La calidad ambiental interior (IEQ, por sus siglas en inglés) en espacios educativos es un factor determinante en la salud, la productividad y el rendimiento académico de los estudiantes y docentes.
por Ing. Ernesto Porras*
Dos de los aspectos más relevantes dentro de la IEQ son el confort térmico y la calidad del aire interior (IAQ, por sus siglas en inglés), ya que influyen directamente en la concentración, el desempeño cognitivo y el bienestar general de los ocupantes.
El diseño y operación de los edificios educativos deben garantizar condiciones óptimas para estos parámetros, alineándose con normativas internacionales como ASHRAE 55 y ASHRAE 62.1, con el fin de proporcionar entornos saludables y eficientes. A lo largo de mi experiencia como consultor en climatización y recientemente bajo el contexto de mis estudios de Maestría en Arquitectura Bioclimática, he analizado cómo estos factores pueden ser gestionados a través de estrategias específicas de diseño pasivo, sistemas de climatización eficientes y ventilación controlada con el objetivo de desarrollar edificaciones de alto desempeño adaptadas a las condiciones climáticas y operativas de cada proyecto.
Uno de los retos en el diseño de espacios educativos es la alta densidad de ocupación en aulas que puede superar los 30 estudiantes por espacio cerrado, lo que acelera la acumulación de CO2 y otros contaminantes. Además, el confort térmico en estos espacios no solo se relaciona con la temperatura del aire, sino también con la temperatura media radiante, la velocidad del aire y la humedad relativa, parámetros que deben ajustarse en función de la actividad metabólica y los ciclos de ocupación de cada espacio.
Confort térmico: impacto en la salud y productividad
El confort térmico se define como la condición en la que una persona expresa satisfacción con su ambiente térmico. En entornos educativos, el concepto de salud térmica cobra relevancia debido a los efectos negativos que temperaturas inadecuadas pueden generar en la capacidad de aprendizaje. Investigaciones han demostrado que en aulas donde la sensación térmica cambia de cálida a neutral, el rendimiento académico mejora significativamente. En particular, reducir la temperatura de 25ºC a 20ºC puede incrementar hasta en un 12% los resultados en pruebas de matemáticas y lenguaje.
El confort térmico en entornos educativos se ve afectado por la alta densidad de ocupación, la baja actividad metabólica de los estudiantes y la variabilidad en los ciclos de uso de las aulas. A diferencia de oficinas o viviendas, donde los usuarios tienen cierto grado de control sobre su ambiente, en las aulas las condiciones deben garantizar el confort simultáneo de un grupo amplio de personas con diferentes necesidades térmicas.
Factores que determinan el confort térmico
El confort térmico en entornos educativos depende de diversas variables que deben ser controladas en el diseño y operación de los espacios:
- Temperatura del aire y temperatura radiante: la temperatura superficial de las paredes, techos y pisos influye en la sensación térmica general.
- Humedad relativa: valores fuera del rango recomendado pueden generar sensación de disconfort y afectar la salud respiratoria.
- Velocidad del aire: un flujo de aire bien gestionado contribuye a la disipación del calor corporal.
- Vestimenta y nivel de actividad: factores personales que determinan la percepción térmica dentro del aula.
Estrategias para mejorar el confort térmico en ambientes educativos
Para garantizar niveles adecuados de confort térmico en entornos educativos es necesario aplicar estrategias de diseño y operación que reduzcan la carga térmica y optimicen la eficiencia energética, como por ejemplo:
Diseño de envolventes con materiales de baja emisividad, aislamiento térmico y fachadas ventiladas para minimizar la ganancia térmica.
Estrategias de protección solar como cortasoles, aleros y cubiertas con vegetación que reduzcan la temperatura sin un consumo energético asociado.
Implementación de sistemas de ventilación natural y mecánica para evitar zonas de sobrecalentamiento o enfriamiento excesivo.
Monitoreo en tiempo real de temperatura y humedad para ajustar la climatización según la ocupación y condiciones externas.
Calidad del aire interior: salud y productividad en el aula
La calidad del aire interior es otro factor clave en los entornos educativos. Un aula con una ventilación deficiente y altos niveles de CO2 puede reducir la productividad de los estudiantes en hasta un 20%, aumentar la fatiga mental y generar síntomas como dolores de cabeza, irritación en los ojos y somnolencia.
El control de contaminantes como CO2, material particulado, compuestos orgánicos volátiles (COVs) y microorganismos es fundamental para garantizar espacios saludables. El estándar ASHRAE 62.1 establece tasas mínimas de ventilación, pero diversos estudios han demostrado que incrementar estas tasas hasta en un 30% por encima del estándar puede mejorar la salud y la productividad de los ocupantes significativamente, reduciendo síntomas de fatiga y mejorando la capacidad de procesamiento de información.
Estrategias para mejorar la calidad del aire interior en edificaciones educativas
Para garantizar una IAQ adecuada se deben implementar medidas específicas de ventilación y control de contaminantes tales como:
- Aumentar la ventilación efectiva combinando ventilación natural y mecánica para renovar el aire de manera constante y mantener niveles de CO2 dentro de rangos óptimos.
- Reducir contaminantes en interiores seleccionando materiales de bajas emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y evitando productos de limpieza con químicos agresivos.
- Implementar sistemas de filtración avanzada que incluyan como mínimo filtros MERV 13 o superiores en sistemas de climatización que aseguren la remoción de partículas finas y contaminantes gaseosos.
- Monitorear en tiempo real la calidad del aire interior utilizando sensores de CO2, humedad y temperatura que permitan ajustar las estrategias de ventilación según las condiciones del ambiente.
