Ahorro de energía en sistemas de aire acondicionado

La sostenibilidad de un edificio tiene que ver ampliamente con la eficiencia de los sistemas que lo integren, considerando calidad, estado y uso del equipo.

Igor Mayorga Medrano.

Hoy por hoy, el estudio del tema de la sostenibilidad se ha enfatizado: edificios verdes, edificios inteligentes, entre otros. Parte importante para estos conceptos son la eficiencia y el ahorro energético de los sistemas que integran el edificio.

La ideología de muchos de los desarrolladores aún está enfocada en el costo inicial de sus construcciones, despreciando muchas veces la calidad de los equipos, además del costo de operación y mantenimiento que puede representar el hecho de instalar sistemas baratos y con poca eficiencia energética, pues el 80 por ciento del costo total de la vida útil del edificio es para la operación y mantenimiento del inmueble.

Por qué ahorrar energía

• El costo es menor en el pago de la facturación eléctrica
• Preserva los recursos naturales
• Es importante mencionar que el ahorro de energía no significa dejar de utilizar el aire acondicionado o estar en penumbras, lo que se busca es hacer uso racional de ésta.

1. Planeación y diseño del sistema de HVACR
En ésta fase es donde se puede generar un ahorro mayor de tiempo y energía. Parte de los criterios importantes que impactan en el consumo energético se desarrollan en un principio, desde la ubicación del inmueble, donde la latitud y altitud, temperatura de bulbo seco y húmedo, tipo de clima, entre otros factores, juegan un papel muy importante según el uso que se le dará al inmueble.

Adicional a lo anterior, la arquitectura también tiene mucha influencia en los espacios: la orientación, la relación de vidrio-muro del edificio, los materiales por utilizar en el piso, techo, muros, por mencionar algunos.

Lo anterior sirve como base para poder elegir el mejor sistema HVACR; normalmente, con un cálculo térmico. Es importante contar con todos los datos para no sobredimensionar o subdimensionar los equipos; si esto sucede, el consumo energético puede ser mucho mayor, dado que hace que los componentes trabajen alejados de su punto de máxima eficiencia, disminuyendo la eficiencia global del sistema.

2. Aislamiento térmico
Un buen aislamiento en muros y techos ayuda a disminuir la carga térmica dentro del inmueble, lo que se traduce en equipos más pequeños y por lo tanto más baratos. El aislamiento térmico se define como la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor por conducción, la cual se evalúa por la resistencia térmica que tienen.

Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, al paso del calor a través de ellos. Los metales, por ejemplo, tienen escasa resistencia térmica.

Normalmente, los materiales de construcción como ladrillos, yeso y mortero cuentan con resistencia media, mientras que los que ofrecen resistencia alta son los aislantes térmicos específicos como lanas minerales, espumas plásticas, aislantes celulósicos, entre otros.

Otra forma de aislamiento que puede implementarse es el paisajismo. Los árboles y plantas en lugares estratégicos pueden desviar las corrientes de aire frío en invierno y proporcionar sombra en verano. Esto definitivamente nos ayuda a ahorrar energía y dinero en el sistema de HVACR, además de otros beneficios al medioambiente y calidad de aire, como la generación de oxígeno y menos producción de CO2 en la atmósfera.

3. Integración de monitoreo y control para el sistema HVAC
El monitoreo y control puede ser tan sencillo o complicado según las necesidades del edificio y del cliente, desde un termostato hasta un BMS.

Normalmente, la temperatura óptima para evitar exceso de consumo energético es de 72°F a 78°F, éste varía según la humedad del lugar. Cada ajuste por debajo de los 78°F aumenta el consumo de energía en aproximadamente 8 por ciento. Adicional, hay que cuidar el no colocar lámparas, televisores o cualquier dispositivo que genere calor cerca del termostato del aire acondicionado, pues éste lo detecta y hace que el sistema funcione más tiempo del necesario.

En el caso de la movilización del aire y fluidos se requieren ventiladores y bombas, pero no siempre es necesaria la máxima capacidad de los mismos, por lo que generalmente los sistemas operan encendiendo y apagando para mantener las condiciones deseadas (control On/Off). Sin embargo, en relación a un control continuo demanda en el tiempo un mayor consumo eléctrico.

Variando la velocidad de giro de un ventilador o una bomba se puede obtener el flujo requerido minimizando el consumo de energía. En el caso de la ventilación es de particular utilidad la regulación de caudal

• Regula las condiciones de confort mediante el control del caudal de aire.
• Aire acondicionado de presión para data centers u hospitales.
• Manutención del caudal de aire a pesar de filtros sucios en hospitales, clínicas y laboratorios.

