Prevención del sobrecalentamiento en aulas: un estudio de simulación termodinámica en Barcelona
A medida que el cambio climático intensifica las olas de calor veraniegas, garantizar el confort térmico en los edificios educativos se ha convertido en una prioridad.
Prevención del sobrecalentamiento en aulas: un estudio de simulación termodinámica en Barcelona


A medida que el cambio climático intensifica las olas de calor veraniegas, garantizar el confort térmico en los edificios educativos – especialmente en ciudades mediterráneas como Barcelona – se ha convertido en una prioridad. En esta publicación, exploramos los resultados de un estudio detallado de simulación termodinámica que evalúa el riesgo de sobrecalentamiento en dos aulas de una escuela primaria situada en Barcelona.
El estudio fue encargado para entender hasta qué punto un sistema de climatización centralizado de aire 100% exterior, con una Unidad de Tratamiento de Aire (UTA) suministrando aire de manera constante a 14 °C, puede mantener el confort térmico entre mayo y septiembre*, sin termostatos ni compuertas por zona. No se consideró la optimización de la envolvente térmica en el estudio.
* Las escuelas en España cierran desde finales de junio hasta septiembre. Sin embargo, para las simulaciones se incluyeron julio y agosto para obtener resultados bajo condiciones climáticas más exigentes. Esto también se debe a que el archivo climático se basa en datos históricos. En la actualidad, condiciones meteorológicas que solían darse en julio suelen presentarse en mayo.
Objetivos del estudio
La simulación buscaba responder a tres preguntas clave:
- ¿Cuántas horas durante el horario escolar de verano se superan los 27 °C en las aulas, a pesar de suministrarse aire enfriado a 14 °C?
- ¿Cuál es la relación óptima entre la temperatura exterior y la temperatura del aire suministrado para evitar tanto el sobrecalentamiento como el sobre enfriamiento, considerando un límite inferior de 14 °C para el aire de impulsión?
- ¿Cómo difiere la exposición solar entre aulas orientadas al este y al oeste, y cómo impacta esto en el confort térmico?
Herramientas de simulación y modelo
- Software utilizado: Las simulaciones se realizaron con DesignBuilder utilizando el motor de cálculo EnergyPlus.
- Datos climáticos: Se utilizó el archivo climático IWEC II para Barcelona-Aeropuerto, desarrollado por ASHRAE, basado en datos horarios de largo plazo.
- Modelo del edificio: El modelo incluye dos aulas idénticas—una orientada al este y otra al oeste—ubicadas en la tercera planta de un colegio. El pasillo entre ellas tiene orientación norte–sur. Los suelos y paredes interiores fueron modelados como adiabáticos.
- Prestaciones de la envolvente: Los parámetros de la envolvente del edificio cumplen los requisitos mínimos del CTE HE1 para la Zona Climática C (Barcelona). Las ventanas son de doble acristalamiento (Ug = 1,80 W/m²K) con una transmitancia visible del 79% y un factor solar del 59%. El muro exterior tiene un valor U = 0,49 W/m²·K, la cubierta U = 0,40 W/m²·K, y la permeabilidad al aire es n50 = 3 ren/h.
- Protección solar: Cada aula incluye dispositivos de sombreamiento exterior fijos con un factor de reducción del 50%, simulando una malla metálica expandida (deployé).
Condiciones interiores y configuración del HVAC
- Ocupación y cargas internas: Cada aula tiene 60 m², con 31 alumnos y un docente adulto. La iluminación y los equipos están activos solo durante el horario lectivo (lunes a viernes, de 08:00 a 18:00), aunque la iluminación permanece apagada en verano.
- Estrategia de ventilación: Una UTA central suministra un 100% de aire exterior fresco a un caudal de 45 m³/h por persona (1.395 m3/h por aula), con una eficiencia de recuperación de calor sensible del 79% y latente del 62%.
- Sistema de refrigeración: Una bomba de calor aire-agua enfría el agua a 7 °C, que se suministra a la batería de frío de la UTA, enfriando el aire de impulsión a una temperatura constante de 14 °C durante el horario escolar de verano. Las simulaciones suponen que esta es también la temperatura de suministro en cada aula (aunque en la práctica esto no será así debido a ganancias/pérdidas térmicas en los conductos). En mayo y septiembre, se aplica una estrategia de doble consigna para evitar el sobre enfriamiento:
· T exterior < 16 °C → Aire de impulsión a 20 °C
· T exterior > 17 °C → Aire de impulsión a 14 °C

