Control de humedad en hospitales

Resumen: En la presente comunicación se presenta la importancia que tiene el control de humedad en los locales climatizados, en función de las necesidades del uso específico de los mismos. En particular, se pone de manifiesto que la importancia de la humedad, no solo es por el confort de los ocupantes, sino por las consecuencias para su salud que pueden acarrear la deficiencia en el control de los valores exigidos. Se presenta la Reglamentación existente sobre el particular, tanto para usos generales, como para el de Hospitales con sus exigencias específicas. Una característica muy importante del sistema, es el buen diseño e implantación de las conducciones del vapor utilizado, para evitar los derrames de condensado que podrían provocar riesgos de crear focos de infecciones. Finalmente, se analiza el costo energético y económico de los sistemas utilizados para la aportación de humedad según la procedencia  de la energía, y los equipos utilizados. No pocas veces, el costo de la energía asociado a la humidificación, hace que el sistema de quede fuera de uso.

Palabras clave: Humedad, vapor, isotermo, dispersión, costo.

INTRODUCCIÓN

En el Confort ambiental, influyen varios parámetros

  • Temperatura ambiente.
  • Humedad ambiental.
  • Movimiento del aire en el local.
  • Calidad del aire (limpieza, gases nocivos, etc.).

El efecto de la temperatura por todos conocido, y las condiciones pueden desde 20ºC a 28ºC, según las circunstancias.

La influencia del contenido de humedad  en el aire es menos conocida, por lo que frecuentemente no se le concede la importancia que tiene, tanto si es demasiado alta, como demasiado baja:

  • Afecta a salud de las vías respiratorias.
  • Puede provocar el crecimiento de colonias bacterianas si es alta.
  • Aumenta el efecto de la electricidad estática si es demasiado baja, provocando dolor de cabeza, etc.
Figura 1. Mortalidad de ratones infectados por un virus en función de la humedad relativa del laboratorio
Figura 1. Mortalidad de ratones infectados por un virus en función de la humedad relativa del laboratorio
Gráfica de aumento del contenido de humedad en materiales textiles respecto a la HR | Fisair
Figura 2.
Control de humedad en hospitales | Fisair
Figura 3.
Figura 4 – Intervalos de humedad
Figura 4 – Intervalos de humedad

DATOS y TECNOLOGIA DISPONIBLE

En las Normas sobre las Condiciones de Diseño en los espacios climatizados, se indica el rango de valores requerido.

Tabla 1.4.1.1. Condiciones interiores de diseño
Tabla 1.4.1.1. Condiciones interiores de diseño
  • Limitación en piscinas: 65%HR, max. 30ºC.
  • Enfriador adiabático en retorno cuando haya recuperación del calor.
  • Vapor de la humidificación de calidad sanitaria.
  • Exigencia de calidad de aire interior en Hospitales de acuerdo a UNE 100713.

En los Hospitales coexisten espacios para muchos usos distintos, con diversas necesidades y distintas condiciones de diseño.

En casos tales como Consultas, Salas de Espera, Vestíbulos,  Zonas de Administración, e incluso en las Áreas de Hospitalización, las necesidades no son muy diferentes de lo que pueda requerirse en edificios del Sector Terciario (oficinas, locales de espectáculos, hoteles, etc.), aunque sí pueden darse requerimientos especiales, por darse ocupación permanente en el tiempo.

Existe Reglamentación para los requerimientos de los Hospitales, que generalmente, se nutren de la Norma UNE-100 713.

Normativa UNE 100713-2005 | Fisair
Figura 5.

Se observa que, en general, se adoptan temperaturas algo más altas (24-26 ºC) que las especificadas en el RITE para invierno, lo que puede justificarse en espacios ocupados por enfermos, pero que podían ser excesivos en otros espacios.

Por lo que se refiere a Quirófanos, Paritorios y Locales Asimilados, da un rango mayor, entre 22 y 26ºC.

La Climatización de Quirófanos tiene unas características peculiares, exigidas por su Uso y los las condiciones del Local.

  • Local interior, sin influencia de las condiciones exteriores.
  • Solo Carga Interna y de Ventilación.
  • Tasa de Renovación de Aire Muy Elevada.
  • Exigencias en cuanto a temperatura y humedad muy estrictas.

En todo caso, las condiciones están determinadas por los Cirujanos.

Es fundamental tener en cuenta que  el sistema exigido es de “Todo Aire Exterior” y un Gran Caudal, por lo que el incremento de temperatura y humedad específica en el paso del aire por el local es pequeño, por lo que es necesario conseguir que las condiciones de impulsión establecidas se cumplan con exactitud, puesto que la inercia del aire interior es mínima.

Para fijar ideas, analicemos un quirófano tipo:

  • Superficie: 30 m2
  • Volumen: 80 m3
  • Caudal de aire: 2.400 m3/h

Supone:

Tasa de renovación: 30 renovaciones/h

Edad del aire a la salida: 2 minutos

La carga térmica interna del local proviene de:

Sensible: Focos,  Equipos Electromedicina, Personas.

