Eficiencia energética. Diseño de construcción

Los edificios son un campo importante para las mejoras de eficiencia energética en todo el mundo debido a su papel como un importante consumidor de energía. Sin embargo, la cuestión del uso de energía en los edificios no es sencilla, ya que las condiciones interiores que pueden lograrse con el uso de energía varían mucho. Las medidas que hacen que los edificios sean cómodos, iluminación, calefacción, refrigeración y ventilación, consumen energía. Normalmente, el nivel de eficiencia energética en un edificio se mide al dividir la energía consumida con el área del piso del edificio que se conoce como consumo de energía específico (SEC) o intensidad de uso de energía (EUI)

{\displaystyle {\frac {\text{Energía consumida}}{\text{Área de construcción}}}}

Sin embargo, el problema es más complejo ya que los materiales de construcción han incorporado energía en ellos. Por otro lado, la energía se puede recuperar de los materiales cuando el edificio se desmonta reutilizando los materiales o quemándolos para obtener energía. Además, cuando se usa el edificio, las condiciones interiores pueden variar, lo que da como resultado ambientes interiores de mayor y menor calidad. Finalmente, la eficiencia general se ve afectada por el uso del edificio: ¿el edificio ocupa la mayor parte del tiempo y se utilizan los espacios de manera eficiente, o el edificio está en gran parte vacío? Incluso se ha sugerido que para una contabilidad más completa de la eficiencia energética, se debería enmendar la SEC para incluir estos factores: 

{\displaystyle {\frac {{\text{Energía incorporada}}+{\text{Energía consumida}}-{\text{Energía recuperada}}}{{\text{Área de construcción}}\times {\text{Tasa de utilización}}\times {\text{Factor de calidad}}}}}

Por lo tanto, un enfoque equilibrado de la eficiencia energética en los edificios debería ser más integral que simplemente intentar minimizar la energía consumida. Se deben tener en cuenta cuestiones como la calidad del ambiente interior y la eficiencia del uso del espacio. Por lo tanto, las medidas utilizadas para mejorar la eficiencia energética pueden tomar muchas formas diferentes. A menudo incluyen medidas pasivas que reducen inherentemente la necesidad de usar energía, como un mejor aislamiento. Muchos cumplen varias funciones que mejoran las condiciones del interior y reducen el uso de energía, como el aumento del uso de la luz natural.

Ubicación y orientación:

La ubicación y el entorno de un edificio desempeñan un papel clave en la regulación de su temperatura e iluminación. Por ejemplo, los árboles, el paisaje y las colinas pueden proporcionar sombra y bloquear el viento. En climas más fríos, el diseño de edificios del hemisferio norte con ventanas orientadas al sur y edificios del hemisferio sur con ventanas orientadas al norte aumenta la cantidad de sol (en última instancia, energía térmica) que ingresa al edificio, minimizando el uso de energía, al maximizar el calentamiento solar pasivo. El diseño compacto del edificio, incluidas las ventanas de eficiencia energética, las puertas bien selladas y el aislamiento térmico adicional de las paredes, losas del sótano y los cimientos pueden reducir la pérdida de calor en un 25 a 50 por ciento.

Los techos oscuros pueden llegar a ser de 39 °C más caliente que las superficies blancas más reflectantes. Transmiten algo de este calor adicional dentro del edificio. Los estudios de EE. UU. han demostrado que los techos de colores claros utilizan un 40 por ciento menos de energía para la refrigeración que los edificios con techos más oscuros. Los sistemas de techo blanco ahorran más energía en climas más soleados. Los sistemas electrónicos avanzados de calefacción y refrigeración pueden moderar el consumo de energía y mejorar la comodidad de las personas en el edificio.

Huecos y luz:

La colocación adecuada de ventanas y tragaluces, así como el uso de características arquitectónicas que reflejan la luz en un edificio puede reducir la necesidad de iluminación artificial. Un estudio ha demostrado que el aumento en el uso de la iluminación natural y de trabajo incrementa la productividad en escuelas y oficinas.​ Las lámparas fluorescentes compactas utilizan dos tercios menos de energía y pueden durar de 6 a 10 veces más que las bombillas incandescentes. Las luces fluorescentes más nuevas producen una luz natural, y en la mayoría de las aplicaciones son rentables, a pesar de su costo inicial más alto, con períodos de amortización tan bajos como unos pocos meses. Las lámparas LED utilizan solo aproximadamente el 10% de la energía que requiere una lámpara incandescente.