Criterios de confort
El confort térmico se evaluó con los siguientes umbrales:
- Demasiado frío: Temperatura operativa ≤ 22 °C
- Rango óptimo de confort: 22 °C – 27 °C, con HR mínima = 30% y HR máxima = 60% a 26 ºC
- Demasiado calor: Temperatura operativa ≥ 27 °C
El análisis se centró exclusivamente en el horario escolar, de mayo a septiembre.
Resultados clave
Clima exterior (08:00–18:00, lunes–viernes)
Las temperaturas mínimas, medias y máximas del aire exterior seco para cada uno de los meses simulados se muestran en la figura siguiente:.

Riesgo de sobrecalentamiento – Resumen (% de horas lectivas > 27 °C)
La tabla siguiente muestra la evaluación del riesgo de sobrecalentamiento por aula y mes:

El aula orientada al este experimentó sobrecalentamiento en julio y septiembre, principalmente debido a las ganancias solares matutinas. En cambio, el aula oeste tuvo un comportamiento ligeramente mejor, con solo un 1% de sobrecalentamiento en septiembre.
Riesgo de sobre enfriamiento – Resumen (% de horas lectivas < 22 °C)
La tabla siguiente muestra la evaluación del riesgo de sobre enfriamiento por aula y mes:

Se observó un leve sobre enfriamiento en mayo y septiembre en el aula oeste, lo que evidencia el impacto de la exposición solar diferida en las primeras horas del día. Las siguientes figuras muestran los resultados en forma gráfica para mayo, julio y septiembre









Conclusiones principales
- El sistema centralizado de climatización mantiene generalmente el confort durante la mayor parte del horario escolar en ambas aulas, a pesar de la ausencia de control de temperatura por zona.
- La orientación importa: el aula este se calienta más rápidamente por la mañana, mientras que el aula oeste es más propensa al sobre enfriamiento en las primeras horas del día, especialmente en las estaciones intermedias.
- Julio representa el mayor riesgo de sobrecalentamiento, con temperaturas operativas internas que superan los 27 °C en el aula este durante el 7% del horario lectivo, a pesar del suministro de aire a 14 °C.
- El sobre enfriamiento se evita mediante una estrategia de doble consigna bien diseñada en mayo y septiembre, donde el aire de impulsión se ajusta según la temperatura exterior.
- Una puesta en marcha precisa es esencial. Dada la naturaleza centralizada del sistema, es fundamental garantizar el caudal y la temperatura correctos en cada aula para asegurar que el rendimiento real se asemeje al simulado.
Reflexiones finales
Esta simulación pone de relieve la importancia de una lógica de control HVAC cuidadosa pero sencilla para evitar el disconfort térmico en aulas. En climas cálidos como el de Barcelona, pequeñas mejoras en el diseño y control del sistema pueden marcar una gran diferencia en el rendimiento educativo y la eficiencia energética, utilizando controles simples. En sistemas de refrigeración por aire exterior al 100% en edificios grandes con una red de conductos de ventilación extensa, es crucial tener en cuenta las pérdidas de presión y las ganancias térmicas a lo largo del recorrido del aire frío, y cómo esto puede afectar tanto al caudal como a la temperatura del aire en las rejillas de suministro de cada aula.
Aunque no se incluyó en este estudio, también es esencial considerar y optimizar estrategias de diseño pasivo (aislamiento térmico, especificaciones de ventanas, estanqueidad, dispositivos de sombreamiento exterior, colores fríos en fachadas y reducción de cargas internas) para mejorar el confort térmico y reducir el consumo energético. A medida que avanzamos hacia edificios más resilientes y adaptados al clima, este estudio ofrece un ejemplo claro de cómo herramientas digitales como EnergyPlus y DesignBuilder pueden respaldar decisiones de diseño fundamentadas en datos.