Novasinergia 2022 5(1), 100-127. https://doi.org/10.37135/ns.01.09.07 http://novasinergia.unach.edu.ec
Artículo de Investigación
Evaluación del desempeño de sistemas de ventilación en salones de clase:
Estudio numérico en edificios universitarios en Panamá
Performance Evaluation of Ventilation Systems in Classrooms: Numerical Study in
University Buildings in Panama
María Cedeño Quijada1, Thasnee Solano1, Dafni Mora1,2 , Miguel Chen Austin1,2,*
1 Grupo de Investigación Energética y Confort en Edificaciones Bioclimáticas (ECEB), Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad
Tecnológica de Panamá, Ciudad de Panamá, Panamá; 0819-07289; maria.cedeno5@utp.ac.pa; thasneesolano@hotmail.com;
dafni.mora@utp.ac.pa
2 Centro de Estudios Multidisciplinarios en Ciencias, Ingeniería y Tecnología (CEMCIT-AIP), Ciudad de Panamá, Panamá; 0819-
07289
*Correspondencia: miguel.chen@utp.ac.pa
Citación: Cedeño, M., Solano, T.,
Mora, D., & Chen, M., (2022).
Evaluación del desempeño de
sistemas de ventilación en salones
de clase: Estudio numérico en
edificios universitarios en Panamá.
Novasinergia. 5(1). 100-127.
https://doi.org/10.37135/ns.01.09.07
Recibido: 27 septiembre 2021
Aceptado: 29 enero 2022
Publicado: 31 enero 2022
Novasinergia
ISSN: 2631-2654
Resumen: La calidad del aire juega un papel decisivo en el rendimiento
de los ocupantes de espacios interiores; además, se estima que un 30%
de la vida de una persona corresponde a su formación académica. El
objetivo de esta investigación fue determinar si los sistemas de
ventilación de los edificios de la Universidad Tecnológica de Panamá
proveen una calidad de aire apropiada para sus alumnos, mediante la
evaluación del desempeño de la ventilación en modo pasivo y mecánico;
se utilizó la interfaz dinámica DesignBuilder para simular los casos de
estudio. Los indicadores utilizados fueron la concentración de CO2, las
tasas de renovación de aire interior y el confort térmico. Para esto se
tomaron como referencia los requerimientos mínimos de la normativa
panameña y normativas internacionales. Los resultados demostraron
que el uso de ventilación natural resulta insuficiente debido a la
inconformidad térmica y altas concentraciones de CO2. Por el contrario,
el uso de ventilación mecánica mejoró los niveles de confort térmico pero
la concentración de CO2 se mantuvo ligeramente fuera de límites
aceptables. Estos resultados demostraron que los edificios no están
diseñados para operar en modo pasivo, lo que restringe su operación
exclusivamente en modo mecánico.
Palabras clave: Calidad del aire, confort térmico, dióxido de carbono,
edificios, renovación de aire, simulación dinámica, ventilación
mecánica, ventilación natural.
Copyright:
Este es un artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de una licencia de
Creative Commons Attribution
(CC BY NC).
(http://creativecommons.org/licens
es/by/4.0/).
Abstract: Air quality plays a decisive role in the performance of the occupants
of indoor spaces; it is estimated that 30% of a person's life corresponds to their
academic training. This research aimed to determine if the ventilation systems
in the Technological University of Panama buildings provide appropriate air
quality for its students. We evaluated the ventilation performance in passive
and mechanical mode; the dynamic interface DesignBuilder simulated case
studies. The indicators used were CO2 concentration, indoor air renewal rates,
and thermal comfort. The minimum requirements of Panamanian and
international standards were used as a reference. The results showed
insufficient natural ventilation due to thermal discomfort and high CO2
concentrations. In contrast, mechanical ventilation improved thermal comfort
levels, but the CO2 concentration remained slightly outside acceptable limits.
These results demonstrated that the buildings are not designed to operate
passively, restricting their operation exclusively in mechanical mode.
Keywords: Air renewal, buildings, carbon dioxide, dynamic simulation,
indoor air quality, mechanical ventilation, natural ventilation, thermal
comfort.
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1. Introducción
Asegurar una calidad de aire interior óptima en edificios construidos en los últimos 30 años,
se ha convertido en un objetivo primordial en cuanto a confort térmico y desempeño de ventilación
se refiere (Vartires et al., 2018). Solemos estar el 90% de nuestras vidas dentro de ambientes
interiores, desde nuestros hogares, colegios, universidad, trabajo, entre otras actividades (Fantozzi
& Rocca, 2020) y de ese porcentaje, se estima que un 30% corresponde al tiempo dedicado a
colegiatura y educación superior (Bakó-Biró, Clements-Croome, Kochhar, Awbi & Williams, 2012;
Wargocki, Porras-Salazar, Contreras-Espinoza & Bahnfleth, 2020), por lo que asegurar una buena
calidad del aire interior, es fundamental.
La calidad del aire interior (del inglés “Indoor Air Quality” o IAQ), según la institución American
Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) se define como el aire
dentro de un edificio o estructura que no contiene contaminantes en concentraciones peligrosas para
las personas (ASHRAE, 2009, 2019). Los contaminantes son agentes externos, tales como partículas
de polvo, gérmenes, concentración de gases, compuestos orgánicos volátiles, entre otros (Cruz et al.,
2020). Las concentraciones aceptadas para un alto IAQ, son determinadas por autoridades locales
según el país donde se evalúe y también, por regulaciones internacionales, cuyo objetivo radica en
que la mayoría de las personas expuestas (80% o más) no expresen inconformidad o insatisfacción
dentro un espacio (ASHRAE, 2020). Si este porcentaje resulta menor, se refleja en una baja calidad
del aire ante la presencia de contaminantes indeseables, por lo que es necesario considerar diversas
técnicas para la purificación del aire: si el contaminante son partículas (polvo), pueden eliminarse
por filtración y aquellos en forma de gases u olores, mediante un nivel aceptable de ventilación (Pita,
1994).
La ventilación, implica el reemplazo continuo del aire interior potencialmente contaminado y
usualmente es definida paramétricamente como la tasa de cambio de aire o renovación de aire
(también conocida en inglés como “Air Change Rate” o ACH) y puede ser natural, mecánica e híbrida.
La ventilación natural, también conocida como ventilación en modo pasivo, es aquella en la que la
renovación del aire se produce exclusivamente por la acción del viento o por la existencia de un
gradiente de temperatura entre el punto de entrada y salida de un espacio (Jiménez, 2021); la
ventilación mecánica, es aquella en la que la renovación del aire se produce por el funcionamiento
de aparatos electromecánicos con extracción mecánica equilibrada. A este tipo de ventilación se le
refiere como ventilación o modo activo. Finalmente, la ventilación híbrida o mixta, es aquella en la
que cuando las condiciones de presión y temperatura ambientales son favorables, la renovación del
aire se produce en modo pasivo y cuando son desfavorables, se utilizan equipos electromecánicos
en modo activo (Jiménez, 2021).
