Filtración de Ozono para cumplimiento de la calidad del aire interior

10.06.22 08:11 PM By kinenergy.internacional


La certificación LEED en su versión 4, para el prerrequisito 1 de EQ: Desempeño Mínimo de la Calidad del Aire Interior, que es Aplicable a Diseño y Construcción de Edificios (BD&C) en sus modalidades de:

  • Nueva construcción (NC).
  • Núcleo y Envolvente (C&S).
  • Escuelas (Schools)
  • Comercios (Retail).
  • Centros de Datos (Data Centers).
  • Centros de Almacenaje y Distribución (Warehouses and Distribution Centers).
  • Hotelería (Hospitality).Centros de Salud (Healthcare).

                

Tiene como propósito contribuir a mejorar el confort y bienestar de los ocupantes de un edificio mediante el establecimiento de estándares mínimos de calidad de aire interior (IAQ, según sus siglas en ingles).


En el EQP1 como primera opción indica el cumplimiento del estándar de ASHRAE 62.1–2010Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality (with errata)”


En el caso de espacios con ventilación mecánica (y para sistemas mixtos cuando la ventilación mecánica esté activada) se debe determinar el flujo mínimo de entrada de aire exterior de estos usando el procedimiento de ventilación mecánica de la norma ASHRAE 62.1–2010 o un equivalente local, lo que sea más estricto. 

                

Filtración de ozono

                

En la sección 6 del estándar; específicamente en el punto 6.2.1.3 referente al ozono la norma nos indica que:

                

“Se deberá de proveer en los dispositivos para la limpieza de aire donde en el promedio anual de los últimos 3 años tomando en cuenta la cuarta concentración máxima diaria máxima de ozono de ocho horas supera las 0.107 ppm (.209μg/m3).

                

Los dispositivos deberán de contar con una eficiencia mínima del 40% y estos deberán de operar cuando las PPM de ozono superen las 0.107 ppm (209 μg/m3).

                

Estos dispositivos no son requeridos cuando el flujo mínimo de aire exterior sea de 1.5 CPH o menor.

Ozono troposférico y normatividad aplicable

 

El ozono troposférico es un contaminante se encuentra a nivel de superficie, en áreas urbanas se produce cuando los óxidos de nitrógeno (NOX) y los compuestos orgánicos volátiles (COV) reaccionan en la atmósfera en presencia de luz solar. En altas concentraciones puede poner en riesgo la salud humana y la vegetación.

 

El ozono es una fuente oxidante que en altas concentraciones produce irritación en los ojos y en las vías respiratorias, además de que disminuye la función respiratoria. Existe una relación directa entre la exposición crónica a este contaminante y el aumento en los casos de morbilidad y mortalidad. Recientemente, el incremento del síndrome de edificio enfermo ha sido asociado con los lugares donde predominan las altas concentraciones de ozono en el aire exterior.

 

La normativa mexicana aplicable en este caso es la NOM-020-SSA1-2014 y en ella se establecen valores para los promedios de 1 hora y 8 horas. El valor para el promedio de 1 hora disminuye de 0.110 ppm a 0.095 ppm, manteniendo la forma basada en número de excedencias. Mientras que el valor para el promedio móvil de 8 horas disminuye de 0.080 ppm a 0.070 ppm. La forma del valor de 8 horas se modifica de un estadístico basado en concentración en la revisión anterior, a número de excedencias en la versión actual.


Actualmente, la NADF-009-AIRE-2006 asigna un valor de 100 al indicador de exposición aguda de la NOM y define puntos de quiebre para los valores de 50,100,150, 200 y mayor a 200. Con la actualización de las NOM es necesario adecuar los puntos de quiebre. La propuesta de adecuación del índice considera ambos valores de las normas y les asigna una correspondencia con el índice. Al valor de 50 se asignará la concentración de exposición de largo plazo (crónica), mientras que el valor de 100 se asignará al valor del indicador de exposición de corto plazo (aguda). En la definición de los puntos intermedios entre 100 y 500 se utilizan los valores recomendados por la U. S. EPA para cada contaminante. De esta manera el valor de 500 corresponde a las concentraciones definidas para los niveles de daño significativo (o SHL, significant harm levels) de la U. S. EPA establecidos en el 40 CFR 51.151. Los valores intermedios 200, 300, 400 se definen como los valores de alerta, advertencia y emergencia propuestos por la U. S. EPA. El valor de 150 se calcula como el punto medio entre los valores correspondientes a 100 y 200 puntos. Esta propuesta utiliza el método de redondeo recomendado por la U. S. EPA. Para mayor referencia se recomienda consultar el documento 40 CFR Part 58 Air Quality Index Reporting; Final Rule. La propuesta para los puntos de quiebre queda como sigue:

