Fondecyt 1241581: Escuelas que respiran: estrategias de ventilación natural para el confort térmico y la calidad del aire en aulas escolares.

Contexto y problemática

La propuesta se enmarca en los desafíos que el cambio climático y la pandemia de COVID-19 plantean para el diseño arquitectónico de establecimientos escolares, donde niños y niñas en edad escolar son especialmente sensibles a los efectos que una mala calidad del ambiente interior puede generar en su salud, bienestar y aprendizaje.

La revisión del estado del arte indica que, si bien existen fundamentos teóricos consolidados sobre la ventilación natural en aulas y se conocen los estándares internacionales de calidad del aire interior y confort térmico, su traducción en estrategias aplicables de diseño no es clara. El diseño arquitectónico orientado a asegurar ventilación efectiva resulta complejo, lo que explica que muchos rangos de ventilación en aulas existentes sean deficientes.

A ello se suman aspectos arquitectónicos y factores ambientales —como la presencia de contaminación exterior y ruido del entorno inmediato— cuyo análisis detallado permitiría fundamentar el diseño de estrategias de ventilación natural más efectivas durante la mayor parte del año escolar.

1. Preguntas de investigación

A partir de este diagnóstico, la propuesta plantea las siguientes preguntas:

1. ¿Cuáles son las variables arquitectónicas y del entorno inmediato que influyen en el desempeño de la ventilación natural en aulas escolares localizadas en climas templados?

2. ¿Cuáles son las estrategias de ventilación natural que optimizan la calidad del aire y el confort térmico en aulas escolares localizadas en climas templados?

2. Objetivo general

Definir estrategias de ventilación natural que permitan alcanzar estándares óptimos de calidad del aire y confort térmico adaptativo, con bajo consumo de energía, en aulas escolares ubicadas en climas templados de Chile.

3. Objetivos específicos

• OE1: Evaluar el desempeño de la ventilación natural en casos de estudio de aulas escolares localizadas en Santiago y Concepción mediante indicadores de calidad del aire y confort térmico.

• OE2: Identificar las variables arquitectónicas y del entorno inmediato que influyen sobre el desempeño de la ventilación natural en los casos de estudio.

• OE3: Definir estrategias de ventilación natural optimizadas en un prototipo de aula a través de experimentación con técnicas de simulación.

• OE4: Elaborar un modelo digital de información (BIM) de aulas escolares para optimizar la gestión y el desempeño de la ventilación natural.

4. Metodología

La propuesta considera dos etapas metodológicas complementarias:

Etapa 1: Metodología no experimental (trabajo de campo)

• Levantamiento de información en 32 aulas escolares (16 en Santiago y 16 en Concepción).

• Selección de aulas con diferentes estrategias de ventilación natural (ventilación cruzada, ventilación por una fachada) y distintos emplazamientos en relación con el entorno inmediato (calle con tráfico, patio interior, área verde).

• Registro de:

  • Características arquitectónicas de las aulas.

  • Condiciones del entorno inmediato.

  • Medición continua de variables térmicas, CO₂ y MP 2.5.

  • Medición puntual de ruido, velocidad del aire, test de dilusión, hermeticidad de la envolvente.

  • Medición del consumo energético.

Etapa 2: Metodología experimental (simulación CFD)

• Selección de un aula representativa como caso base o de control para las simulaciones.

• Construcción de una matriz de estrategias de ventilación natural, basadas en los resultados del trabajo de campo.

• Simulación del desempeño de cada estrategia mediante software CFD, evaluando:

  • Temperaturas dentro del rango de confort térmico adaptativo.

  • Calidad del aire bajo los límites normativos.

  • Funcionamiento durante la mayor parte del año escolar.

• Evaluación de estrategias de ventilación forzada complementaria, priorizando soluciones con mínimo consumo energético.