El aire interior, es uno de los factores que determina la funcionalidad y economía de un edificio
debido a que afecta directamente a las personas incidiendo en su capacidad de realizar actividades.
Tanto la ventilación como las tasas de renovación del aire interior juegan un papel decisivo en cuanto
a la calidad del aire ofrecida a los ocupantes de un recinto; en los nuevos edificios se producen
emanaciones de materiales y elementos, los que, sumados a una limpieza y mantenimiento no
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periódicos, contribuyen a la contaminación del aire interior y constituyen el denominado “Síndrome
del Edificio Enfermo” (Sick Building Syndrome “SBS”) (Jiménez, 2021).
El término de SBS, es utilizado para describir situaciones en la que los ocupantes de un espacio
cerrado experimentan efectos agudos que afectan su salud y confort. Estos efectos van ligados al
tiempo que pasan dentro de un edificio o estructura, pero no se puede identificar ninguna causa o
enfermedad específica, solo los síntomas: dolor de cabeza, irritación en los ojos, nariz o garganta, tos
seca, piel irritada, fatiga, náusea e incluso dificultad para concentrarse. La mayoría de estos síntomas
desaparecen al salir del edificio. Las quejas pueden estar localizadas en una habitación o zona en
particular, o pueden estar muy extendidas por todo el edificio (United States Environmental
Protection Agency (EPA), 1991). Algunas de las causas del SBS, constituye la presencia de
contaminantes proveniente de fuentes dentro de los edificios o de fuentes externas, contaminantes
biológicos, químicos y ventilación inadecuada. Este síndrome puede afectar desde edificios
gubernamentales, oficinas y espacios educativos (Ma’bdeh, Al-Zghoul, Alradaideh, Batanineh &
Ahmad, 2020).
William (2017) después de recopilar 26 estudios a nivel global relacionados con la ventilación en
espacios escolares, afirmó que las tasas de ventilación en salones de clase, usualmente son más bajas
de lo sugerido en estándares internacionales como ASHRAE (2019), D’Ambrosio et al. (2010) y
European Committee for Standarization (2006). Para evaluar el desempeño del IAQ, se utiliza las
tasas de renovación de aire interior (ACH) pero entre los principales indicadores, también está el
nivel de dióxido de carbono ya que este gas se utiliza como referencia en espacios donde la principal
fuente de contaminación es el metabolismo humano (Batterman et al., 2017; Calama-González, León-
Rodríguez & Suárez, 2019; Cruz et al., 2020) . Una tasa de renovación de aire mínima de 3.0 ACH ó
2 a 3.5 L/s*persona y una máxima concentración de dióxido de carbono de 1000 ppm (ASHRAE,
2019) son los valores de los indicadores utilizados como referencia.
Vartires et al. (2018), mediante un estudio experimental compararon dos escenarios de ventilación:
un aula con ventilación natural y un aula que utilizaba ventilación híbrida. En el aula con ventilación
natural, los niveles de CO2, superaban los 2500 ppm, contrario al salón con ventilación híbrida que
el máximo nivel de CO2 fue de 1200 ppm. De forma semejante Simanic, Nordquist, Bagge &
Johansson (2019) realizaron un estudio exploratorio en siete colegios de Suecia. Los autores
resaltaron que el uso de equipos modernos de acondicionamiento de aire, son necesarios para
proveer condiciones ambientales favorables para los estudiantes. A diferencia de Vartires et al.
(2018), los autores indican que los estudiantes mantuvieron satisfacción y confort en concentraciones
aproximadas de 600 ppm.
Calama-González et al. (2019) indicaron que la ocupación tiene relación con las condiciones
ambientales. Su estudio realizado en una escuela ubicada en la zona mediterránea de España indicó
que durante períodos desocupados con el uso de ventilación natural (ventanas totalmente abiertas),
los niveles de CO2 estaban por debajo de 425 ppm. En períodos de 45% de ocupación, los niveles se
encontraban entre 500 a 1000 ppm y en ocupación total, los niveles superaban los 1500 ppm. A pesar
de mantener los niveles no tan excesivamente altos y que las aulas contaban con mecanismos de
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ventilación natural, los niveles de CO2 justificaban la necesidad de instalar sistemas de ventilación
mecánica.
Adicionalmente, estudios anteriores (Fisk, 2017; Pulimeno, Piscitelli, Colazzo, Colao & Miani, 2020;
Simanic et al., 2019; Wargocki et al., 2020) señalaron que una pobre ventilación además de afectar la
salud de los estudiantes, puede disminuir el rendimiento académico. En este sentido, Wargocki et
al. (2020) realizaron un estudio experimental en un colegio de estudiantes no mayores de 18 años,
en el que buscó establecer la relación entre la calidad del aire en aulas y el desempeño de los
estudiantes en colegios cuyas instalaciones utilizaban ventilación mecánica. La calidad del aire
interior se caracterizó por la concentración de CO2 y las tasas de renovación de aire interior; el
desempeño académico, fue evaluado por pruebas psicológicas que miden habilidades y destrezas
cognitivas. Inicialmente, (ASHRAE Epidemic Task Force, 2020) los valores registrados de CO2
oscilaban desde 600 ppm a 4300 ppm y las tasas de renovación de aire se mantuvieron en 2.0
L/s*persona. Al aumentar la tasa de ventilación a 10 L/s*persona y disminuir la concentración de
dióxido de carbono a 900 ppm, hubo un aumento de productividad de 12%. También, hubo mayor
asistencia y mejorías de desempeño en las funciones de los alumnos.
Evaluar el desempeño de la ventilación durante la pandemia SARS COVID-19 resulta de interés
puesto que es conocido, que algunas enfermedades se propagan por aerosoles infecciosos (The
American Institute of Architects (AIA), 2021). El riesgo de propagación de patógenos y el número
de personas expuestas puede verse afectado sea positiva o negativamente por el aire interior de
recintos ocupados y por los sistemas de acondicionamiento de aire o extracción local (ASHRAE
Epidemic Task Force, 2020). La eficacia de la ventilación se debe evaluar para reducir el riesgo de
transmisión de enfermedades, con este fin Ascione, De Masi, Mastellone & Vanoli (2021), publicaron
un estudio numérico relacionado al “diseño de aulas seguras en espacios educativos en fin de
enfrentar contagios y transmisión de enfermedades” utilizando dinámica de fluidos computacional
(CFD). Este tipo de programación (Hu, 2012) es utilizada para simular, analizar y resolver programas
que implican flujos de fluidos, como el aire. El autor indicó que se recomienda un mínimo de 6.5 a
7.9 ACH para mantener una alta calidad de aire interior y un riesgo mínimo de infección de
enfermedades respiratorias.
