden diluir toda la habitación con aire fresco para controlar la infección puntual como el control del CO2, ni tampoco pueden controlar el volumen de aire fresco mediante un sensor de CO2. Las gotitas exhaladas por pacientes con coronavirus pueden infectar directamente a las personas adyacentes y no esperan a que se diluyan. Una vez exhalado el patógeno, debe asentarse in situ rápidamente para prevenir la transmisión. La sedimentación in situ es la forma más eficaz de reducir la exposición. Controlar la infección puntual generando múltiples veces el volumen de aire interior para la dilución no solo genera un alto consumo de energía, sino que también tiene un efecto negativo.

3) Esterilización o filtración

Todos sabemos que el aire fresco no transporta patógenos, y el objetivo principal de la filtración de aire fresco es la eliminación de polvo. Si existen patógenos en la habitación, el filtro de aire de retorno debe ser capaz de evitar que entren en el sistema. Sin embargo, la resistencia del filtro HEPA es bastante alta, lo que dificulta o inviable su uso en edificios civiles. Debido al espacio interior limitado, las gotas exhaladas no pueden evaporarse en un núcleo líquido en partículas pequeñas en poco tiempo, y la filtración del aire de retorno se centra principalmente en eliminar las gotas de partículas grandes. Nuestro objetivo de control es evitar la acumulación de patógenos en el espacio, por lo que la eficiencia de esterilización y la resistencia del filtro deben tenerse en cuenta al seleccionar los filtros de aire de retorno.

El artículo 7.1.11 del código GB 51039-2014 para el diseño de edificios de hospitales generales indica:

La salida de aire de retorno del sistema de aire acondicionado central y la unidad fan coil deben estar equipadas con un equipo de filtración con una resistencia inicial inferior a 50 Pa, una tasa de primer paso de microorganismos inferior al 10 % y una tasa de paso de ponderación de partículas a la vez no superior al 5 %.

Esta es la misma razón por la que ASHRAE recomendó el MERV13 como filtro de aire de retorno. En el caso de la nube de aerosoles, los filtros no solo filtran algunas partículas del aire, sino que también la dispersan, impidiendo su presencia en los sistemas.

4) Sistema de aire acondicionado centralizado preventivo o sistema de aire acondicionado descentralizado preventivo

Según nuestro sentido común, el sistema central de aire acondicionado abastece varias habitaciones; una vez que las bacterias aparecen en una, las demás se contaminan. Al comienzo de la epidemia, el sistema centralizado de aire acondicionado era el principal objetivo de prevención, mientras que el descentralizado no lo era.

Una vez que una persona infectada se presenta en lugares públicos, el gas que exhala será absorbido por el sistema de aire acondicionado. Sin embargo, la dosis infecciosa en el suministro de aire debe reducirse después del proceso de funcionamiento a alta velocidad del ventilador, múltiples filtros, componentes de tratamiento de calor y humedad y la dilución mixta de aire fresco. Incluso si hay nubes de aerosol en interiores, con el sistema central de ventilación y aire acondicionado que abastece a varias habitaciones, es improbable que se produzca una infección cruzada. Hasta el momento, no se ha registrado una infección a gran escala causada por el aire acondicionado centralizado. Sin embargo, el aire acondicionado descentralizado, como el aire acondicionado split, la unidad fan coil y el VRV utilizado en restaurantes, bares, autobuses y lugares de entretenimiento, su patrón de flujo de aire provocará un flujo de aire horizontal en la habitación, impulsando la nube de aerosol a la deriva (Fig. 4).

En algunos lugares donde se utiliza aire acondicionado descentralizado durante la epidemia se produjeron algunos eventos de infección por agregación, que también es un lugar típico de propagación de nubes de aerosoles.

5) Distribución uniforme o contención del flujo de aire

El sistema de aire acondicionado prioriza la distribución uniforme de los parámetros de temperatura y humedad. En teoría, el aire fresco del exterior se mezcla y diluye constantemente con el aire interior, y el flujo de aire se distribuye uniformemente, por lo que la concentración de virus disminuye. Sin embargo, analizar los detalles del proceso de distribución desde otra perspectiva puede contribuir a la propagación objetiva de los patógenos. Por lo tanto, la dirección de la distribución del flujo de aire es crucial, por lo que la purificación de espacios en los sectores médico, farmacéutico y electrónico prioriza el flujo de aire, que se suministra desde arriba y se devuelve hacia abajo. Este aprovecha al máximo la función de contención del flujo de aire, logrando que la contaminación localizada se asiente lo antes posible, evitando su dispersión y difusión, y reduciendo considerablemente el tiempo de exposición. La contención del flujo de aire es mucho más importante que la distribución uniforme. Un sistema de aire acondicionado centralizado puede lograr fácilmente el flujo de aire que se suministra desde arriba y se devuelve hacia abajo, mientras que las unidades de aire acondicionado descentralizadas, que integran el manejo y la distribución del aire, son difíciles de lograr.

