julio 12

Consideraciones de Diseño para Selección de Unidades de Tratamiento de Aire para Hospitales

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INTRODUCCIÓN

Los sistemas de tratamiento y distribución de aire para hospitales cumplen una variedad de funciones que van desde la generación de confort del área climatizada, preservación de la calidad del aire interior, reducción de infecciones transmitidas por vía aérea, asepsia, control de olores, entre otros. 

En el diseño de sistemas de climatización para hospitales se consideran valores de tasas de renovación de aire, temperaturas, niveles de humedad relativa y filtración de aire que exceden lo que se considera normal para muchas otras aplicaciones. Este artículo se centra en cómo estos requisitos afectan el diseño de los sistemas de tratamiento y distribución de aire para hospitales y en los requisitos de diseño específicos para estos sistemas.

CONSIDERACIONES INICIALES

El diseño de sistemas de tratamiento y distribución de aire debe comenzar durante la fase de ingeniería conceptual y sus requerimientos deberán quedar especificados en el OPR (Owner’s Project Requirements) y el plan de commissioning del proyecto.

Las unidades de tratamiento de aire (UTA) para hospitales tienen requerimientos constructivos y de funcionalidad más exigentes que las UTA que se usan para otras aplicaciones como las de tipo comercial o institucional. Por ejemplo, los caudales de aire (cantidad de CFM) son típicamente más altos en climatización de aplicaciones hospitalarias debido a las elevadas cargas térmicas interiores y a los altos requerimientos de renovación de aire; por lo tanto, este tipo de equipos requieren cuartos técnicos más amplios y espacios en cielo falso más generosos. 

También existe el reto para consultores y diseñadores de sistemas de climatización de realizar cálculos y selecciones enfocados en tener bajas velocidades de aire en conductos para lograr satisfacer los requerimientos de estándares de energía y sostenibilidad como el 90.1 de ASHRAE, lo que resulta necesariamente en equipos y conductos más grandes.

Adicionalmente, para seleccionar los tamaños adecuados de las UTA y sus respectivas ubicaciones en los cuartos técnicos, el consultor o diseñador del proyecto de climatización debe hacer una evaluación precisa de los requisitos de caudal de aire y la zonificación del sistema durante la fase ingeniería conceptual.

CONSIDERACIONES ESPECÍFICAS

A continuación, se describen algunas de las principales consideraciones de diseño para tener en cuenta en esta evaluación:  

Identificar áreas con requisitos específicos 

Algunas áreas como quirófanos, salas de procedimientos, áreas de tratamiento de médula ósea, áreas de aislamiento para pacientes infecciosos o inmunocomprometidos y cuartos técnicos para equipos eléctricos y de telecomunicaciones tienen requerimientos más exigentes en cuanto a caudales de aire más altos y temperaturas de suministro de aire más bajas. Estos requerimientos únicos incluyen sistemas redundantes, requisitos de filtración de aire más altos, bajo punto de rocío, etc. Por esta razón, pueden necesitarse UTA dedicadas y realizar una distribución de aire zonificada específica para estas áreas. 

Considerar el tamaño óptimo de la UTA

En esta actividad son valiosos los aportes del personal de ingeniería, operación y mantenimiento del hospital. Se debe analizar detalladamente si el uso de varias UTA de pequeña capacidad puede limitar las interrupciones para el personal y los pacientes causadas por paradas del sistema por mantenimiento o reparaciones, sin embargo, esto requiere un tiempo de mantenimiento significativamente mayor para cambio de filtros, lubricación de piezas móviles, limpieza de serpentines y otras actividades de mantenimiento preventivo. Este concepto de diseño también tiende a ser menos eficiente en cuanto a costos o espacio versus uno que usa UTA más grandes. Sin embargo, el uso de UTA muy grandes hace que un área importante del hospital dependa de la operación continua de un solo equipo. Además, los motores, ventiladores y otros componentes para estas unidades pueden ser de tamaños y pesos que hacen que una reparación sea más difícil.