El diseño eficaz de edificios con eficiencia energética puede incluir el uso de infrarrojos pasivos (PIR) de bajo costo para apagar la iluminación cuando las áreas no están ocupadas, como inodoros, pasillos o incluso áreas de oficinas fuera de las horas. Además, los niveles de lux se pueden monitorear utilizando sensores de luz diurna vinculados al esquema de iluminación del edificio para encender/apagar o atenuar la iluminación a niveles predefinidos para tener en cuenta la luz natural y reducir así el consumo. Los sistemas de administración de edificios (BMS) vinculan todo esto en una computadora centralizada para controlar los requisitos de iluminación y energía de todo el edificio.

En un análisis que integra una simulación de abajo hacia arriba residencial con un modelo multisector económico, se ha demostrado que las ganancias de calor variables causadas por el aislamiento y la eficiencia del aire acondicionado pueden tener efectos de cambio de carga que no son uniformes en la carga eléctrica. El estudio también destacó el impacto de una mayor eficiencia de los hogares en las opciones de capacidad de generación eléctrica que realiza el sector eléctrico.

Medidas activas:

La elección de la tecnología de calefacción o refrigeración de espacios para usar en edificios puede tener un impacto significativo en el uso y la eficiencia de la energía. Por ejemplo, reemplazar un antiguo horno de gas natural con una eficiencia del 50% por uno nuevo con una eficiencia del 95% reducirá drásticamente el consumo de energía, las emisiones de carbono y las facturas de gas natural en el invierno. Las bombas de calor de fuente terrestre pueden ser incluso más eficientes energéticamente y rentables. Estos sistemas utilizan bombas y compresores para mover el fluido refrigerante alrededor de un ciclo termodinámico con el fin de “bombear” calor contra su flujo natural de calor a frío, con el fin de transferir calor a un edificio desde el gran depósito térmico contenido dentro del terreno cercano. El resultado final es que las bombas de calor suelen utilizar cuatro veces menos energía eléctrica para suministrar una cantidad equivalente de calor que un calentador eléctrico directo. Otra ventaja de una bomba de calor de fuente terrestre es que puede invertirse en verano y operar para enfriar el aire transfiriendo calor del edificio al suelo. La desventaja de las bombas de calor de fuente terrestre es su alto costo de capital inicial, pero esto generalmente se recupera dentro de cinco a diez años como resultado del menor uso de energía.

Los medidores inteligentes están siendo adoptados lentamente por el sector comercial para destacar al personal y para propósitos de monitoreo interno del uso de energía del edificio en un formato dinámico presentable. El uso de los analizadores de calidad de energía se puede introducir en un edificio existente para evaluar el uso, la distorsión armónica, los picos, las crecidas y las interrupciones, entre otros, para, en última instancia, hacer que el edificio sea más eficiente energéticamente. A menudo, tales medidores se comunican utilizando redes de sensores inalámbricos.

Green Building XML (gbXML) es un esquema emergente, un subconjunto de los esfuerzos de Modelado de información de edificios, centrado en el diseño y la operación de edificios verdes. gbXML se utiliza como entrada en varios motores de simulación de energía. Pero con el desarrollo de la tecnología informática moderna, hay una gran cantidad de herramientas de simulación de rendimiento de edificios disponibles en el mercado. Al elegir qué herramienta de simulación usar en un proyecto, el usuario debe considerar la precisión y confiabilidad de la herramienta, teniendo en cuenta la información de construcción que tienen a mano, que servirá como entrada para la herramienta. Yezioro, Dong y Leite desarrollaron un enfoque de inteligencia artificial para evaluar los resultados de simulación del rendimiento del edificio y encontraron que las herramientas de simulación más detalladas tienen el mejor rendimiento de simulación en términos de consumo de electricidad de calefacción y refrigeración dentro del 3% del error absoluto medio.

El Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED) es un sistema de clasificación organizado por el US Green Building Council (USGBC) para promover la responsabilidad ambiental en el diseño de edificios. Actualmente ofrecen cuatro niveles de certificación para edificios existentes (LEED-EBOM) y nuevas construcciones (LEED-NC) según el cumplimiento de un edificio con los siguientes criterios: Sitios sostenibles, eficiencia del agua , energía y atmósfera, materiales y recursos, calidad ambiental interior, e innovación en diseño. En 2013, USGBC desarrolló LEED Dynamic Plaque, una herramienta para rastrear el desempeño del edificio en comparación con las métricas LEED y un camino potencial para la recertificación. El año siguiente, el consejo colaboró con Honeywell para recopilar datos sobre el uso de energía y agua, así como la calidad del aire interior de un BAS para actualizar automáticamente la placa, proporcionando una visión del rendimiento casi en tiempo real. La oficina de USGBC en Washington, DC, es uno de los primeros edificios en presentar la placa dinámica LEED de actualización en vivo.

Una modificación de energía profunda es un proceso de análisis y construcción de todo el edificio que se utiliza para lograr ahorros de energía mucho más grandes que las modificaciones de energía convencionales. Las modificaciones de energía profundas se pueden aplicar a edificios residenciales y no residenciales (“comerciales”). Una reconversión profunda de la energía generalmente resulta en ahorros de energía del 30 por ciento o más, tal vez repartidos en varios años, y puede mejorar significativamente el valor del edificio. El Empire State Building ha sufrido un profundo proceso de modernización de energía que se completó en 2013. El equipo del proyecto, compuesto por representantes de Johnson Controls , Rocky Mountain Institute, Clinton Climate Initiative y Jones Lang LaSalle, habrá logrado una reducción anual del uso de energía del 38% y $ 4.4 millones. Por ejemplo, las 6,500 ventanas fueron remanufacturadas en el lugar en super ventanas que bloquean el calor pero que pasan la luz. Los costos de operación del aire acondicionado en los días calurosos se redujeron y esto ahorró $ 17 millones del costo de capital del proyecto de inmediato, financiando en parte otras reparaciones. Al recibir una calificación de oro de Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED) en septiembre de 2011, el Empire State Building es el edificio con certificación LEED más alto de los Estados Unidos. El edificio del condado y la ciudad de Indianápolis se sometió recientemente a un proceso de modernización energética profunda, que ha logrado una reducción anual de energía del 46% y un ahorro anual de energía de $ 750,000.

Las modernizaciones de energía, incluidas las profundas, y otros tipos realizados en ubicaciones residenciales, comerciales o industriales generalmente se respaldan a través de diversas formas de financiamiento o incentivos. Los incentivos incluyen reembolsos preempaquetados en los que el comprador / usuario ni siquiera puede saber que el artículo que se está utilizando ha sido reembolsado o “comprado”. Las compras de “upstream” o “midstream” son comunes para productos de iluminación eficientes. Otros descuentos son más explícitos y transparentes para el usuario final mediante el uso de aplicaciones formales. Además de los descuentos, que pueden ofrecerse a través de programas gubernamentales o de servicios públicos, los gobiernos a veces ofrecen incentivos fiscales para proyectos de eficiencia energética. Algunas entidades ofrecen servicios de facilitación y orientación de reembolsos y pagos que permiten a los clientes de uso final de energía aprovechar los programas de incentivos e incentivos.

Para evaluar la solidez económica de las inversiones en eficiencia energética en edificios, se puede utilizar el análisis de costo-efectividad o CEA. Un cálculo de CEA producirá el valor de la energía ahorrada, a veces llamada negawatts , en $/kWh. La energía en tal cálculo es virtual en el sentido de que nunca se consumió sino que se ahorró debido a una inversión en eficiencia energética. Por lo tanto, CEA permite comparar el precio de los negawatts con el precio de la energía, como la electricidad de la red o la alternativa renovable más barata. El beneficio del enfoque CEA en los sistemas energéticos es que evita la necesidad de adivinar los precios futuros de la energía a los efectos del cálculo, eliminando así la principal fuente de incertidumbre en la evaluación de las inversiones en eficiencia energética.

Fuente: wikipedia.org

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