6) Prevención del suministro de aire o prevención de fugas

Una vez que el aire interior se ha contaminado y los acondicionadores de aire suministran el aire contaminado al interior, se desencadena una segunda contaminación del aire llamada contaminación indirecta.

Desde la perspectiva del sentido común, la proliferación de bacterias en interiores a través del sistema de aire acondicionado es la peor amenaza. Además, el virus no puede propagarse en el sistema central de aire acondicionado; incluso si lo hiciera, siempre que exista un filtro de aire eficaz en la salida de suministro o retorno de aire, es difícil eliminarlo. Desde la perspectiva de la ingeniería de purificación, son pocos los incidentes de contaminación por fugas causados ​​por filtros y su instalación en los sistemas actuales de construcción y recepción. Sin embargo, el aumento excesivo del volumen de aire fresco sin considerar el control de la diferencia de presión descontrolará el gradiente ordenado de presión en el área, y el aire interior contaminado (virus) se filtrará directamente, causando frecuentes incidentes de contaminación (infección). Este tipo de contaminación causada por fugas de contaminación en interiores se denomina contaminación directa, y es aún más grave: la fuga desordenada del flujo de aire dificulta la predicción de la ubicación de la infección. Por ello, las normas para la construcción de hospitales, tanto nacionales como internacionales, no exigen filtros de alto nivel para las terminales de suministro de aire en departamentos clave, sino que enfatizan el control regional de la presión diferencial ordenada por gradiente.

7) Funcionamiento intermitente o funcionamiento continuo

Ante la posible transmisión del virus en el sistema de aire acondicionado, a menudo se requiere su funcionamiento intermitente. Es decir, el aire acondicionado se apaga tras un periodo de funcionamiento y se activa la ventilación natural o mecánica, de 2 a 3 veces al día durante al menos 30 minutos. Todos sabemos que una gran cantidad de aire fresco perjudica el confort del ambiente interior, pero lo que desconocíamos es que el confort generado por los aires acondicionados también puede considerarse una medida antiepidémica. El avance de la epidemia muestra que el COVID-19 mantiene una fuerte infectividad, independientemente de las temperaturas. La actividad del virus alcanza su nivel más bajo a una temperatura ambiente de 22-25 ℃ y una humedad relativa del 50%-60% (Fig. 5).

La entrada directa de aire fresco fuerte también destruye el equilibrio de la diferencia de presión entre los diferentes espacios, lo que da como resultado el funcionamiento desordenado del flujo de aire de fuga.

Por lo tanto, siempre que el sistema de aire acondicionado cumpla con las normas, no solo debe funcionar de forma continua, sino también anticipar su arranque y retrasar su apagado. Un entorno estable y controlado es fundamental para la normalización de la prevención y el control de epidemias.

Fig. 5 Tasa de supervivencia del nuevo coronavirus y temperatura y humedad

8) Ajuste de retardo o prevención de límite

El control del espacio de aire acondicionado se logra mediante el sensor de temperatura y humedad, que será ajustado por el sistema luego de que el sensor detecte la desviación de temperatura o humedad, proceso llamado ajuste de retardo.

Relativamente hablando, el nivel de temperatura y humedad es muy alto, la estructura del recinto interior y el equipo también tienen capacidad térmica, por lo que cambiar la temperatura interior de 1 ℃ requiere mayor energía o no fluctuará mucho.

Aunque la temperatura y la humedad de los aires acondicionados de confort requieren control de desviaciones positivas y negativas, el tiempo de ajuste generalmente no es un problema. Esta característica también es la base para que los aires acondicionados de confort adopten la regulación del volumen de aire variable.

Relativamente hablando, el nivel de concentración de polvo es muy pequeño; con un poco de descuido, la desviación de partículas sería de una docena o incluso más de cien.

Una vez que la concentración de bacterias y polvo excede el estándar, pueden surgir problemas. Los parámetros deben ajustarse por debajo del límite antes de que se detecte un exceso de bacterias y polvo.

Se realizará una intervención si se alcanza la línea de disuasión. El tiempo transcurrido desde que se corrige la desviación de la concentración excesiva de bacterias y polvo hasta el estado de ajuste se denomina autopurificación dinámica de la contaminación. Este es un parámetro importante para el control de un entorno controlado. Sin embargo, está relacionado con los requisitos de control del nivel de riesgo del procesamiento.

9) Ventilación de ventanas o mantenimiento de la temperatura interior.

