Sistema de Aire Acondicionado de Laboratorio Médico

(continuado de la página anterior) —sencillos, que descargan directamente a través de la pared o la ventana al exterior— se puede seleccionar el ventilador de flujo diagonal modelo FSJG-3.5F (potencia del motor N = 0,18 kW); si el sistema es más complejo, se debe seleccionar un ventilador centrífugo. Si el recorrido de los conductos no es demasiado complejo, se puede seleccionar el modelo F4-72-3.5A (3.6A) con un motor de 0,75 kW o 1,1 kW. Si el cliente requiere un volumen de aire relativamente grande y el sistema es más complejo, se puede seleccionar el modelo F4-72-4A con un motor de 1,1 kW. La resistencia de un sistema de campana de extracción de humos individual es de unos 80–100 Pa, y la resistencia de cada codo es de unos 40–50 Pa. Al seleccionar los ventiladores, dado que los parámetros de los fabricantes nacionales contienen cierto grado de sobreestimación, se debe dejar un margen adecuado. ③ Para múltiples campanas de extracción de humos y sistemas complejos —para sistemas de ventilación con dos o más campanas de extracción de humos— se adopta generalmente la descarga de alto nivel en azotea o la descarga en exterior, y se seleccionan generalmente ventiladores centrífugos. El modelo de ventilador se puede seleccionar según el volumen de extracción total del sistema y la resistencia del sistema. Para los ventiladores que pueden satisfacer tanto el volumen de extracción del sistema como la presión del sistema, debemos seleccionar, en la medida de lo posible, un ventilador de modelo más grande y menor potencia de motor. ④ Para un sistema en el que un ventilador acciona dos o más campanas de extracción de humos, con el fin de controlar la apertura y el cierre de cada campana de forma independiente, se debe instalar una válvula electrónica de control de volumen de aire en cada campana. La válvula electrónica de control de volumen de aire tiene generalmente un diámetro de Φ315 mm.

X. Condiciones del sitio de ventilación

• 1. Condiciones del sitio del edificio
  • 1.1 Número total de plantas del edificio;
  • 1.2 Altura de las plantas del edificio;
  • 1.3 Ubicaciones específicas y dimensiones de las vigas u otros objetos en el edificio que afectan la instalación del sistema de ventilación;
  • 1.4 Condiciones del sitio en la azotea: si hay espacio para instalar los ventiladores;
  • 1.5 Si existe un pozo de aire en el edificio; en caso afirmativo, indicar su ubicación y dimensiones específicas;
  • 1.6 Si no existe pozo de aire en el edificio, qué partes del exterior del edificio acepta el cliente que se utilicen para el recorrido de los conductos sin afectar la eficacia del sistema de ventilación, otras instalaciones o la estética general del edificio.
• 2. Requisitos del cliente
  • 2.1 Ubicación de instalación del ventilador requerida por el cliente (interior, pared lateral o azotea);
  • 2.2 Material del sistema de ventilación requerido por el cliente (PVC, fibra de vidrio, chapa de hierro galvanizado, acero inoxidable, PP, etc.);
  • 2.3 Si el cliente necesita que la empresa preste servicios como apertura de huecos en paredes, cimentaciones de equipos e impermeabilización;
  • 2.4 Si el cliente necesita tratamiento de gases de escape para el sistema de ventilación;
  • 2.5 Parámetros específicos requeridos por el cliente, como la velocidad frontal que deben alcanzar los equipos terminales de ventilación;
  • 2.6 Rango de control de ruido requerido por el cliente para los equipos terminales de ventilación, etc.

Sección 3 Sistema de aire acondicionado de laboratorios médicos

I. Clasificación y características de los sistemas de aire acondicionado

Los edificios de laboratorio se diferencian de los edificios ordinarios; distintos laboratorios tienen requisitos diferentes para parámetros como la temperatura, la humedad, la presión y la limpieza (texto truncado en la parte inferior de la página) (continuado de la página anterior), y el flujo de aire entre distintos laboratorios no debe generar contaminación cruzada; el flujo de aire procedente de las zonas de laboratorio no debe fluir hacia las zonas de oficinas. Por tanto, los requisitos de climatización de los edificios de laboratorios son mucho más complejos que los de los edificios ordinarios: se deben dividir las zonas funcionales de forma independiente, adoptar sistemas independientes y respetar el principio de que las zonas de climatización puedan sellarse mutuamente para evitar infecciones cruzadas por vías aéreas; las salas con requisitos de limpieza y las salas muy contaminadas deben formar cada una un sistema independiente. Según su disposición, los sistemas de climatización se pueden dividir en sistemas de climatización descentralizados, sistemas de climatización centralizados y sistemas de climatización parcialmente centralizados.