Impacto de la calidad del aire interior en el rendimiento académico
Una amplia literatura académica respalda que lograr una óptima calidad del aire interior trae resultados en términos de productividad y aprendizaje que son relevantes, como por ejemplo:
- Mantener niveles de CO2 por debajo de 900 ppm puede mejorar la velocidad de respuesta de los estudiantes en un 12 % y su precisión en un 2 %.
- Duplicar las tasas de ventilación puede mejorar el desempeño en actividades de matemáticas y comprensión de textos en un 8 %.
- Por cada litro/segundo por persona de aire fresco adicional el ausentismo puede reducirse hasta en un 1.5 %.
Estrategias para optimizar la calidad ambiental en espacios educativos
El confort térmico y la calidad del aire interior están estrechamente relacionados. La percepción de bienestar en un espacio no depende solo de la temperatura, sino también de la circulación y pureza del aire. Un aula con temperatura adecuada, pero sin renovación de aire suficiente, puede generar acumulación de CO2 y afectar la concentración de los estudiantes. De la misma manera, una ventilación elevada sin control térmico puede generar disconfort por corrientes de aire o temperaturas inestables. Para evitar estos problemas, es necesario integrar estrategias de diseño y operación que optimicen simultáneamente ambas variables, tal como lo resumo a continuación:
Gestión térmica y ventilación combinada: en climas cálidos, la ventilación debe diseñarse para reducir la carga térmica sin generar sobrecalentamiento. La ventilación cruzada, el uso de chimeneas solares y la inercia térmica de algunos materiales permiten lograr este equilibrio sin dependencia excesiva de sistemas mecánicos. En aulas con ocupación intermitente, sistemas que permitan un acondicionamiento rápido del aire antes del ingreso de los estudiantes pueden ser una solución efectiva.
Control de humedad: una humedad elevada puede aumentar la sensación de calor y favorecer la proliferación de microorganismos lo que termina afectando la calidad del aire interior. En escuelas ubicadas en zonas de alta humedad, el diseño debe considerar materiales con baja absorción de agua, cubiertas ventiladas y sistemas de drenaje de condensación para evitar acumulación de humedad en paredes y techos. Estrategias pasivas y activas de deshumidificación combinadas con una ventilación controlada por demanda, pueden evitar estos efectos sin generar sobrecostos energéticos.
Sistemas de ventilación adaptativos: espacios educativos con alta variabilidad en la ocupación requieren sistemas capaces de ajustar la ventilación y climatización según la demanda real. Sensores de CO2, temperatura y humedad pueden activar estrategias de renovación de aire cuando los niveles de contaminantes superan los valores recomendados mejorando la calidad del aire y el confort térmico sin generar consumos innecesarios. Además, un sistema que regule la cantidad de aire fresco de acuerdo con el número de ocupantes puede evitar picos de CO2 que afecten la función cognitiva.
Integración de la envolvente con la calidad del aire interior: el diseño de las fachadas y la orientación del edificio impactan directamente en la necesidad de ventilación y climatización mecánica en un aula. Edificios con ventanas ubicadas en orientación estratégica pueden aprovechar mejor la ventilación natural y minimizar la ganancia térmica interna. Además, el uso de vidrios de control solar, superficies reflectantes y cubiertas ventiladas pueden reducir la carga térmica y permitir que las aulas mantengan una temperatura confortable sin necesidad de ventilación forzada constante.
Aplicar estas estrategias permite diseñar espacios educativos que garanticen un ambiente interior estable, saludable y energéticamente eficiente, evitando intervenciones correctivas costosas y asegurando condiciones óptimas de habitabilidad en el largo plazo.
Conclusión
El confort térmico y la calidad del aire interior son determinantes en el diseño de edificaciones educativas, impactando directamente en la concentración, el aprendizaje y la productividad académica. Mantener condiciones ambientales controladas reduce el ausentismo y mejora la salud y el bienestar de estudiantes y docentes, asegurando entornos propicios para el desempeño académico.
La optimización de la envolvente del edificio, la regulación eficiente de la ventilación y la reducción de contaminantes al interior permiten generar espacios saludables y sostenibles sin comprometer la eficiencia energética. La aplicación de estrategias adaptativas y el monitoreo en tiempo real facilitan la regulación de temperatura, humedad y ventilación en función de la ocupación y las condiciones externas.
El diseño de entornos educativos debe integrar un enfoque bioclimático y de climatización eficiente, asegurando que las condiciones interiores favorezcan el aprendizaje y el bienestar. Implementar estas estrategias contribuye a edificaciones de alto desempeño que responden a las necesidades actuales y futuras de la educación.
*Ernesto Porras es Ingeniero Mecánico y consultor en climatización y bioclimática con más de 17 años de experiencia en el diseño de soluciones energéticamente eficientes y sostenibles. Como fundador y director de Consultoría y Diseño en Climatización S.A.S. (CDC), lidera proyectos de consultoría, diseño y commissioning, asegurando que la climatización contribuya al bienestar, la eficiencia energética y la sostenibilidad. Ha participado en proyectos estratégicos como Distritos Térmicos Colombia Fase II para ONUDI y la Hoja de Ruta Nacional de Edificaciones Neto Cero Carbono, impulsando la transición hacia edificaciones más eficientes y resilientes. Además, es conferencista internacional y formador en climatización y construcción sostenible, con el propósito de transformar la industria y promover entornos que optimicen la calidad de vida de sus ocupantes. Contacto: [email protected] o al WhatsApp: (+57) 314 389 85 52.