Aunque el IMECA se reporta en diversas ciudades del país aún no existe uniformidad en su cálculo. No obstante, para la Zona Metropolitana del Valle de México se desarrolló la norma ambiental NADF-009-AIRE-2006 que establece los lineamientos que debe cumplir el índice. De acuerdo con ella, el IMECA tiene como objetivo informar a la población de manera clara, oportuna y continua sobre los niveles de contaminación atmosférica, los probables daños a la salud y las medidas de protección que puede tomar (GDF, 2006). Con esta nueva reglamentación, la difusión del IMECA se realiza por medio de colores y calificativos sobre la calidad del aire de acuerdo con el grado de riesgo que represente para la salud humana. Los valores están determinados en múltiplos de 50 IMECA y establece en 100 puntos el límite de protección a la salud para cada contaminante Tabla 2.


Tabla 2. Interpretación del IMECA

¿Cómo se calcula el IMECA?

 

A continuación, se presentan las fórmulas (algoritmo) para calcular el IMECA, a partir de concentración de los contaminantes, ya sea en partes por millón (ppm) y/o en microgramos por metro cúbico (µ/m3).

Para determinar el valor de ozono en los puntos IMECA que indican los niveles de contaminación en la CDMX, se toma la siguiente formula:

 

Ozono (O3) 

 

IMECA de O3 = (concentración de O3 en ppm*100) /0.11

 

Tomando en cuenta el valor que indica el estándar de 0.107 ppm y sustituyéndolo en la formula tenemos que:

IMECA de O3=" (0.107*100)" /.11

IMECA de O3=" 97.27" redondeando nos queda que el índice IMECA equivalente a la concentración de ozono es de 97 puntos.

 

Niveles de contaminación en las principales ciudades de México


Para la Zona Metropolitana del Valle de México y según lo indicado por el sistema de Monitoreo Atmosférico a cargo de la Dirección de Monitoreo Atmosférico dependencia de la SEDEMA.

Se obtuvieron los datos de ozono atmosférico en el periodo comprendido entre 1 de octubre de 2016 y hasta el 1 de octubre de 2018 para la Zona Metropolitana del Valle de México.

De un total de 730 días totales entre el 1 de octubre de 2016 al 1 de octubre de 2018, se cuenta con 455 días superando los niveles de ozono por lo menos en una zona.


Para el Área Metropolitana de Guadalajara con 10 estaciones de monitoreo ambiental y con base en lo reportado por el sitio de Sistema de Monitoreo Atmosférico de Jalisco SIMAJ, a cargo de la Secretaría del Medio Ambiente y Desarrollo Territorial del Gobierno de Jalisco; en el mismo periodo de tiempo comprendido entre el 1 de octubre de 2016 y al 1 de octubre de 2018 se ha llegado o superado los 97 puntos IMECA en Contaminación por ozono en 168 días, por lo menos en una estación de monitoreo.


Para la Ciudad de Monterrey en el mismo periodo de tiempo y según el reporte generado por el Sistema de Monitoreo Atmosférico del Área Metropolitana de Monterrey, dependencia de la Secretaría de Desarrollo Sustentable del Gobierno de Nuevo León.


Se obtuvieron los datos del periodo comprendido entre octubre del 2016 a septiembre de 2018 arrojando la siguiente Información.

Utilización de filtros de carbón activado


Un estudio piloto realizado en Laboratorio de Berkeley CA. Fueron instalados en dos bancos experimentales de filtro en una oficina en Sacramento, CA.; con el objetivo de estudiar el filtrado de ozono a través de filtros de costo moderado que contengan carbón activado instalados en equipos comerciales de HVAC.


Estos filtros contenían 300 g de carbón activado por 0.09 m3 de área superficie de filtrado y fueron instalados en dos bancos experimentales, uno conteniendo los filtros de carbón activado y el otro banco sin filtrado de carbón activado.


Las recientes investigaciones han mostrado que las camas granulares o filtros de carbón activado pueden ser altamente efectivas en la remoción de ozono por largos periodos de tiempo, además, estos estudios también han revelado que la adición de carbón activado en el último tipo de filtro puede mejorar significativamente la percepción de la calidad del aire.