1. Sistema de climatización descentralizado

Un sistema de climatización descentralizado consiste en que cada laboratorio utilice su propia unidad de climatización independiente; las unidades habituales incluyen los aires acondicionados de cassette para techo, los aires acondicionados de pared, los aires acondicionados de suelo (tipo armario) y los aires acondicionados de ventana. Los aires acondicionados de cassette para techo se utilizan a menudo en los laboratorios porque no ocupan espacio útil, generan poco ruido y ofrecen un rendimiento general superior. No se recomiendan los aires acondicionados de ventana debido a su ruido relativamente elevado; los aires acondicionados de pared y de suelo se pueden utilizar en laboratorios ordinarios en función de la superficie del laboratorio.

Las ventajas de los sistemas de climatización descentralizados son la instalación sencilla, el uso flexible, la gestión conveniente, la escasa interferencia mutua entre laboratorios, el mantenimiento simple, el control individual y el ahorro energético. Sus desventajas son la ausencia de un sistema de aire fresco, el gran número de unidades exteriores, la distancia limitada entre las unidades exteriores e interiores y la necesidad de tener en cuenta la ubicación y la estética de las unidades exteriores. Son adecuados para laboratorios ordinarios sin requisitos particulares de diferencial de presión o de limpieza entre ellos, y se encuentran habitualmente en proyectos de construcción de baja inversión y pequeña escala.

2. Sistema de climatización centralizado

Un sistema de climatización centralizado consiste en que el edificio de laboratorios adopte un sistema de climatización central general, de modo que cuando el sistema está encendido, la climatización de todo el edificio de laboratorios se activa “toda a la vez”. Dado que en un edificio de laboratorios suelen coexistir zonas de oficinas y zonas de laboratorio, y las zonas de laboratorio contienen distintos laboratorios, surgen algunos problemas —por ejemplo: en el caso de laboratorios que no se utilizan de forma sincronizada, un sistema de climatización centralizado desperdicia una cantidad considerable de energía y dificulta el cumplimiento de los distintos requisitos de temperatura y humedad de diversos tipos de laboratorios; para laboratorios con distintos requisitos de limpieza, el gran volumen de aire que trata un sistema centralizado genera una inversión excesiva y no puede adaptarse a los distintos requisitos de las salas de instrumentos de precisión y otros laboratorios del edificio; tampoco puede satisfacer las distintas necesidades de climatización de las zonas de laboratorio y las zonas de oficinas. Un sistema de climatización centralizado utiliza una planta de refrigeración unificada y tuberías dispuestas de forma uniforme, y su diseño de temperatura, humedad e intercambio de aire cumple fácilmente los requisitos de confort humano; es adecuado para grandes zonas de oficinas en un edificio, pero no se recomienda para zonas de uso mixto en las que se utilicen simultáneamente zonas de laboratorio y zonas de oficinas.

3. Sistema de climatización parcialmente centralizado

Un sistema de aire acondicionado parcialmente centralizado utiliza múltiples unidades de aire acondicionado para controlar por separado las zonas del edificio de laboratorios que cuentan con diferentes requisitos de entorno atmosférico, mientras que un sistema de control de frecuencia variable ajusta el consumo energético en función de los cambios de las zonas en uso, logrando así el ahorro de energía. Los sistemas de aire acondicionado parcialmente centralizados combinan las ventajas de los sistemas descentralizados y centralizados, y se emplean ampliamente en edificios de laboratorios.

[Figura: Plano de distribución de planta de aire acondicionado — disposición de las unidades/salidas de aire acondicionado interiores en cada sala de laboratorio, con anotaciones de dimensiones y tuberías]

II. Factores considerados en el diseño del sistema de aire acondicionado

El sistema de aire acondicionado de un laboratorio debe cumplir los requisitos de investigación del propio centro. Además del control estricto de la temperatura y la humedad, se requiere un volumen de ventilación suficiente para gestionar el humo, los olores y los contaminantes suspendidos en el aire, así como para satisfacer las necesidades de ventilación de los equipos de extracción y la carga térmica del laboratorio. El sistema de aire acondicionado debe tener plenamente en cuenta la fiabilidad del sistema y disponer de capacidad excedente. Las zonas de distinta naturaleza requieren presiones relativas diferentes, y se debe contemplar el ahorro energético de conformidad con las normas pertinentes. Además de los factores que se evalúan en el aire acondicionado convencional, el diseño del sistema de aire acondicionado para laboratorios también debe tomar en consideración las características propias de estos espacios, analizando integralmente diversos factores antes de seleccionar el sistema de aire acondicionado adecuado.