Determinar los requisitos de caudal de aire para cada zona 

Se debe realizar un cuadro resumen de caudales de aire para cada área climatizada donde mínimo se incluyan los valores de caudal de aire de suministro, retorno, extracción y numero de renovaciones de aire por hora para las condiciones a las cuales fue diseñada cada área y compararlo con lo requerido, por ejemplo, con el estándar 170 de ASHRAE, “Ventilación de Instalaciones Hospitalarias”. Para cada área se deben considerar los requerimientos más exigentes entre lo calculado y lo requerido por el estándar. Los consultores o diseñadores del proyecto de climatización deben incluir alguna “contingencia” de caudal de aire adicional con el objetivo de tener en cuenta el aire que pueda ser necesario a medida que avanza el diseño del hospital ya que es más difícil y costoso agregar espacios adicionales para cuartos técnicos de UTA una vez que el diseño del hospital avance o llegue a la fase de construcción. Los consultores o diseñadores también deben considerar incluir reservas para el crecimiento futuro o cambios en el uso que puedan requerir caudales de aire adicional.

Considerar la redundancia del sistema

El consultor o diseñador del sistema de climatización debe considerar la redundancia del sistema en la fase de prediseño con el objetivo de garantizar que se identifique cualquier espacio adicional que sea necesario para equipos o componentes mecánicos del sistema. La redundancia del sistema de climatización puede ser requerida por códigos o regulaciones locales o puede ser requerida por el propietario para ciertas funciones de misión crítica. La redundancia puede lograrse mediante la interconexión de sistemas o equipos de climatización y/o componentes redundantes. El diseñador también debe determinar si se requiere una redundancia al 100% (“N + 1”) o si en un modo de emergencia la capacidad puede ser reducida. “N + 1” se refiere a un diseño que permite la capacidad total en caso de falla de cualquier elemento del sistema de climatización o por actividades inherentes a las rutinas de mantenimiento. 

Identificar componentes que requieren energía de emergencia

Muchos componentes de las UTA pueden requerir energía de proveniente de una planta de emergencia para mantener las condiciones de temperatura, humedad y control de presurización en áreas críticas. Estos requerimientos deben identificarse en las etapas iniciales del proyecto de climatización y comunicárselas al consultor o diseñador eléctrico del proyecto para garantizar que la planta de emergencia sea dimensionada con la capacidad suficiente para cubrir estas necesidades. Es importante incluir cualquier componente crítico del sistema de climatización, como paneles, tarjetas, tableros y dispositivos de control.

Ubicar estratégicamente cuartos técnicos para las UTA

Los cuartos técnicos para las UTA que requieren grandes cantidades de aire exterior para renovación de aire en las áreas climatizadas deben ubicarse cerca de paredes o techos exteriores para hacer más fácil la toma de este aire, sin embargo, esta decisión puede verse afectada por consideraciones arquitectónicas estéticas en lo que se refiere a la ubicación y tamaño de la persiana por donde se tomará este aire desde el exterior. Adicionalmente, se deben tener en cuenta las fuentes de contaminantes del aire exterior, como las generadas por el tráfico vehicular en vías cercanas, extracciones de aire contaminado de cocinas y baños, conductos de escape de plantas de emergencia, contaminación de edificios vecinos, entre otros. También es recomendado evitar ubicar los cuartos técnicos de las UTA cerca de puntos fijos para escaleras, fosos para ascensores, cuartos eléctricos y otras áreas donde el paso de conductos es limitado o prohibido. 

Es importante tener certeza de que el sistema de conductos y tuberías de agua helada o refrigerante puedan tener una ruta donde no se encuentren con mayores obstrucciones y puedan ir desde y hacia el cuarto técnico de las UTA sin mayores inconvenientes. Los consultores o diseñadores de sistemas de climatización deben considerar también cómo se manipularán o moverán los componentes grandes de las UTA dentro y fuera del cuarto técnico cuando se requieran reparaciones o actualizaciones del sistema. Es necesario dejar espacios considerables para las actividades de mantenimiento, así como para un posible cambio de los serpentines de enfriamiento o calefacción. 

Determinar la configuración de las UTA

Para determinar con precisión el tamaño y la configuración de las UTA, el consultor o diseñador del proyecto de climatización deben dimensionar los componentes y definir la disposición y las secciones requeridas por cada UTA para satisfacer completamente las necesidades del área climatizada. Adicionalmente, se deben considerar las secciones de acceso para una apropiada inspección y servicio de mantenimiento. El consultor o diseñador del proyecto de climatización también debe trabajar con los fabricantes de equipos para confirmar los tamaños y pesos de los equipos con el objetivo de compartir esta información con el encargado del proyecto de cálculo estructural.

Autor: Ernesto Porras

Referencias:

ASHRAE HVAC Design Manual for Hospitals and Clinics

ASHRAE Standar 170-2017

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