Hasta la fecha, son pocos los estudios relacionados al desempeño de la ventilación en ambientes
universitarios y escolares en Latinoamérica. En algunos países tales como Costa Rica (Ministerio de
Salud de Costa Rica, 2021), indican que toman como referencia los estándares ASHRAE (2009. 2019)
para el diseño referente a la ventilación en edificios y otros, como el caso de Chile, no cuentan con
normas que regulen el confort ambiental o ventilación en edificios escolares (Trebilcoc, Soto-Muñoz,
Figueroa & Piderit-Moreno, 2016) solo cuentan con el Decreto Supremo 548 (Ministerio de
Educación de Chile, 1989), que indica una tasa de ventilación de 2 ACH cuando las aulas proveen
ventilación mecánica.
Los estudios anteriores, muestran la importancia de un diseño de aire acondicionado y ventilación
apropiados para espacios educativos. El indicador más utilizado para evaluar el desempeño de la
ventilación es la tasa de renovación de aire. Sin embargo, incluso cuando para determinar la calidad
del aire se determina la concentración de particulado PM10, PM2.5, compuestos volátiles orgánicos
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(VOCs) y aldehídos, la concentración de dióxido de carbono, resulta ser un indicador útil para
definir la ocupación en espacios interiores y controlar la calidad de aire ambiental.
Además, es importante resaltar que, países como China (Sun, Wang, Zhang & Sundell, 2011), Suecia
(Simanic et al., 2019), Escocia (Wargocki et al., 2020) e Italia (Ascione et al., 2021) pese a que tienen
normativas propias para el diseño de acondicionamiento del aire y ventilación, utilizan los
estándares americanos (ASHRAE, 2009, 2019, 2020) como referencia para el diseño y evaluación del
desempeño de la ventilación.
En el caso de Panamá, se utiliza el Reglamento de Aire Acondicionado y Ventilación conocido como
“RAV” (Junta Técnica de Ingeniería y Arquitectura (JTIA), & Asociación Panameña de Aire
Acondicionado y Ventilación (APAYRE)., 2014). En este reglamento, se recalca un mínimo de 5
L/s*persona en aulas educativas.
Evaluar el desempeño de la ventilación considerando exclusivamente las tasas de renovación de
aire, resulta insuficiente al no tener control sobre los contaminantes presentes en el aire y el confort
térmico de los usuarios; por esta razón, el objetivo de esta investigación consiste en evaluar de forma
cuantitativa el desempeño de la ventilación en modo pasivo y modo activo (natural y mecánica) en
edificios universitarios en términos de la tasa de renovación interior, concentración de CO2 y
considerar al mismo tiempo, el confort térmico de los estudiantes de la Universidad Tecnológica de
Panamá. El confort térmico es definido por (ASHRAE, 2020) como la condición en donde una
persona expresa satisfacción con el entorno térmico. Está condicionada por factores ambientales
como la temperatura del aire, velocidad del aire, humedad y por factores personales como la ropa y
el calor metabólico. Wargocki & Wyon (2013) concluyeron que tanto el confort térmico como la
calidad del aire en las aulas, son factores importantes en el proceso de aprendizaje. La motivación
de esta investigación surge a raíz de la escasa literatura encontrada en casos aplicados en América
Latina y comprobar si Panamá, cumple con los mínimos requeridos de la normativa internacional
(ASHRAE, 2020).
2. Metodología
La metodología implementada para la evaluación del desempeño de la ventilación de los
edificios universitarios fue de carácter cuantitativo. Se utilizó el software de simulación dinámica de
Energy Plus: DesignBuilder ya que esta herramienta, permite predecir resultados de tasas de
ventilación, temperatura interior, humedad, consumo de energía, confort térmico (entre otros) en
horarios de ocupación establecidos (Trebilcock et al., 2016). La flexibilidad y precisión en
predicciones es posible mediante el uso de métodos numéricos avanzados, como CFD, que utiliza
este software. La simulación fue realizada considerando un año lectivo completo (12 meses).
2.1. Descripción del caso de estudio
Se estudiaron dos de los edificios que componen al Campus Víctor Levi Sasso conocidos
como Edificio N°1 (E1) y Edificio N°5 (E5). El E1 incluye las aulas y oficinas de la Facultad de
Ingeniería Civil, Eléctrica, Mecánica e Industrial y el E5, exclusivamente con salones de clases.
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Localización Geográfica
La Universidad Tecnológica de Panamá, es una universidad estatal con sede central ubicada
en la vía Centenario del corregimiento de Ancón, Distrito de Panamá, Ciudad de Panamá
(coordenadas 9°01′25″ Norte, 79°31′53″ Oeste). El Campus Víctor Levi Sasso, es la sede central en el
país. En la figura 1, se aprecian los dos edificios evaluados, E5 a la izquierda y el E1 derecha con sus
alrededores.
Figura 1: Ubicación del edificio No. 5 (izquierda) y edificio No. 1 de la Universidad Tecnológica de Panamá (Google Earth,
s.f.).
Para el caso de estudio, se seleccionaron salones de clases en ambos edificios. En el caso del E5, se
seleccionaron dos aulas centrales (con una sola ventana) y dos aulas de esquinas (con dos ventanas)
de la planta baja y tercer piso del edificio. Estas aulas fueron seleccionadas debido a que mantienen
el mismo tamaño y ubicación en las plantas antes mencionadas (Figura 2, cuadrados rojos).
Figura 2: (A). Vista 3D del E5 en DesignBuilder, con el norte señalado, (B) Vista de planta de la planta baja y (C) Vista de
planta del tercer piso.
Igual que en el E5, para el E1 se seleccionaron aulas de la planta baja y el tercer piso, como se señala
en la figura 3. Sin embargo, entre plantas del E1, la distribución de salones puede variar debido a
remodelaciones realizadas por los administrativos de cada facultad, donde incluyeron oficinas
administrativas y ampliaron salones de clase por lo que se escogieron aulas con características
similares. Dado que el E1 tiene una población estudiantil superior, se escogieron siete salones: dos
del ala de salones (parte inferior de la Figura 3B y 3C), una del ala de laboratorio central, dos del ala
de laboratorios frontal y dos del ala posterior (parte superior de la Figura 3B y 3C).
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Figura 3: (A). Vista 3D del E1 en DesignBuilder, con el Norte señalado, (B) Vista de planta de la planta baja y (C)Vista de
planta del tercer piso.
Detalles de construcción
Los materiales que componen la envolvente del E1 y E5, son listados en la tabla 1 como
también sus valores de transmitancia dados en (W/m2K). Estos datos fueron útiles para la
simulación dinámica con el software, DesignBuilder.