III. Distribución del flujo de aire

Un laboratorio debe mantener un determinado gradiente de temperatura y condiciones de flujo de aire. En circunstancias normales, el laboratorio se mantiene a presión negativa con respecto a los pasillos y las zonas no destinadas a usos de laboratorio, con el flujo de aire desplazándose desde las zonas de bajo riesgo hacia las zonas de alto riesgo; todo el edificio debe mantenerse a presión positiva con respecto al exterior para evitar la infiltración de aire nocivo sin filtrar.

El aire de impulsión suministrado a los pasillos debe tener en cuenta el aire de reposición para los laboratorios y el requisito de presión positiva de todo el edificio. Bajo la premisa de un plano de planta del edificio racional, se deben considerar plenamente las ubicaciones de las salidas de aire de impulsión, retorno y extracción, así como la correspondencia entre los volúmenes de cada tipo de aire, para establecer gradientes de presión racionales entre las salas, garantizar un movimiento ordenado del flujo de aire y evitar la contaminación cruzada. El diseño de los laboratorios debe tener en cuenta no solo la dirección del flujo de aire, sino también el caudal y los diferenciales de presión entre salas de distintas clases de limpieza o distintas funciones —normalmente de 5 a 10 Pa—; en el caso de los laboratorios de bioseguridad, el diferencial de presión entre salas adyacentes de distintas funciones suele situarse entre 10 y 15 Pa. Se deben considerar plenamente los recorridos de los flujos de personal y de materiales para minimizar el reflujo y la turbulencia en interiores, y evitar que los contaminantes se propaguen por el espacio y pongan en peligro la seguridad del personal y del medio ambiente. Se debe prestar especial atención a la influencia de las campanas extractoras de humos en la distribución del flujo de aire interior; se debe evitar la turbulencia en la medida de lo posible en las zonas cercanas a las campanas extractoras de humos de laboratorio y las cabinas de bioseguridad, ya que el impacto de la turbulencia en el lateral de la campana es mucho mayor que en su parte frontal.

1. Control de presión del flujo de aire

El control de presión en los laboratorios utiliza principalmente el método de control directo por diferencial de presión y el método de control por volumen de aire excedente (desviación del flujo de aire).

1.1 Método de control directo por diferencial de presión

El método de control directo por diferencial de presión mide el diferencial de presión con respecto a una zona de referencia mediante un sensor de diferencial de presión; tras comparar el valor medido con el diferencial establecido, el controlador ajusta el volumen de aire de impulsión (o de extracción) según la desviación para alcanzar el diferencial requerido. Se trata de un control por retroalimentación, por lo que el tiempo de respuesta del sistema es largo y la precisión de control es baja.

1.2 Método de control por volumen de aire excedente (desviación del flujo de aire)

Mantener una cierta diferencia de volumen de aire (denominada exceso de volumen de aire) entre los volúmenes de aire de impulsión y de extracción del laboratorio genera inevitablemente una cierta diferencia de presión entre el interior y el exterior del laboratorio. Cuando el volumen total de aire de impulsión es mayor que el volumen total de aire de retorno y de extracción, el aire se descarga a través de válvulas de sobrepresión y de las rendijas de la sala, estableciendo una presión positiva respecto a las zonas adyacentes y evitando que los contaminantes ambientales entren en la sala; esto es adecuado para lugares que requieren una alta limpieza.

Cuando el volumen total de aire de impulsión de la sala es menor que el volumen total de aire de retorno y de extracción, el aire entra en la sala desde las salas adyacentes y desde el exterior, y la sala se encuentra en presión negativa; estos sistemas de presión negativa garantizan la seguridad ambiental, asegurando que los contaminantes no tratados no fluyan hacia el exterior, por ejemplo, en los laboratorios de bioseguridad y las salas de animales de presión negativa. Ventajas del método de exceso de volumen de aire: control preciso de la diferencia de presión, pequeña fluctuación del sistema y equilibrado rápido. En ausencia de perturbaciones externas, el sistema funciona con control de prealimentación, con un tiempo de respuesta corto y una alta precisión de control; la mayoría de las salas limpias utilizan este método de control de presión.

Para los lugares que requieren un control de presión con presión estable (como los laboratorios de bioseguridad), el método de exceso de volumen de aire se utiliza principalmente como método de control básico, y se añaden sensores de presión y controladores para establecer el exceso de volumen de aire. Los volúmenes de aire de impulsión y de extracción se determinan a partir del exceso de volumen de aire que genera la diferencia de presión, y se monitoriza dicho exceso; cuando el exceso de volumen de aire se desvía del valor establecido en cierto grado, el sistema emite una alarma automáticamente, momento en el que se debe revisar el dispositivo de medición o los equipos que puedan presentar fugas (como el sistema de conductos o la envolvente del edificio). La combinación del control de exceso de volumen de aire con el control de presión permite un control dinámico del sistema, garantizando la precisión de la diferencia de presión del sistema.

