A medida que el mundo enfrenta los desafíos crecientes del cambio climático y la degradación medioambiental, crece la urgencia de reevaluar y transformar nuestras fuentes de energía para la calefacción en edificaciones
Carlos García / Imágenes: cortesía de Trane
Durante décadas, la calefacción basada en gas y otros combustibles fósiles ha sido el pilar energético para la mayoría de los edificios comerciales e industriales. Y si bien estos sistemas han proporcionado calor y confort confiables, también han sido una fuente significativa de emisiones de dióxido de carbono (CO2) y otros contaminantes atmosféricos.
De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía (AIE), los edificios son responsables del 40 por ciento del consumo de energía a nivel mundial; la mitad de este porcentaje corresponde al uso de sistemas HVAC. La AIE prevé que la cantidad de unidades de aire acondicionado se multiplique por tres, pasando de las 1 mil 600 millones de unidades actuales, a un estimado de 4 mil 800 millones para el año 2050.
La creciente preocupación por el cuidado del planeta ha dado lugar a nuevas regulaciones que buscan asegurar un compromiso de las empresas con la sustentabilidad. Asimismo, los elevados costos de los energéticos y la conciencia medioambiental como factor para ganar buena reputación, está llevando a los operadores, gerentes y propietarios de edificios, ingenieros, consultores y diseñadores técnicos, a priorizar la adopción de alternativas sostenibles para descarbonizar la calefacción en edificios comerciales e industriales.
Tendencias en calefacción para edificios
La calefacción en edificios comerciales e industriales experimenta una transformación significativa; por un lado, es crucial para la operación cotidiana y la sustentabilidad de los negocios y edificios; por el otro, contribuye al bienestar de las personas y su productividad.
No obstante, la importancia de un sistema de calefacción va más allá de proporcionar un ambiente cálido y confortable. Hoy, se trata de lograr una conjunción entre el rendimiento óptimo del edificio, el confort de los ocupantes y la responsabilidad con el medio ambiente. Lo anterior, definitivamente, implica un desafío significativo para los responsables de las edificaciones.
A medida que los edificios se vuelven más modernos y complejos, las responsabilidades y compromisos de los administradores de instalaciones cambian de forma continua. De acuerdo con Trane, empresa experta en la industria HVAC, enfocada en la creación de entornos cómodos, sustentables y eficaces, resulta esencial que los propietarios de edificios y gerentes de mantenimiento estén al tanto de las tendencias e innovaciones sustentables. Esto les permitirá tomar decisiones más acertadas sobre los sistemas de calefacción, adoptar mejores prácticas para reducir la huella de carbono del edificio, anticiparse y adaptarse a posibles cambios regulatorios, entre otros beneficios.
4 tendencias sustentables
En un contexto de transición hacia un modelo más sustentable, están emergiendo algunas tendencias centradas en el uso de herramientas innovadoras para la calefacción, que prometen mayor eficiencia energética y una armonía con nuestro entorno. Con base en esto, Trane explora las principales tendencias emergentes que los gerentes de edificios, mantenimiento y operación necesitan conocer para la descarbonización de los inmuebles:
1. Electrificación de la calefacción. Entre todas las diversas estrategias de descarbonización de edificios, la electrificación de la calefacción está considerada como la próxima gran frontera. La transición desde sistemas de calefacción basados en combustibles fósiles (como gas natural, propano o petróleo) hacia un sistema que utiliza electricidad para generar calor, reduciría el uso de energía de los edificios, en más de 40 por ciento, y las emisiones de carbono en más de 75 por ciento, de acuerdo con datos de Frost & Sullivan.
Adicionalmente, representa una de las alternativas de calefacción al gas, ya que aprovecha las fuentes de generación eléctrica más limpias y eficientes. También es significativa en regiones donde la electricidad se genera a partir de fuentes renovables. Existen diversas soluciones para la electrificación de la calefacción, como los Sistemas de Flujo de Refrigerante Variable (VRF), que consolidan la calefacción y la refrigeración en un sistema multizona totalmente eléctrico, y están basados en bombas de calor enteramente eléctricas. Se trata de la tecnología más popular para descarbonizar la calefacción.