Tabla 1: Detalles de construcción; E1 y E5 de la Universidad Tecnológica de Panamá*.
Componentes de la
envolvente
Material
Coeficiente general de
transferencia de calor U (W/m2K)
Paredes (exteriores e
interiores)
Bloque de concreto de 0.100 m de espesor con doble
repello liso de 0.015 m de espesor.
1.94
Suelos
Baldosa de porcelanato 0.040 m x 0.040 m
2.98
Techo
Tipo emparedado de 0.038 m de espesor con
poliuretano expandido, sobre estructura de metal.
0.39
Cielo Raso
Suspendido. Fibra de mineral de 0.0508 m x 0.0508 m en
tes de aluminio a 2.700 m de piso acabado.
1.94
Puertas
Madera de pino 2.00 m x1.00 m
1.11
Ventanas
Corredizas, acristalamiento sencillo tintado gris con
0.006 m de espesor
5.70
*Datos proporcionados por la Dirección General de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Tecnológica de Panamá.
Detalles sobre el uso de la energía
Similarmente, el uso de energía tanto de equipos como sistema de aire acondicionado, así
como también el horario de funcionamiento, es señalado en la tabla 2. Estos datos también se
incluyeron en la simulación dinámica realizada en el software DesignBuilder.
Tabla 2: Detalles del uso de energía y horarios de funcionamiento
Consumo estimado
Horario de funcionamiento
32 W
Lunes a viernes
07:00-22:30
Sábados
08:00-18:00
17.6 W/m2
Lunes a viernes
07:00-22:30
Sábados
08:00-18:00
100 W
Lunes a domingo
18:00-07:00
30kWh/m2
Lunes a viernes
07:00-22:30
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Detalles de ocupación
Un total de 3255 estudiantes constituye la población del E1 mientras que, en el E5, 2206.
Referente a la vestimenta se utilizó un valor de 0.5 clo. El clo, hace referencia a la unidad de
aislamiento térmico proporcionada por las prendas de vestir. Se especificó un nivel de actividad de
0.90 met. El met es la tasa de transformación de energía química en calor y energía mecánica
producto de las actividades metabólicas de una persona (ASHRAE, 2020).
Tanto los detalles de la ocupación y el horario de asistencia fueron señalados en el software de
simulación dinámica, DesignBuilder.
2.1. Estrategia de evaluación del sistema de ventilación
Para iniciar, se determinó el valor mínimo de ventilación requerido ASHRAE (2009, 2019).
Esta normativa, establece en la ecuación (1) el mínimo de ventilación en una zona respiratoria que
constituya una edificación con ventilación natural, mecánica o híbrida. En este caso, indica el nivel
mínimo de ACH que las aulas del E1 y E5 deben cumplir tanto en modo pasivo como en modo activo
para asegurar una alta calidad de aire interior. El valor determinado con esta ecuación fue útil para
evaluar los resultados obtenidos con DesignBuilder. La ecuación (1) se formula de la siguiente
manera:
𝑉 = 𝑅𝑝𝑃
𝑧+ 𝑅𝑎𝐴𝑧 (1)
Donde, V representa el mínimo de ventilación requerida en una zona respiratoria, en este caso,
sería el mínimo de ventilación en las aulas de clase de la Universidad Tecnológica de Panamá. Rp
es la tasa de renovación mínima para salones de clases (5 L/s*persona) indicado por el estándar
62.1 (ASHRAE, 2009, 2019). Pz es la cantidad de estudiantes por aula y Ra es la tasa de renovación
mínima por unidad de área, también señalado por ASHRAE (2019), 0.9 L/s*m2 . Finalmente, Az es
el área del salón de clases.
De los valores antes mencionados, varían Az y Pz, siendo el área de cada aula y el total de la
población estudiantil en cada edificio.
Para el E5, el área promedio de salones ronda los 48.88 m2 y el total de estudiantes es 2206
estudiantes. Mientras que, en el E1, el área promedio de salones ronda los 60.70 m2 y su población
total es de 3255 estudiantes.
Siguiendo esta ecuación, las tasas de renovación de aire mínima para modo pasivo y modo activo,
se señalan en la tabla 3:
Tabla 3: Mínimo de ACH para E1 y E5 de la Universidad Tecnológica de Panamá.
Edificio
Tasas de renovación de
aire estimadas (ACH)
N°5
5.13
N°1
4.32
Indicadores y criterios utilizados para la evaluación de la ventilación natural (modo pasivo)
Para el análisis del modo pasivo en ambos edificios, se estableció un horario de ocupación de
lunes a viernes de 07:00 a 22:30 y sábados de 08:00 a 18:00. Este mismo horario fue utilizado para el
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uso de la energía exceptuando el sistema de acondicionamiento de aire. Las puertas y ventanas se
mantuvieron 100% abiertas en dicho horario. Las luces externas se mantienen encendidas en un
horario de 18:00 a 07:00.
Los parámetros considerados para evaluar la ventilación en ambos modos fueron categorizados
como aquellos de calidad del aire interior y de confort térmico.
Calidad del aire interior
Se consideraron las tasas de renovación de aire interior y la concentración de CO2 en espacios
interiores. Los valores considerados como válidos serán aquellos inferiores a 1000 ppm como lo
establece el estándar 62.1 (ASHRAE, 2019).
Confort térmico
Niveles aceptables de confort térmico pueden ser medidos con el uso de los indicadores del
voto medio previsto (PMV) o modelos adaptativos. El PMV es un índice que establece una
predicción cuantitativa referente al porcentaje de personas insatisfechas con la sensación térmica de
un recinto (ASHRAE, 2020). Este índice, va en una escala del -3 a +3 donde se señala las categorías
de extremadamente frío (-3), frío (-2), ligeramente frío (-1), sensación neutral (0), ligeramente caliente
(+1), caliente (+2) y muy caliente (+3). Para el caso de estudio, se consideró la sensación neutral como
confort térmico admisible.
Análogamente el modelo de Fanger adaptativo al 80% de aceptabilidad, es un modelo empírico que
relaciona la temperatura interior o rangos aceptables de temperatura con parámetros climatológicos
(ASHRAE, 2020). Este índice se aplica en casos donde no se utilicen sistemas de acondicionamiento
de aire (ventilación natural), los ocupantes son libres de adaptar su vestimenta a las condiciones
climatológicas donde se encuentren (desde 0.5 a 1.0 clo), las tasas metabólicas se encuentran entre
1.0 a 1.5 met y también, la temperatura exterior debe ser menor a 33.5°C (ASHRAE, 2020). Si alguna
de estas cuatro condiciones no cumple, el modelo adaptativo no es aplicable. Este parámetro se
evalúa con valores desde “1” a “-1”, donde un valor de “1” indica que la temperatura interior se
encuentra dentro de los límites establecidos de confort térmico y los ocupantes se sienten cómodos
térmicamente, mientras que un valor de “0” indica entonces que la temperatura se encuentra fuera
del rango permitido y los ocupantes se encuentran insatisfechos (DesignBuilder Software, 2021);
esto quiere decir que mientras más cercano al cero, más disconformidad térmica presentarán los
estudiantes de los salones. En resultados obtenidos de “-1”, la norma indica que son resultados “no
aplicables” (ASHRAE , 2020). En este caso, interpretamos el valor de “1” como confort térmico
admisible y “-1” como insatisfacción térmica.