4. Pruebas de desempeño
Muchos de los problemas en la infraestructura HVACR se deben a una mala ejecución al instalar el sistema. Para prevenir dificultades futuros y asegurarse del adecuado funcionamiento del sistema, puede implementarse un proceso de pruebas de desempeño.

Esta metodología se divide en dos etapas:
Primero. Verificar que las instalaciones estén de manera adecuada: soportes, ductos, tuberías, difusores.

Contar con la documentación necesaria para poder comparar los resultados: reportes de pruebas de fábrica, de arranque, balanceo de aire y agua, garantía, entre otros.

Segundo. Seguir el protocolo para poner a prueba el desempeño por equipo y sistema simulando diferentes escenarios. Éste paso se revisa a detalle con el ASHRAE Guideline 0-2005 y el ASHRAE Guideline 1-2007.

5. Eficiencia energética
Dentro de lo posible, es necesario escoger los equipos con mejor eficiencia. Aunque el precio inicial sea alto, los periodos de inversión serán cortos.

La eficiencia energética engloba las acciones de mejoramiento para minimizar el consumo de energía, y mantener o mejorar las prestaciones de servicio y calidad. Para su registro y control se utilizan indicadores de consumo de energía que miden qué tan bien se está aprovechando la energía disponible. Un indicador de eficiencia energética se define como la razón entre un servicio, función o valor entregado, y la energía convertida para proveerlo.

El Consejo de las Comunidades Europeas, en su Directiva 92/75/CE, define siete clases de eficiencia energética, identificadas por un código de color y letras, con el verde y la A para los equipos más eficientes, y el rojo y la G para los menos eficientes.

Existen otros programas para promover los productos eléctricos de consumo eficiente de electricidad, como Energy Star, de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, o el Energuide en Canadá.

6. Evitar fugas de aire
Encontrar cualquier fuga de aire en el inmueble y sellarla. Puede ser con cinta térmica o masilla, reduciendo la entrada y salida de aire por las grietas en ventanas, puertas y agujeros. El exceso de fugas de aire puede hacer que el ambiente se sienta húmedo y con ráfagas de aire, además de causar que tanto calefacción, como refrigeración resulten mucho más costosas.

7. Evitar el paso de la radiación solar hacia los espacios interiores del inmueble
Un vidrio térmico normalmente es costoso, por lo que una opción para implementar en edificios con gran cantidad de vidrio pueden ser persianas, cortinas o toldos que eviten el paso de la radiación solar hacia los espacios interiores del inmueble.

8. Operación y mantenimiento periódico
La operación y el mantenimiento constante de los equipos de aire acondicionado representan uno de los costos energéticos más altos para las empresas de cualquier tipo, pero es fundamental para asegurar la comodidad de los empleados, la productividad del negocio y la calidad del producto.

Programar un servicio de mantenimiento habitual para el sistema de HVACR es muy recomendable, la periodicidad sugerida es realizarlo todos los años o de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. El mantenimiento habitual permitirá que el sistema funcione de forma óptima y que el consumo original no se incremente.

El uso diario de un sistema de HVACR degrada la eficiencia del mismo con el paso del tiempo. Por ello es también necesario mantener y cambiar si es necesario, los filtros, ya que ayudan a que el consumo de energía no incremente.

9. Evitar equipos de segunda mano o antiguos
La eficiencia de los equipos usados es mucho menor que la de los actuales, además de que muchos de los equipos de aire acondicionado viejos utilizan refrigerantes que destruyen la capa de ozono. Usar equipo de segunda mano puede resultar más costoso a largo plazo que adquirir uno nuevo.

10. Visión integral del inmueble
Es recomendable trabajar con un diseño integrado, es decir, donde exista un aporte multidisciplinario, el cual ayude a crear sinergias en beneficio del proyecto. Es importante escuchar y poner en práctica las opiniones e ideas de los arquitectos, diseñadores, contratistas, proyectistas e incluso, si es posible, del staff de operación y mantenimiento.
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Igor Mayorga Medrano
Estudió Ingeniería Eléctrica y en Sistemas Electrónicos en la Universidad La Salle. Cuenta con cinco años de experiencia en ingenierías electromecánicas y especiales, revisiones de diseño, planeación, consultoría, implementación y soporte en procesos. Ha ejecutado de manera exitosa proyectos de ingeniería/pre-construcción/construcción y proceso de commissioning para el sector público y privado. Se desarrolla actualmente en AKF México como Commissioning Agent.