2. Almacenamiento de energía térmica. Es una tecnología que brinda la capacidad de almacenar y recuperar energía térmica, para su uso posterior en calefacción o enfriamiento, además de cargar o descargar, según las necesidades operativas, tarifas o programas de servicios públicos, disponibilidad de recursos renovables, entre otras variables. Lo anterior ayuda a optimizar la demanda eléctrica de los edificios y, por lo tanto, los costos de energía, la resiliencia o las emisiones de carbono. Estimaciones del Environmental and Energy Study Institute indican que la eficiencia térmica de estas tecnologías puede oscilar entre el 50 y 90 por ciento, dependiendo del tipo de energía térmica utilizada.
Estos sistemas, además, ayudan a consumir energía en los momentos más rentables del día. La generación y transmisión de electricidad suele ser más eficiente durante la noche cuando se utiliza una generación de carga base eficiente y las temperaturas ambiente son más bajas.
Una solución son la instalación de sistemas bomba de calor con fuente de almacenamiento (SSHP) de Trane. Estos equipos combinan el almacenamiento de energía térmica con calentadores para proporcionar un rendimiento de calefacción constante a cualquier temperatura exterior.
De acuerdo con varios estudios, el uso de IA aplicado en sistemas HVAC puede reducir la huella de carbono de un edificio hasta en un 40 %, y los costos totales de energía hasta en un 25 %.
3. Uso de la IA para optimizar la eficiencia energética. La inteligencia artificial (IA) está revolucionando la manera en que se gestiona y utiliza la energía en edificios comerciales. A través del aprendizaje automático, análisis predictivo y otros métodos avanzados, la IA ofrece soluciones que optimizan el consumo de energía, permiten un mantenimiento predictivo que reduce los tiempos de inactividad y los costos operativos, lo que contribuye a una operación más sostenible y ecológica.
El uso de este tipo de aplicaciones y servicios puede mejorar el uso de energía sin sacrificar el confort, un tema clave cuando se trata de optimizar el rendimiento de un edificio. Por ejemplo, servicios de inteligencia artificial aplicados en sistemas de aire acondicionado, ventilación y calefacción, pueden reducir la huella de carbono de un edificio hasta en un 40 por ciento, y los costos totales de energía hasta en un 25 por ciento.
4. Bombas de calor geotérmicas. También denominadas sistemas geotérmicos, este sistema funciona a través de electricidad, aprovechando la temperatura del subsuelo terrestre para accionar sistemas de calefacción para edificios. Aunque este tipo de calefacción comenzó siendo utilizado en entornos residenciales, está cada vez más disponible para aplicaciones comerciales, desde edificios pequeños hasta grandes, ya que su uso tiene el potencial de transformar esta industria.
De acuerdo con Environmental Action Germany, el 75 por ciento de la energía necesaria para operar estos equipos proviene de la fuente de calor, es decir, el suelo. Solo se necesita una pequeña cantidad de electricidad para hacer funcionar la bomba de calor. Al ser eléctricos, funcionan con fuentes de generación renovables; además, son altamente eficientes. Investigaciones realizadas por el de Rocky Mountain Institute (RMI) han evidenciado que sustituir una caldera de gas por una bomba de calor disminuye las emisiones de carbono desde el primer año de su implementación.