Indicadores y criterios utilizados para la evaluación de la ventilación mecánica: modo activo
Para el análisis del modo mecánico en ambos edificios, se estableció un horario de ocupación
de lunes a viernes de 07:00 a 22:30 y sábados de 08:00 a 18:00; este mismo horario fue utilizado para
el uso de la energía, exceptuando las luces de exteriores que se mantienen encendidas de 18:00 a
07:00. El sistema de acondicionamiento de aire se utiliza en un horario de lunes a viernes de 07:00 a
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22:30 con puertas y ventanas siempre cerradas. Para la calidad del aire interior, se utilizaron como
indicadores la concentración de CO2 y las tasas de renovación de aire interior y para el confort
térmico, el PMV.
3. Resultados
Después de obtener las simulaciones en modo pasivo y activo de ambos edificios, los
resultados fueron tabulados y posteriormente graficados para el análisis de los datos.
Sistema de ventilación natural, modo pasivo
Para los resultados del modo pasivo, se presentan los gráficos que ilustran la calidad del aire
y confort térmico de los estudiantes. En términos de calidad del aire, se comparan las tasas de
renovación interior con la concentración de CO2; con respecto a confort térmico, las tasas de
renovación de aire interior fueron comparadas con el voto medio previsto y con el modelo adaptado
al 80% de aceptabilidad térmica.
En la evaluación en modo pasivo, fue necesario distinguir los vientos predominantes de cada
edificio. En las figuras 4 y 5, se observa la dirección de los vientos predominantes para cada
estructura. La flecha negra, señala la posición norte de cada construcción mientras que la flecha roja
señala la dirección de los vientos predominantes. Las flechas dentro de los edificios señalan el
intercambio de vientos: la flecha roja ilustra el viento que atraviesa a los edificios y la azul, el viento
que sale producto del intercambio de flujos de aire. En el E5, los vientos predominantes provienen
del Noroeste (Figura 4), mientras que, en el E1, los vientos predominantes provienen del Noreste
(Figura 5).
Figura 4: (A) Dibujo 3D del E5 con los vientos predominantes en la zona durante los 12 meses del año, señalados en forma
de vector y (B) Detalles del viento predominante dentro del edificio.
Figura 5: (A) Dibujo 3D del E1 con los vientos predominantes en la zona durante los 12 meses del año, señalados en forma
de vector y (B) Detalles del viento predominante dentro del edificio.
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Edificio No. 5: evaluación de la calidad del aire
La calidad del aire fue establecida con la concentración de CO2 en conjunto de las tasas de
renovación del aire interior. Los resultados se detallan para la planta baja en la figura 6 y para el
tercer piso, en la figura 7.
En el E5 los mayores valores de CO2 se obtuvieron en las aulas de la planta baja; superaron los 2000
ppm, el doble del límite establecido de 1000 ppm como se señala en la figura 6 (ASHRAE, 2009,
2019). En contraste los valores que se obtuvieron de las aulas del tercer piso registraron a lo largo
del año concentraciones menores a 1000 ppm, siendo 600 ppm la concentración más alta en el mes
de mayo. Particularmente, las aulas de las esquinas que cuentan con dos ventanas fueron las zonas
donde el CO2 se mantenía por debajo de 1000 ppm a lo largo, tanto en la planta baja como el tercer
piso. También, las aulas ubicadas en barlovento fueron aquellas que registraron mayor
concentración de CO2 y menores tasas de renovación de aire.
En cuanto a las tasas de renovación de aire interior, en las aulas de la planta baja se obtuvieron tasas
entre 1.3 y 1.45 ACH y el tercer piso, de 1.15 a 1.3 ACH. Ambas plantas no cumplieron el mínimo
calculado de 5.13 ACH con la ecuación (1) para el E5. Al observar el comportamiento de ambos
gráficos, se determina que las tasas de renovación de aire interior en modo pasivo van ligadas de
forma inversamente proporcional al nivel de concentración de CO2.
Figura 6: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2. E5, planta baja, modo pasivo.
Figura 7: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2. E5, tercer piso, modo pasivo.
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 111
Confort térmico
En las figuras 8 y 9, se indican los resultados de las tasas de renovación de aire interior en
comparación con el PMV para la planta baja y tercer piso, respectivamente. En el caso del PMV, los
valores más cercanos a la sensación térmica neutral (“0”) fueron obtenidos en la planta baja del E5
(entre 0.60 a 0.40, como se detalla en la figura 8) durante los meses de abril a diciembre. Durante
enero, febrero y marzo, los valores de PMV alcanzan el valor de “1” que corresponde a la sensación
térmica de “ligeramente caliente”.
En contraste, el tercer piso registró valores entre “2” y “3” (Figura 9) durante todo el año, con
sensación térmica “caliente” y “muy caliente”. Los salones con una sola ventana ubicados en la
fachada tanto en barlovento y en contra del viento registraron los mayores valores de PMV mientras
que los salones con dos ventanas, los valores más bajos. Comparando estos datos con los valores
más altos de las tasas de renovación interior, se destacó que a medida que aumentan los ACH a su
vez el PMV registrado también aumenta, produciendo sensación térmica de calor dentro de las aulas
de clases.
Figura 8: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En planta baja de E5, modo pasivo.
Figura 9: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV en el tercer piso de E5, modo pasivo.
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 112
En cuanto al modelo adaptativo al 80% de aceptabilidad, ninguna de las plantas evaluadas (Figuras
10 y 11) del E5 obtiene un valor de “1”. En el caso de la planta baja, durante los meses de enero,
febrero, marzo, abril y diciembre los resultados obtenidos fueron debajo de “0” lo cual no resultan
válidos para el estudio. En el caso del tercer piso, sucede lo mismo a lo largo de todo el año. Dicho
esto, los valores aceptados por el modelo indicaron que los estudiantes a lo largo del año
demostraron inconformidad térmica a lo largo del año.
Figura 10: Comparación de tasas de renovación de aire interior con modelo adaptado al 80% de aceptabilidad térmica. En
la planta baja de E5, modo pasivo.
Figura 11: Comparación de tasas de renovación de aire interior con modelo adaptado al 80% de aceptabilidad térmica. En
el tercer piso de E5 , modo pasivo.