Las mediciones se realizaron usando el equipo Model 202 Ozone Monitor™ de la compañía 2B Technologies cada 10 segundos por lo menos cada 5 minutos antes y después de los filtros. Las mediciones fueron hechas entre 67 y 81 días posteriores a la instalación de los filtros, durante 7 días entre el mes de agosto de 2008 y octubre del mismo año, durante esos 7 días, de los cuales, en 5 periodos de medición, se realizaron mediante un proceso normal de recirculación de aire de retorno y adición de aire exterior, pero se determinó que era muy bajo el nivel de ozono medido (5ppm). Para las dos mediciones restantes las manejadoras se operaron con el 100% de aire exterior, arrojando los siguientes resultados plasmados en la tabla 6.

*Redondeo a la Base 10% más cercana ** Se excluyen dos tomas picos de 80 ppb tomadas durante la extracción del instrumento de medición.


En los resultados del estudio los bancos con prefiltros mostraron remover entre el 60 y 70% de ozono entre 67 y 81 días posteriores a su instalación, con estos resultados sugieren que el costo moderado de los filtros con carbón activado (29 USD por superficie de filtro de .61 m x .61 m), que usualmente son cambiados entre 3 y 4 meses posteriores a su instalación pueden seguir siendo efectivos en la filtración de ozono sobre su periodo de vida.


A pesar de las limitaciones mencionadas anteriormente, el estudio determinó que la magnitud y la duración de la eliminación de ozono de un conjunto de filtros de costo moderado es claramente suficiente para justificar y habilitar investigación futura. Estudios a largo plazo del rendimiento de filtros de costo promedio con contenido de carbón activado para la eliminación de ozono son deseables.



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José Luis Arcos

Especialista HVAC

Cuenta con más de 14 años de experiencia en sistemas de HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), ha desarrollado actividades en el área de diseño, instalación y TAB (Testing, Adjusting and Balance) de sistemas de climatización en bancos, centros de telecomunicaciones, retail, hoteles, centros comerciales y edificios.

En 2016 se unió a KINENERGY como especialista en comisionamiento en HVAC, donde se ha enfocado en el desarrollo de pruebas funcionales a sistemas de HVAC para certificación LEED hasta la realización de pruebas integrativas de Commissioning nivel 5, de igual manera ha participado en diversos proyectos realizando pruebas de Cx, TAB, pruebas a envolvente y de Integrity Room, en México, Centroamérica y Sudamérica.

SERVICIO

Commissioning
​Ingeniería
Energía y Sostenibilidad

MERCADOS

Industrial
Hotelería
Corporativo

Infraestructura
Data Centers
Core and Shell
​Hospitales
​Retail

Referencias


USGBC LEED v4 para EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS (LEED v4 for BUILDING DESIGN AND CONSTRUCTION)

Apte, M. G., I. S. Buchanan and M. J. Mendell (2008). "Outdoor ozone and building-related symptoms in the BASE study." Indoor Air 18(2): 156-70

ASHRAE (1992). Gravimetric and dust spot procedures for testing air cleaning devices used in general ventilation for removing particulate matter. ANSI/ASHRAE standard 52.1-1992 Atlanta, GA, ASHRAE.

ASHRAE (1999). Method of testing general ventilation air cleaning devices for removal efficiency by particle size. ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999. Atlanta, GA, ASHRAE.

ASHRAE (2007). ANSI/ASHRAE Standard 62.1. Ventilation for acceptable indoor air quality. Atlanta, GA, American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc.

ASHRAE (2010). ANSI/ASHRAE Standard 62.1. Ventilation for acceptable indoor air quality. Atlanta, GA, American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc

Beko, G., G. Clausen and C. J. Weschler (2008). "Sensory pollution from bag filters, carbon filters and combinations." Indoor Air

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Gundel, L. A., D. P. Sullivan, G. Y. Katsapov and W. J. Fisk (2002). A pilot study of energy efficient air cleaning for ozone, LBNL 51836. Berkeley, CA, Lawrence Berkeley National Laboratory.

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 Weschler, C. J., H. C. Shields and D. V. Naik (1992). An evaluation of activated carbon filters for the control of ozone, sulfur dioxide, and selected volatile organic compounds. IAQ'92, ASHRAE, Atlanta: 233-241.

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NADF-009-AIRE-2006