Descarbonización, el último paso
En el camino hacia la sustentabilidad, adoptar tecnologías de este tipo, que reduzcan las emisiones de carbono en los edificios comerciales e industriales, es de una relevancia enorme. No obstante, la transición de combustibles fósiles, como el gas, a las alternativas sustentables, no sólo conlleva crear edificios más verdes, también representa un compromiso con el futuro de nuestro planeta. Esta transición es una clara señal de que los sectores de la construcción y la gestión de edificios están evolucionando hacia prácticas más ecológicas. Las tendencias actuales subrayan una clara evolución equipos tradicionales basados en combustibles fósiles hacia soluciones innovadoras que aprovechan las energías renovables y tecnologías avanzadas que prometen un rendimiento superior, ahorros a largo plazo y que destacan en su capacidad para reducir significativamente las emisiones de carbono.
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La calefacción y su demanda de energía
Redacción, con información de la AIE.
De acuerdo con el informe The future of the heat pumps (2022), elaborado por la Agencia Internacional de Energía, la calefacción representa actualmente una parte considerable del consumo global de energía y una fuente importante de emisiones de CO2. La demanda global de energía para calefacción de espacios y agua alcanzó los 62 exajulios (EJ) en 2021, representando alrededor de la mitad del consumo de energía en edificaciones y emitiendo directamente alrededor de 2.5 gigatoneladas (Gt) de CO2, aproximadamente el 80 por ciento de las emisiones directas de edificaciones. Este número aumenta a 4 Gt de CO2 al considerar las emisiones indirectas de electricidad y calefacción urbana.
El nivel de demanda de energía varía sustancialmente según el hogar, tanto dentro como entre países y regiones, principalmente en función del clima, el tamaño del hogar, el espacio habitable, el grado de aislamiento de los edificios y el tipo y calidad del equipo de calefacción (Figura 2).
El 70 por ciento de las necesidades totales de calefacción son para calefacción de espacios y el resto para agua caliente, aproximadamente. La mezcla energética para la calefacción también varía. El gas natural es la principal forma de energía para la calefacción en edificaciones, cubriendo el 42 por ciento de la demanda global. Una sexta parte de la demanda mundial de gas natural se destina a la calefacción en edificaciones, y en la Unión Europea este número asciende a un tercio. Le sigue el petróleo con un 15 por ciento, después la electricidad con otro 15 por ciento. Mientras que la calefacción urbana, concentrada en China, Europa del Norte y del Este, y Asia Central, representa el 11 por ciento. El uso directo de biomasa y carbón cubre la diferencia. La mezcla de combustibles para la calefacción difiere considerablemente en las principales regiones calefactoras, aunque el gas domina en gran parte del mundo, excepto en Asia Oriental.
La mayoría de la población mundial que requiere calefacción ya cuenta con acceso a este servicio, lo que hace que las perspectivas de la demanda de calefacción sean relativamente predecibles. En la actualidad, casi el 40 por ciento de la población mundial vive en regiones que experimentan temperaturas ambiente que requieren calefacción de espacios al menos durante una parte del año. Se prevé que el número de personas en estas regiones, principalmente en el hemisferio norte, permanezca en gran medida estable en las próximas décadas. Sin embargo, la creciente prosperidad probablemente aumentará las necesidades totales de calefacción, especialmente en economías emergentes, a medida que las personas se mudan a viviendas nuevas y más grandes y aumentan su uso de servicios de calefacción, especialmente el agua caliente, aunque las mejoras en la eficiencia compensarán parte de este crecimiento.
El aumento de la actividad económica también aumentará las necesidades de calefacción en edificios comerciales. La demanda total de calefacción en edificaciones en economías emergentes aumentará significativamente entre 2021 y 2030, impulsada principalmente por el consumo agua caliente. En contraste, la demanda de calefacción en economías avanzadas se mantiene en gran medida estable, ya que las mejoras en la eficiencia equilibran un creciente número de hogares unipersonales, mientras que mayores esfuerzos para aumentar la eficiencia de los edificios, especialmente mediante mejoras en las envolventes, reducirán modestamente la demanda de calefacción de espacios.
Carlos García
Ingeniero electricista por el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey con más de 20 años de experiencia en la industria HVAC y como colaborador de Trane México. Desde el 2019, se desempeña como director General de Trane México.