Edificio No. 1: calidad del aire
En la planta baja se registró una máxima tasa de renovación de aire interior de 0.21 ACH en
el ala de laboratorios posterior del edificio (Figura 12). El resto de las aulas mantuvieron valores por
debajo de 0.17 ACH. En el tercer piso (Figura 13), las tasas de renovación oscilaban entre 0.11 a 1.54
ACH. El aula con mayor tasa de ventilación fue aquella ubicada en el ala de laboratorios posterior
del edificio, llegando a 2.0 ACH. Ninguna de las plantas, cumplieron con el mínimo de 4.32 ACH
calculado previamente con la ecuación (1). Además, de las dos plantas estudiadas, las aulas con
menores tasas de renovación de aire interior fueron aquellas en el ala de oficinas (parte central del
edificio) y aquellas ubicadas en el ala de salones. Las mayores concentraciones de CO2, se registraron
en aquellas aulas con menores tasas de ventilación. En el caso de la planta baja (Figura 12), la
concentración en todos los salones superó los 1000 ppm; en el ala de salones incluso alcanza 3875
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 113
ppm en el mes de agosto. La menor concentración, se obtuvo en las aulas ubicadas en el ala posterior
de laboratorios, con un valor mínimo de 1440 ppm. En el tercer piso, hubo un registro de
concentraciones entre 760 ppm a 1888 ppm. Las aulas ubicadas en el ala de laboratorios (tanto las
frontales como posteriores) fueron las que mantuvieron concentraciones por debajo de 1000 ppm,
mientras que el ala de salones y el ala central, superaron los 1000 ppm a lo largo del año (Figura 13).
Figura 12: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2 en la planta baja de E1, modo
pasivo.
Figura 13: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2 en el tercer piso de E1, modo
pasivo.
Confort térmico
Los gráficos que comparan el PMV con la tasa de renovación del aire interior del modo pasivo
del E1, reflejan un comportamiento proporcional: a medida que los ACH aumentan, el PMV
aumenta y a medida que los ACH disminuyen, el PMV también. Las aulas que registraron los
mayores valores de PMV, fueron aquellas con las mayores tasas de ventilación, es decir, las aulas de
la parte posterior del edificio; mientras que las aulas con valores cercanos a la sensación térmica
“neutral”, fueron aquellas ubicadas en el ala de salones y área central del E1.
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 114
En lo que respecta a la evaluación de la planta baja (Figura 14) los valores del PMV oscilaron desde
-0.62 (sensación térmica “neutral” próximo a “ligeramente fresco”) a 1.22 (“ligeramente caliente”).
Durante el mes de enero, febrero y marzo, que corresponden a los meses de la estación seca, se
registraron los valores más altos de PMV y el resto del año, que constituye la estación lluviosa, los
más bajos; exceptuando octubre, noviembre y diciembre que forman parte del inicio de la estación
seca.
Los recintos universitarios del tercer piso (Figura 15) alcanzaron datos de PMV desde 2.20 (caliente)
a 3 (muy caliente), siendo los meses de enero, febrero, marzo, abril, noviembre y diciembre los
meses con resultados registrados como sensación térmica “muy caliente”. Esto, refleja un
comportamiento similar al E5, donde al incrementar los pisos del edificio, la incomodidad térmica
de los ocupantes se evidencia.
Figura 14: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En la planta baja de E1, modo pasivo.
Figura 15: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En el tercer piso de E1, modo pasivo.
En relación con el modelo adaptativo al 80% de aceptabilidad los resultados reflejaron un
comportamiento semejante al E5, donde a lo largo de todo el año la planta baja y el tercer piso
registraron datos inválidos negativos (Figura 16 y 17).
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 115
Figura 16: Comparación de tasas de renovación de aire interior con modelo adaptado al 80% de aceptabilidad térmica.
En la planta baja de E1, modo pasivo.
Figura 17: Comparación de tasas de renovación de aire interior con modelo adaptado al 80% de aceptabilidad térmica.
En el tercer piso de E1, modo pasivo.
Evaluación del sistema de ventilación mecánica, modo activo
Edificio No. 5: calidad del aire
El E5 en modo mecánico, al igual que en modo pasivo, no cumple con el mínimo de
ventilación estimado de 5.13 ACH. Los valores de las aulas en planta baja, se mantuvieron entre 1.25
a 1.45 ACH (Figura 18), a diferencia del tercer piso cuyos salones de clases registraron valores entre
1.1 a 1.27 ACH (Figura 19). En cuanto a la concentración de CO2, los niveles registrados superaron
el límite de 1000 ppm. Las aulas de planta baja obtuvieron menores concentraciones de CO2 con
niveles entre 2200 a 3143 ppm (Figura 18); a diferencia del tercer piso, las concentraciones se
mantuvieron desde 2200 a 3800 ppm (Figura 19).
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 116
Figura 181: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2. En la planta baja de E5, modo
mecánico.
Figura 19: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2. En el tercer piso de E5, modo
mecánico.
Confort térmico
Durante los meses de enero, febrero y marzo, los valores de PMV se mantuvieron más altos
a comparación del resto del año. Los ocupantes de la planta baja (Figura 20) a lo largo de los meses
anteriores, reflejaron PMV entre 0.46 a 0.65. Estos resultados se traducen como sensación térmica
neutral/cómoda (0) y ligeramente caliente (1). Los ocupantes del tercer piso, (Figura 21) registraron
valores entre 1.38 a 1.50. Los resultados anteriores, coinciden con la estación “seca” del país (enero
y febrero). El resto del año, el voto medio previsto baja considerablemente coincidiendo con la
estación lluviosa.
En el caso de la planta de los estudiantes de la planta baja, el PMV desde abril a diciembre osciló
entre 0.25 a -0.5; esto se interpretó como sensación térmica “neutral”. En cambio, los valores del voto
medio previsto de los alumnos del tercer piso, indicaron sensación térmica “ligeramente caliente”
(PMV entre 0.83 a 1.0).
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 117
Figura 20: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En la planta baja de E5, modo mecánico.
Figura 21: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En el tercer piso de E5, modo mecánico.
Edificio No. 1: calidad del aire
Al igual que los resultados del modo pasivo, los salones de la planta baja (Figura 22) y del
tercer piso (Figura 23) no cumplieron con el mínimo establecido de tasa de renovación de aire
interior (4.32 ACH).
En lo que respecta a las aulas del primer piso, se registraron tasas de renovación entre 0.25 a 0.31
ACH con concentración de CO2 entre 960 y 1092 ppm (Figura 22), en tanto el tercer piso entre 0.25 a
0.39 ACH con datos de CO2 entre 813 y 1050 ppm (Figura 23). A diferencia del resultado en modo
pasivo, no existe una relación evidente entre las tasas de ventilación y la concentración de CO2 en
los salones ya que varía de forma aleatoria a lo largo del año en modo activo. El sistema de
ventilación mecánica en el E1 proporcionó una mejor calidad de aire interior ya que la concentración
de CO2 en las distintas aulas, no superan 1100 ppm.