2. Equipos de extracción

La cantidad y el volumen de extracción de los equipos de extracción del laboratorio son factores importantes que se tienen en cuenta en el diseño del sistema de aire acondicionado del laboratorio. Los equipos de extracción de laboratorio comunes incluyen campanas de extracción de gases, brazos de extracción articulados, campanas de absorción atómica, campanas de ventilación de sobremesa, cabinas de bioseguridad, armarios de reactivos ventilados y cajas de guantes.

3. Factores de carga de refrigeración y calefacción

El diseño del sistema de aire acondicionado del laboratorio debe tener plenamente en cuenta las posibles fuentes de calor y frío del laboratorio, para poder calcular una capacidad de refrigeración científicamente precisa y adoptar aire acondicionado de frecuencia variable para lograr ahorros energéticos. Las cargas de refrigeración y calefacción comunes en los laboratorios incluyen el calor sensible del personal, el calor sensible de los animales, los instrumentos y equipos de laboratorio, los ordenadores, la iluminación, las salas frías y las salas calientes.

IV. Sistemas de aire acondicionado para laboratorios ordinarios

El sistema de aire acondicionado de un laboratorio ordinario es aquel que no tiene requisitos especiales de limpieza; generalmente se puede diseñar como aire acondicionado de confort. La temperatura adecuada debe ser de 18–28 °C en verano y de 16–20 °C en invierno, y la humedad preferiblemente entre el 40 % (invierno) y el 70 % (verano). Para garantizar que el flujo de aire del laboratorio no contamine las zonas públicas circundantes, generalmente se mantiene una ligera presión negativa respecto a las zonas públicas.

Algunas salas de instrumentos de precisión requieren temperatura y humedad constantes para garantizar el funcionamiento normal de los instrumentos. Los instrumentos de precisión como los espectrómetros de prisma tienen requisitos de temperatura y humedad aún más estrictos: debido a que el índice de refracción de un prisma varía con la temperatura, las grandes fluctuaciones de temperatura pueden afectar significativamente la precisión de medición de la longitud de onda; por lo tanto, los espectrómetros de prisma tienen requisitos ambientales estrictos, que generalmente exigen una temperatura en la sala del espectrómetro de 20 ± 5 °C y una humedad relativa del 65 % ± 5 %. Para los laboratorios físicos y químicos que cuentan con numerosas campanas extractoras de gases, además de utilizar un sistema de control de volumen de aire variable (VAV) para el sistema de ventilación, se debe configurar racionalmente el sistema de aire fresco de reposición del sistema de aire acondicionado para lograr ahorros energéticos y evitar una presión negativa excesiva causada por la extracción de demasiado aire del laboratorio; cuando la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior es grande, el aire de reposición también debe precalentarse o preenfriarse.

V. Sistemas de aire acondicionado para laboratorios limpios

La principal diferencia entre un sistema de aire acondicionado para salas limpias y un sistema de aire acondicionado ordinario radica en que emplea tecnología de filtración de múltiples etapas, medidas especiales para evitar que las partículas de polvo entren en el sistema y en la sala limpia, y una organización del flujo de aire que cumple con los requisitos de las salas limpias.

Un laboratorio limpio es un entorno totalmente cerrado; a través de los filtros de eficiencia primaria, media y alta de los sistemas de impulsión y retorno de aire del aire acondicionado, el aire interior se circula y filtra continuamente, de modo que la concentración de partículas en suspensión en el aire se controla hasta un nivel especificado. Los principales parámetros que deben controlarse en un laboratorio limpio son el diferencial de presión, la temperatura, la humedad, el recuento de partículas de polvo, el recuento de colonias, la tasa de renovación de aire, la iluminancia y el ruido.

[Figura: Plano de disposición de las salidas de aire en un laboratorio limpio. Las salas/áreas legibles incluyen: lavandería, sala de lavado y desinfección, armario de aire limpio, espacio reservado, sala de preparación, sala de cultivo 3, sala de cultivo 2, sala de cultivo 1, sala de control de calidad, sala de separación celular 2, sala de separación celular 1, segundo vestuario, zona de cambio de calzado, sala de preparación, sala de ensayo 1, sala de ensayo 2, almacén, sala de distribución eléctrica, así como pasillo de residuos, pasillo limpio, pasillo de zona general, etc.; en la figura se disponen salidas de impulsión HEPA y salidas de rejilla de retorno de aire.]

Fig. 6-33 Disposición de las salidas de aire