Ventilar las ventanas puede ser el método de prevención y control más económico y eficaz, pero tiene poco efecto en espacios grandes. La COVID-19 es una enfermedad autolimitada y no tiene cura. El sistema inmunitario es el mejor médico y el mejor tratamiento. Tanto en invierno como en verano, es fundamental mantener una temperatura ambiente adecuada. Claro que, para que entre más aire fresco, puede ser insuficiente. Se puede controlar entre 16 °C y 28 °C, siempre que no perjudique el sistema inmunitario, ya que mejorar la inmunidad durante la epidemia es fundamental. En ciertos momentos, mantener una temperatura ambiente estable es más importante que abrir las ventanas para ventilar.

En lo que respecta a la nube de aerosoles, la dirección variable del flujo de aire a veces puede convertirse en la fuerza impulsora de su propagación.

10) Corte de transmisión o medida de prevención y control

¿Cuál es el propósito de las contramedidas del sistema de aire acondicionado en el período posepidémico? ¿Para atender a pacientes con COVID-19 en interiores? ¿O para frenar la propagación de la COVID-19?

En el período posepidémico, las medidas de prevención y control del sistema de aire acondicionado pueden evitar o reducir la incidencia de infecciones cruzadas si se presenta un caso individual. Se pueden tomar medidas de ingeniería para prevenir su colonización, reproducción y transmisión. El virus solo puede ser introducido por los pacientes, pero no por el aire exterior, como el moho y las bacterias, que se encuentran en el entorno natural.

Incluso si el sistema de aire acondicionado tiene fuertes medidas preventivas, una vez que se confirma un caso de coronavirus o un paciente sospechoso, el sitio debe cerrarse y los acondicionadores de aire deben apagarse inmediatamente, informar oportunamente a la agencia local de salud y prevención de epidemias para el tratamiento de emergencia y una limpieza y desinfección exhaustivas.

De poco sirve aplicar medidas excesivas de prevención y control que consumen energía y dinero. En resumen, ¿cuáles son los objetivos del sistema de aire acondicionado en el período posepidémico? ¿Cuál es el objetivo de control de bacterias? Si la prevención y el control del coronavirus siguen siendo el objetivo, el uso de mascarillas, el mantenimiento de la distancia social y el lavado de manos son la premisa. Estas medidas son mejores que cualquier otra medida eficaz del sistema de aire acondicionado si todos, incluidos los pacientes con COVID-19, pueden implementarlas.

Si el objetivo de control es prevenir y controlar la infección cruzada bacteriana en general, se ha tenido en cuenta el GB 51039-2014 "Código para el diseño de edificios hospitalarios generales" durante la preparación. Es decir, en áreas públicas, se pueden adoptar tres medidas de control comunes en entornos médicos generales: una ventilación adecuada, el suministro de aire desde la parte superior y el retorno de aire hacia la parte inferior, y una filtración adecuada en la salida del aire de retorno. Estas medidas han demostrado ser económicas, de bajo consumo energético, eficaces y con una larga trayectoria práctica. Si las condiciones lo permiten, es posible utilizar aires acondicionados con diferencia de presión constante y volumen de aire fresco variable.

3. Conclusión

Este artículo sugirió que las gotitas respiratorias y el contacto cercano son la principal vía de transmisión de la COVID-19. Es posible infectarse por aerosoles si se está expuesto a un ambiente cerrado con alta concentración de aerosoles durante un tiempo prolongado, como lo demuestran los casi 30 millones de casos de infección registrados durante la epidemia. El uso de mascarillas, el mantenimiento de la distancia social y el lavado de manos se han reconocido como las medidas más eficaces para prevenir y controlar la epidemia.

La frecuente agregación infecciosa que se produce en un espacio limitado es muy probablemente causada por una nube de aerosol.

Los casos de supertransmisión no identificados existentes pueden explicarse razonablemente mediante la teoría de la transmisión por nubes de aerosoles. Simular la transmisión por nubes de aerosoles mediante CFD no es difícil, pero resulta inútil sin el respaldo de numerosos estudios epidemiológicos. Si bien la incertidumbre y la aleatoriedad de la transmisión por nubes de aerosoles desafían las teorías y contramedidas tradicionales en la prevención y el control de infecciones, controlarla no es difícil.

En el sistema de aire acondicionado durante la etapa posterior a la epidemia, es fundamental determinar el propósito de las contramedidas y los objetivos de control. Se debe evitar especular sobre estos objetivos basándose en la lógica y el sentido común.

En el período posepidémico, los sistemas de aire acondicionado no médicos pueden adoptar tres medidas comunes para el control de entornos médicos generales: ventilación adecuada, distribución del flujo de aire y filtración adecuada del aire de retorno. Estas medidas son de bajo consumo energético, de bajo costo y muy viables. No es necesario aplicar medidas de prevención y control excesivas. En resumen, las medidas de control del sistema de aire acondicionado en el período posepidémico deben ser adecuadas, razonables y cumplir con las normativas.

Publicado por Shen Jinming y Liu Yanmin en HVAC