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 118
Figura 22: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2. En la planta baja de E1, modo
mecánico.
Figura 23: Comparación de tasas de renovación de aire interior con concentración de CO2. En el tercer piso de E1, modo
mecánico.
Confort térmico
Semejante a los resultados obtenidos en el modo mecánico del E5, el PMV en ambas plantas
del E1 resultaron más alto durante los meses de enero, febrero y marzo. Disminuyó desde abril,
mayo, junio, julio, agosto hasta septiembre. A lo largo de octubre, noviembre y diciembre el voto
medio previsto aumentó. En el caso de la planta baja (Figura 24), el PMV durante los meses de enero,
febrero, marzo, octubre, noviembre y diciembre se mantuvo entre 0.28 a 0.67; una puntación
intermedia entre la sensación térmica neutral (correspondiente a “0”) y ligeramente caliente (“1”).
Durante los meses de estación lluviosa, el PMV resultante estuvo entre -0.33 a -0.69,
correspondiendo a un resultado intermedio entre neutral (“0”) y ligeramente fresco (“-1”).
Finalmente, el tercer piso (Figura 25) obtuvo un PMV entre 0.92 a 1.91 durante los meses de estación
seca y el resto del año un PMV entre 0.26 a 0.83.
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 119
Figura 24: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En la planta baja de E1, modo mecánico.
Figura 25: Comparación de tasas de renovación de aire interior con PMV. En el tercer piso de E1, modo mecánico.
4. Discusión
Modo pasivo: evaluación de la ventilación natural
La ventilación natural, es considerada como la solución más rápida y viable para asegurar
ambientes interiores seguros, saludables y agradables térmicamente (Ji, Lomas, & Cook, 2009). Sin
embargo, está condicionada por el clima donde esté ubicada la edificación, la envolvente que
compone la estructura y el comportamiento humano (Atkinson et al., 2009). En general, en modo
pasivo los resultados no fueron favorables para ningún edificio, ya que no se alcanzaron niveles
mínimos apropiados de tasa de renovación de aire interior (ACH) y confort térmico requeridos por
los estándares 62.1 y 55.0, respectivamente (ASHRAE, 2019, 2020). Similarmente, Batterman et al.
(2017), Calama-González et al. (2019) y Vartires et al. (2018), afirmaron que la apertura de ventanas,
suele ser una opción económica y útil para favorecer el movimiento del aire dentro de espacios, pero
resulta insuficiente para garantizar condiciones óptimas para una alta calidad del aire interior.
En el caso de las aulas que constituyen el E5, los resultados en términos de calidad del aire interior
fueron admisibles para los salones de clase del tercer piso al no sobrepasar más de 1000 ppm a lo
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 120
largo del año. Los resultados de ventilación natural de Ma’bdeh et al. (2020), realizados en aulas
ubicadas en segundo y tercer piso, reflejan también concentraciones menores en aproximados de
600 ppm. Además, la diferencia de CO2 entre la planta baja y tercer piso de los dos edificios es
significativa ya que, en ambos casos, las aulas de la planta baja obtuvieron los mayores valores de
CO2 y el tercer piso, los menores valores. Esto es posible debido a la diferencia de altura entre las
plantas, es decir, el aire caliente de la planta baja al ser menos denso tiende a ascender y esto provoca
la creación de corrientes de aire fresco entre el aire exterior y el aire interior, producto de la diferencia
de temperaturas del tercer piso del E1 y E5. Los salones de clase con dos ventanas del E5, registraron
las menores concentraciones de dióxido de carbono al tener más espacio para el intercambio de aire
a comparación de los salones con una sola ventana. En el E1 no se pudo hacer esta observación ya
que todas las ventanas son del mismo tamaño.
Respecto al confort térmico, los indicadores evaluados reflejaron una sensación térmica
“ligeramente caliente” en el E1 y “caliente” en el E5, mostrando así la inconformidad térmica con
los resultados obtenidos del voto medio previsto. En el caso de la planta baja en ambos edificios, el
confort térmico fue aceptable debido a que la sensación térmica variaba entre “neutral” y
ligeramente caliente, pero, la calidad del aire ofrecida era evidentemente pobre al superar los 2000
ppm a lo largo del año. Resultados semejantes fueron publicados por Wargocki et al. (2020) quienes
confirman que el uso exclusivo de ventilación natural no fue suficiente para mejorar la calidad del
aire interior en aulas cuyas concentraciones superaban las 2100 ppm.
Se puede señalar además que, durante los meses de enero, febrero, marzo, noviembre y diciembre,
que corresponden a la estación seca de Panamá, se registraron los mayores valores del PMV. En este
tiempo, el voto medio previsto tuvo un comportamiento directamente proporcional con las tasas de
renovación de aire interior. Esto resulta coherente porque en Panamá el clima es tropical de sabanas
y debido a esto, la temperatura exterior suele estar más alta que la temperatura del interior de los
edificios por lo que es posible que debido al intercambio de temperaturas, aumente el
sobrecalentamiento de los edificios en general.
También, al observar las Figuras 12, 13, 18 y 19, que comparan la tasa de renovación de aire interior
con la concentración de CO2, se determina que las tasas de renovación van ligadas de forma
inversamente proporcional al nivel de concentración de CO2 por lo que es necesario aumentar los
ACH utilizando equipos mecánicos. De esta manera, la concentración de CO2 en cada aula pudiese
alcanzar niveles aceptados por las normativas de referencia y se ofrezca una alta calidad del aire
interior a los estudiantes ( Ascione et al., 2021; Calama-González et al., 2019; Vartires et al., 2018).
Las concentraciones de dióxido de carbono encontradas, según la normativa española RITE
(Ministerio de Industria, Energía y Turismo del Gobierno de España, 2013), no representa un peligro
considerable para la salud; sin embargo, concentraciones superiores a 2000 ppm puede provocar
fatiga, dolores de cabeza y problemas de concentración (síntomas del edificio enfermo). También, la
exposición al CO2 puede aumentar el ritmo cardíaco y provocar náuseas (Wisconsin WisDHS, 2019).
En contraste, con el uso de equipos electromecánicos, es posible alcanzar mejores condiciones
ambientales en interiores (Ascione et al., 2021).
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 121
Finalmente, si bien ambos edificios están constituidos por los mismos materiales (desde las paredes,
ventanas y puertas), la orientación de cada uno determina en gran medida cómo se comporta la
ventilación natural. La ventilación natural, resulta favorable siempre y cuando las condiciones
climáticas sean tales que la temperatura del aire exterior sea inferior a la temperatura del aire interior
y se pueda asegurar una alta calidad de aire interior, de lo contrario, el uso de ventilación mecánica
es necesaria (ASHRAE, 2019).