Latente: Equipos Esterilización(en su caso), Personas.

En general, puede afirmarse que el incremento de temperatura  suele ser inferior a 2ºC, y la humedad aportada, no superior a 0,5 g/kg de aire introducido.

Unas condiciones típicas solicitadas por los Cirujanos para la impulsión son: 22ºC y 45% HR.

Que supone una humedad específica de  x= 7,5 g/kg.

Para conseguir esas condiciones, se requiere:

  • En Invierno, aportar humedad al aire introducido.
  • En Verano, extraer humedad al aire.

La deshumidificación  del aire suele hacerse, pasándolo por una batería alimentada con agua enfriada, procedente del sistema general del Aire Acondicionado del Hospital; esto suele presentar dificultades pues, frecuentemente, la temperatura a la que llega el agua fría a la batería de frío del Climatizador, no es lo suficientemente baja para deshumidificar todo lo que se demanda, cuando las condiciones ambientales exteriores son de humedad elevada.

Para la humidificación, (aportación de humedad al aire), existen dos procedimientos.

  • Humidificación Isoterma.
  • Humidificación Adiabática.

Humidificación Adiabática

Se hace pasar al aire a humidificar por un panel húmedo, en el que se evapora agua que se incorpora a la corriente de aire; ó se pulveriza finamente agua líquida, evaporándose igualmente.

El proceso es adiabático, pues el calor latente de la evaporación, se toma del propio aire, que se enfría; la entalpía del conjunto permanece constante, pero se ha transformado calor sensible en latente.

Humificadores isotérmicos vs. adiabáticos | Fisair
Figura 6.
Imagen de equipo de panel de contacto HEF 2-3 | Foto de Fisair
Figura 7.
Imagen de humificador industrial | Foto de Fisair
Figura 8.

Debido a los riesgos de la proliferación de la legionella, y otras bacterias, los sistemas adiabáticos no suelen utilizarse en hospitales.

Humidificación Isoterma

Descartados los sistemas adiabáticos por lo dicho anteriormente, la opción es la aportación de vapor.

Se utilizan equipos productores de vapor saturado, a presión atmosférica (100 ºC).Existen con aportación de calor por electricidad, ó por un fluido térmico externo, generalmente vapor ó agua sobrecalentada.

Eléctricos

Por Electrodos Sumergidos

-Requieren agua con conductividad eléctrica suficiente, entre 125 y 1.250 micro Siemens/cm..

El agua debe ser “calidad sanitaria”. El agua potable de la red pública de abastecimiento, cumple generalmente los requisitos.

Equipo de humidificación isoterma por electrodos | Fisair
Figura 9.

Por Resistencia eléctricas

  • Admite agua desmineralizada u osmotizada.
  • Consiguen una regulación de la producción muy precisa.

Los propios equipos incorporan sistemas para evacuar automáticamente las sales depositadas.

Equipo de humidificación isoterma por resistencia | Fisair
Figura 10.

Ambos sistemas, al consumir energía eléctrica, tienen un costo de funcionamiento elevado.

Caldera de Vapor Convencional

Está expresamente no permitido por las Reglamentaciones, pues el vapor producido, no tiene la “calidad sanitaria” requerida.

Por Fluido Externo

Son equipos de producción de vapor higiénico, que toman calor de un fluido externo, en general, vapor ó agua sobrecalentada.

El esquema de producción, distribución y dispersión, se muestra en la figura.

Imagen de esquema de funcionamiento de caldera de vapor convencional | Fisair
Figura 12.
Fig. 5: Componentes del sistema de intercambio de calor de caldera para producir vapor limpio en instalaciones de climatización
Fig. 5: Componentes del sistema de intercambio de calor de caldera para producir vapor limpio en instalaciones de climatización

Dispersión del Vapor

El buen diseño e implantación del sistema de dispersión es fundamental para el buen funcionamiento del conjunto. No pocas veces, defectos en el trazado de la conducción ó la colocación del equipo de dispersión, la “lanza de vapor”, arruinan la operatividad del conjunto y  conduce a que deje de utilizarse.

En las figuras siguientes se puede apreciar los distintos equipos.

Distintos sistemas de dispersión del vapor y sus distancias de absorción típicas | Fisair
Figura 14.
Distintos sistemas de dispersión del vapor y sus distancias de absorción típicas | Fisair
Figura 15.
Imagen de evacuación de condensado | Fisair
Figura 16.

Se recalca la importancia de una adecuada colocación de la lanza y de la evacuación del condensado producido, para evitar los goteos en el interior del climatizador ó conducto.

Distancia de Absorción

El vapor que se inyecta en la corriente de aire, está saturado (100ºC); al entrar en contacto con el aire, más frío, se condensa formando niebla (partículas microscópicas de agua líquida), a la temperatura  del aire, ya que la masa del vapor  es muy pequeña en comparación con la del aire y la temperatura permanece sin cambio apreciable. Esta niebla se va disipando, evaporándose en el aire, hasta que es totalmente  absorbida.

