Publicación: Mejoramiento del desempeño térmico de las aulas de clase del Centro Educativo Instituto Unibán de Apartadó, Antioquia
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Resumen en español
RESUMEN: El presente trabajo se enfocó en analizar el comportamiento térmico de cuatro aulas de clase del Instituto Unibán en Apartadó, una región de clima tropical con temperaturas que superan los 31°C. El objetivo principal fue mejorar el desempeño térmico de las aulas mediante el análisis de diferentes materiales y la implementación de soluciones que minimizarán la carga térmica en el interior de los espacios. La investigación partió del reconocimiento de que altas temperaturas en el entorno educativo afectan negativamente el rendimiento académico y el bienestar de los estudiantes. En este contexto, se diagnosticaron las condiciones térmicas de cuatro aulas mediante la instrumentación con equipos de medición que registraron datos en distintos momentos del día. La metodología empleada consistió en la construcción de un modelo digital de las aulas típicas utilizando el software EnergyPlus, el cual se basó en la información recopilada mediante mediciones en campo. A través de este software, se simuló el comportamiento térmico de los espacios, analizando la demanda energética, las condiciones de confort interior y el impacto de diferentes materiales de aislamiento en la reducción de la carga térmica. En este proceso, se llevó a cabo un análisis de sensibilidad que permitió evaluar los principales elementos que componen los salones, como pisos, muros, techos y ventanas, identificando las variables más influyentes en el confort térmico. Posteriormente, se exploraron diversas soluciones de aislamiento térmico y, además, se consideraron estrategias complementarias para mejorar la temperatura operativa, buscando reducir la radiación solar directa y optimizar la ventilación. Finalmente, se llevó a cabo un análisis de viabilidad económica mediante un análisis de precios unitarios (APU), evaluando el costo-beneficio de la alternativa que mejoraba en mayor medida el confort térmico de las aulas. Este enfoque integral permitió seleccionar la solución óptima para optimizar las condiciones térmicas en los espacios, asegurando que se alcanzaran niveles de confort adecuados para los usuarios. De esta manera, se garantizó no solo una mejora en la temperatura interior, sino también un entorno más agradable y saludable para los estudiantes. Los resultados del análisis revelaron que la incorporación de ventanas de alta eficiencia energética, junto con la integración de elementos de vegetación, puede mejorar significativamente el confort térmico en las aulas. Las ventanas actualizadas, diseñadas para limitar la entrada de radiación solar directa, contribuyeron a mantener temperaturas más agradables en el interior. Por otro lado, la vegetación circundante proporcionó sombra adicional, minimizando la carga térmica sobre las superficies exteriores de la edificación. La alternativa seleccionada no solo demostró ser económicamente viable, sino que también ofreció beneficios significativos en términos de aislamiento térmico y confort. Al reducir la temperatura interna y mantener condiciones más agradables, se creó un ambiente propicio para el aprendizaje, al tiempo que se disminuyó la dependencia de sistemas de refrigeración, lo que a su vez favoreció una gestión más sostenible del espacio.
Resumen en inglés
ABSTRACT: This study focused on analyzing the thermal behavior of four classrooms at Instituto Unibán in Apartadó, a region characterized by a tropical climate with temperatures exceeding 31°C. The primary objective was to enhance the thermal performance of these classrooms by examining various materials and implementing solutions to reduce the thermal load. The research was initiated with the recognition that high temperatures in educational environments impact negatively both academic performance and student well-being. In this context, the thermal conditions of the selected classrooms were diagnosed using measurement equipment that recorded data at different times throughout the day. The methodology employed involved creating a digital model of the typical classrooms using EnergyPlus software, which was based on data collected through field measurements. This software facilitated the simulation of indoor thermal performance, analyzing energy demand, indoor comfort conditions, and the impact of different insulation materials on reducing thermal load. A sensitivity analysis was conducted to evaluate the main elements comprising the classrooms—such as floors, walls, ceilings, and windows—identifying the most influential variables on thermal comfort. Subsequently, various thermal insulation solutions were explored, alongside complementary strategies aimed at improving operative temperature by reducing direct solar radiation and optimizing ventilation. Furthermore, an economic feasibility analysis was conducted through unit price analysis (UPA), evaluating the cost-benefit ratio of the alternative that significantly enhanced thermal comfort in the classrooms. This comprehensive approach enabled the selection of the optimal solution for improving thermal conditions in the spaces, ensuring that adequate comfort levels were achieved for users. Consequently, this not only improved indoor temperatures but also fostered a more pleasant and healthy environment for students. The results of the analysis revealed that incorporating high-efficiency energy windows, along with integrating vegetation elements, could significantly enhance thermal comfort in the classrooms. The updated windows, designed to limit direct solar radiation ingress, helped maintain more pleasant indoor temperatures. Additionally, the surrounding vegetation provided extra shade, minimizing thermal load on the building’s exterior surfaces. The chosen alternative not only proved economically viable but also offered substantial benefits in terms of thermal insulation and comfort. By reducing internal temperatures and maintaining more agreeable conditions, a conducive learning environment was created while simultaneously decreasing reliance on cooling systems, thereby promoting a more sustainable management of the space.