Modo mecánico: evaluación de la ventilación con el uso de sistema de acondicionamiento de aire
La ventilación mecánica, es utilizada como una estrategia para garantizar las mínimas tasas
de renovación interior para mantener una alta calidad del aire (Poza-Casado, Gil-Valverde, Meiss,
& Padilla-Marcos, 2021). A pesar de sustituir el modo de ventilación en ambos edificios, la
ventilación mecánica no fue suficiente para alcanzar las mínimas tasas de renovación de aire interior
en el E1 y E5 sugeridas por ASHRAE (2019). No obstante, las aulas de ambas plantas del E1
cumplieron con los criterios de calidad del aire interior; incluso con tasas menores a 0.5 ACH en la
planta baja y el tercer piso. La concentración de dióxido de carbono permaneció en ambas plantas,
debajo de las 1200 ppm a lo largo del año. De manera similar, Vartires et al. (2018) confirmó que, al
incluir equipos electromecánicos para mejorar la ventilación en aulas, el dióxido de carbono
disminuyó de 2500 ppm a un aproximado de 1200 ppm. Reportes semejantes fueron publicados por
Ascione et al. (2021), Calama-González et al. (2019) y Wargocki et al. (2020). Las aulas del E5, no
mostraron mejorías en su calidad del aire interior pues las concentraciones registradas eran mayores
a 2400 ppm.
El confort térmico tuvo mejorías significativas con la implementación del sistema mecánico de
ventilación. Los estudiantes del E1 mostraron con el PMV una sensación térmica “neutral” y
“ligeramente caliente”, a diferencia de los salones del E5 que, a pesar de una pobre calidad de aire
interior, el PMV para la planta baja fue en su mayoría “neutral” mientras que el tercer piso
“ligeramente caliente”. Ascione et al. (2021) mencionó que al proveer ventilación mecánica el voto
medio previsto se mantuvo en valores menores a 1 y consideró que esta diferencia es válida debido
a que la sensación térmica forma parte de ambientes controlados moderadamente.
Con el análisis realizado para el modo mecánico, no se observó a detalle una relación directa o
inversa entre las tasas de renovación interior con la concentración de CO2. Durante los meses de
enero y febrero se observó una relación directa donde al aumentar los ACH la concentración de CO2
en las aulas también aumenta. A partir de marzo, no se observa un patrón entre las tasas de
ventilación y el CO2 pues, varía en los distintos meses para las plantas de los edificios.
Contrariamente al análisis del modo pasivo, no existe relación de concentración de CO2 con la
cantidad de ventanas o puertas de las aulas, tampoco la posición de las aulas referente a la altura de
cada edificio. Esto debido a que, en modo mecánico, se considera un funcionamiento totalmente
forzado (Ascione et al., 2021; Batterman et al., 2017; Calama-González et al., 2019).
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 122
5. Conclusiones
En la investigación presentada, se logró evaluar los sistemas de ventilación natural y
mecánica en dos edificios universitarios de la Universidad Tecnológica de Panamá, considerando la
calidad del aire interior, tomando como referencia las tasas de renovación de aire y la concentración
del dióxido de carbono, como también el voto medio previsto y modelo adaptativo de Fanger para
determinar el confort térmico de los estudiantes dentro de las aulas, considerando su nivel de
actividad y vestimenta.
Del análisis realizado, la ventilación natural no proveyó condiciones ambientales saludables para
los estudiantes; a lo largo de todo el año, los estudiantes manifestaron inconformidad térmica y las
concentraciones de dióxido de carbono superaron los máximos establecidos por normativas
internacionales. La ventilación natural basada exclusivamente en la apertura de puertas y ventanas
resulta insuficiente para garantizar una alta calidad del aire interior, sin considerar otros parámetros
que lo permitan. La ventilación en modo pasivo resulta favorable siempre y cuando existan las
condiciones que propicien su uso: desde la arquitectura, los materiales, el entorno y las condiciones
climáticas donde se ubique un edificio, pero también, se deben considerar el confort térmico de los
estudiantes, teniendo en cuenta su tipo de actividad y las características de vestimenta. En casos
donde se dificulte asegurar condiciones ambientales favorables para uso de la ventilación natural,
es necesario el uso de ventilación mecánica.
En modo activo, hubo mejorías considerables en términos de confort térmico en ambos edificios. No
obstante, la calidad del aire interior aumentó solo en las aulas del E1, mientras que, en el E5, no fue
suficiente el uso de equipos electromecánicos para mejorar las condiciones ambientales. Es
importante considerar en este sentido, la ocupación de un espacio. Las aulas de los edificios de la
Universidad Tecnológica de Panamá ocupan alrededor de 40 estudiantes por grupo. Un espacio
donde la densidad de ocupación es alta, puede influir significativamente a la calidad del aire interior
ya que es conocido que la concentración de CO2 en espacios interiores es debido principalmente al
metabolismo humano.
El uso de programas que utilizan dinámica computacional de fluidos (CFD) permitió abordar la
complejidad de la ventilación natural, predecir la ventilación mecánica e incluso la respuesta de las
personas dentro de edificaciones con indicadores de confort térmico. Sin embargo, se deben
considerar muchos parámetros al momento de evaluar el desempeño de la ventilación con este tipo
de programación. Se recomienda iniciar con la definición de las condiciones del entorno del edificio
a evaluar, incluyendo la ubicación geográfica, incidencias solares a lo largo del año, dirección del
viento, la dimensión de los espacios, materiales que componen la edificación, la cantidad de
personas que recurren el lugar y el tipo de actividad que ejercen en el lugar de estudio. Tomar en
cuenta los parámetros mencionados, permitirá resultados más precisos al momento de evaluar el
desempeño de la ventilación en edificios de diversa índole.
Novasinergia 2022, 5(1), 100-127 123
Contribución de los autores
En concordancia con la taxonomía establecida internacionalmente para la asignación de
créditos a autores de artículos científicos (https://casrai.org/credit/). Los autores declaran sus
contribuciones en la siguiente matriz:
Cedeño, M.
Solano, T.
Mora, D.
Chen, A.
Conceptualización
Análisis formal
Investigación
Metodología
Recursos
Validación
Redacción-revisión y edición
Conflicto de Interés
Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio; en la recogida, análisis
o interpretación de los datos; en la redacción del manuscrito o en la decisión de publicar los
resultados.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica
de Panamá por su colaboración. Esta investigación fue financiada por la Institución Panameña
secretaria nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (SENACYT) https://www.senacyt.gob.pa/,
bajo los proyectos con códigos FID18-056 y FIED19-R2-005, así como del Sistema Nacional de
Investigación (SNI).
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