El proceso anterior requiere un cierto tiempo para la mezcla y evaporación, de modo que desde el punto de inyección hasta la completa absorción, hay un recorrido de la corriente de aire, llamado “distancia de absorción”, dentro del cual no debe haber obstáculos ni accidentes en la conducción, para evitar el riesgo de que se deposite agua líquida en algún punto de la superficie de contacto del aire.

Para evitar lo anterior, existen diferentes formas de las lanzas, y gráficos para seleccionar los equipos de dispersión adecuados según las condiciones concretas del emplazamiento elegido.

Esquema de ubicación del sistema de dispersión en climatizadores | Fisair
Figura 17.
Esquema de mantenimiento y regulación | Fisair

ANALISIS ENERGETICO

Costo del Vapor

  • Ejemplo: Hospital
  • Zona: Cornisa Cantábrica
  • Nº Climatizadores: 35
  • Caudal Total de Aire: 900 m3/h
  • diseño invierno: 0º-89%-(x= 3,4 gr/kg as)
  • Interiores:
    • Quirófanos y asimilados: 22ºC-45%  (x=7,5 gr/kg as)
    • Otros Usos:                          23ºC-50%   (x=8,1 gr/kg as)

Metodología

Las necesidades de humidificación, varían con las condiciones exteriores.

Los datos de necesidades de humidificación, se han tomado del Proyecto.

Las condiciones de diseño interior, son:

  • Quirófanos y asimilados: 22ºC-45% (x=7,5 gr/kg as)
  • Otros usos:                23ºC-50%  (x=8,1 gr/kg as)

-Zonas:   24h/día, 365 días/año

12h/día, 5 días/semana

Datos  Climáticos: ATECYR  “Datos Trihorarios Bilbao”

Condiciones de Diseño

  • Capacidad total de Humidificación: 828 kg/ h
  • Potencia térmica necesaria:
    • Entalpía agua 10ºC …………………..42 kJ/kg
    • Entalpía vapor sat. 100ºC………… 2.675 kJ/kg
    • Incremento de entalpía……………2.633 kJ/kg
    • Equivale a…………………………0,731 kWh /kg v (Pot. neta útil)
    • Consideramos………………………0,8 kWh/kg (Pot. bruta)
    • Potencia total necesaria:
    • 0,8 kWh/kg x 1.828 kg/h=  462 kW
  • Equipos Eléctricos:
    • Pérd. Distrib. ( 3%)          507kW

Producción Fluido:

-Pérd. Gener. y Distr. (18%)                      1.783 kW

Gas Directo

Pérd.  Generación (10%)                            1.662 kW

Condiciones de diseño | Fisair
Condiciones de diseño | Fisair
Condiciones de diseño | Fisair
Condiciones de diseño | Fisair
Condiciones de diseño | Fisair
Condiciones de diseño | Fisair
Condiciones de diseño | Fisair

Costes de Energía

Energía que hay que aportar:

4.244.651 kg v/año x 0,8 kWh/kh v=  3.395.721 kWh/año

Consumo eléctrico: 3.395.721 kWh/0,97=     3.500.743 kWh

Consumo de gas:

Con Fluido:          3.395.721 kWh/0,80=     4.244.651 kWh

Gas Directo:       3.395.721 kWh/0,90=     3.773.023 kWh

Coste Electricidad:     0,12 €/kWh

Coste Gas Natural:     0,05 €/kWh

 

  • Equipos Eléctricos
  • Contrato Adicional: 1.507kW x 0,8(Cs)= 1.200 kW
  • Costo adicional fijo:.
  • 200 kW x 14€/kWmes x 12mes/año= 201.600 €/año
  • Equipo a Gas (Directo e indirecto):
    • No se considera

 

  • Equipos Eléctricos
  • Consumo Energía:
  • 395.721 kWh/año x 0,12 €/kWh=    407.486 €/año
  • Fluido Térmico
  • Consumo Energía:
  • 395.721/0,8  kWh x 0,05 €/kWh=      212.232 €/año
  • Gas Directo
  • Consumo Energía:
  • 395.721/0,9 kWh/año x 0,05 €/kWh=     188.651 €/año

 

  • Electricidad:
  • Equipos Humidif.
  • Eléctrica (trafos, líneas, cuadros, etc)
  • Total Inversión estimada: 000 €
  • Fluido Térmico
  • Equipo Humidif.
  • Instalación ( calderas, tuberías, aislam, etc)
  • Total inversión estimada:  000 €          
  • Gas Directo:
  • Equipos Humidif.
  • Gas
  • Total Inversión estimada: 000 €
Costes energéticos | Fisair

CONCLUSIONES

    El control de humedad en Hospitales requiere un consumo de energía considerable que, no pocas veces, hace que se dejen fuera de uso.

–    La mayor parte de las veces, se hace con equipos autónomos alimentados por electricidad.

–    Existen tecnología y equipos para reducir drásticamente el costo de funcionamiento en comparación con los que acarrea la electricidad.

 

 

REFERENCIAS

 

Ashrae Handbook 2008 Systems and Equipment

Lew Harriman et al. 2006  Ashrae.

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