Hacia el Net Zero en la industria HVAC

La climatización cero emisiones es posible gracias a un diseño inteligente que genera la misma cantidad de energía consumida.

Myriam Sánchez.

El edificio Expo CIHAC, uno de los más innovadores en consumo cero de energía.

El ser humano, por naturaleza, busca cubrir  sus necesidades desde las fisiológicas, hasta las más complejas, como la  autorrealización.

Con base en  la pirámide de jerarquía de necesidades del psicólogo humanista Abraham Maslow, dentro del escalón de seguridad y protección, estaría la búsqueda del individuo por habitar al interior de un espacio confortable.

Para satisfacer dicha necesidad, se han creado equipos y sistemas de climatización que proveen condiciones ideales de temperatura, humedad y limpieza del aire al interior de un espacio.

Independientemente del sistema de aire acondicionado o calefacción que se utilice para cubrir esa demanda climática, según el ingeniero Gerardo Sánchez, gerente de Automatización de Trane México, “es cierto que el principal consumidor de energía eléctrica en edificios comerciales es el equipo de acondicionamiento”.

De igual forma, el doctor David Morillón Gálvez, del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), comenta, en entrevista con Mundo HVAC&R, que, en la Ciudad de México, el mayor consumo energético en un edificio de oficinas es la iluminación y el aire acondicionado. Entonces, “al disminuir el uso de esos equipos, también se reduce la generación de energía eléctrica”.

Ante la problemática del desenfrenado gasto energético, se han creado diversos métodos o herramientas que evitan un agotamiento de recursos naturales no renovables así como el deterioro ambiental.

Una de las tendencias en construcción es el término Net Zero Energy Buildings (edificios de energía cero). El ingeniero Jorge Diez de Bonilla, director técnico del edificio CIHAC, señala que este concepto, también llamado Zero-Net (ZNE), se refiere a edificios con cero consumo neto de energía, es decir, que consumen lo mismo que generan y logran cero emisiones de carbono en el transcurso de un año.

El ingeniero Diez de Bonilla explica que “se trata de una tendencia que investiga una forma para la creación de edificios capaces de generar la energía que demandan mediante energías renovables.  Vamos a decir que lo que consumimos de energía es igual a lo que generamos dentro del mismo inmueble, que nos dará un consumo neto balanceado de cero”, complementa.

Diferencia entre edificios sustentables y Net Zero
Con el respaldo del conocimiento del doctor Morillón, en el transcurso del tiempo, los términos Net Zero han madurado, ya que anteriormente se referían a edificios autosustentables o autosuficientes.

Posteriormente, se utilizó el término sustentable, sin embargo, de acuerdo con el doctor, este tipo de edificio se manejaba de forma independiente en cuanto a sus recursos e impactos, ya que no se comprometía al sistema de la red como parte de un conglomerado, como un elemento más de la ciudad con sistemas de agua y energía.

Un edificio sustentable implica una calidad en el aire al interior del edificio. Según el ingeniero Sánchez, está más orientado a minimizar emisiones contaminantes, como los gases de efecto invernadero y a disminuir la descarga a la red principal de la ciudad. Todo esto con la finalidad de cumplir con las necesidades actuales, sin detrimento de cumplir con las del futuro. “El edificio sustentable genera en ocasiones y en otras no”, subraya el doctor Morillón.

Ahora, en lo que respecta al edificio Net Zero Energy, este sí tiene que ver con todo su entorno, debido a que “evalúa el impacto que tiene en el sistema eléctrico de una ciudad y la autosuficiencia que consigue en el lapso de un año; situación que no se considera en el edificio sustentable”. A pesar, señala el ingeniero, “de estar más enfocado al tema de energía y no tanto a cuestiones amigables con la ecología”.

Entonces por el hecho de hacer uso de recursos renovables, irrevocablemente se favorece al ambiente natural. “Son muy parecidos porque ambos van a buscar minimizar el uso de combustibles fósiles, pero el ser sustentable puede que no sea Net Zero”, asegura.

A la conquista del cero energía
Para poder conseguir un edificio Net Zero, el ingeniero Sánchez indica que la labor a realizar, es básicamente a partir del diseño del inmueble. “En realidad debe existir un trabajo grupal entre consultores, ingenieros y arquitectos que estén a cargo del desarrollo del proyecto”.

En primera instancia, se deben definir las metas de acuerdo a la inversión inicial que se pretenda ejecutar al contemplar materiales de mejor aislamiento, fachadas de vidrios, orientación y equipos eficientes que permitan hacer un consumo de energía más bajo. Posteriormente, de acuerdo con el doctor Morillón, se deben obtener aparatos de tecnología eficiente para cuando se requieran, y finalmente contemplar la forma en que será generada la energía demandada a través de métodos renovables.

Los equipos de climatización significan un alto porcentaje del gasto total que puede tener un inmueble, y por ende es importante analizar la forma en que este sector influye para conseguir realmente un establecimiento de energía cero.

Electrodomésticos de mayor consumo
Acorde con el ingeniero Diez de Bonilla, el diseño bioclimático es de gran ayuda para poder ventilar un edificio por medio del aire natural. “Se debe realizar un estudio anticipado del lugar, tener en cuenta la utilización de materiales ecológicos, ventilación natural, aislamiento óptimo y orientación de la construcción para el control climático”, así lo afirma el arquitecto Marlom Morales, especialista en arquitectura bioclimática en SIMONA.

Al tener cubierto el punto de diseño, es elemental poner atención en los equipos eficientes a utilizar. El doctor Morillón comenta que actualmente existen muchos sistemas de climatización y electrodomésticos que ayudan a ganar un ahorro del 20 al 60 por ciento de energía, siempre y cuando los productos estén certificados mediante normas, sellos y etiquetas que los avalen.

Uno de los sellos más famosos es el  Energy Star, creado en 1992 en Estados Unidos para promover los productos eléctricos con consumo eficiente. En el caso de México, el doctor informa que el sello del Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE) es el responsable del uso eficiente de los equipos. Asimismo, es indispensable contar con la Norma Oficial Mexicana, el ISO 50001, referente al ahorro de energía, y el ISO 14001, sobre el cuidado del medioambiente.

Por otro lado, el ingeniero Sánchez, sugiere aplicar el conocimiento que ya se tiene de años atrás y cambiar los parámetros convencionales con los cuales se diseñan los sistemas de aire acondicionado.

Una opción es la metodología Earthwise o sabiduría de la tierra, que consiste en manipular menos fluido, aire o agua helada al circular por pequeñas tuberías y ductos, que ocasionan un menor uso de recursos naturales no renovables y menor gasto de energía para su distribución hacia diferentes zonas.

De igual forma, recomienda la aplicación de técnicas de automatización que logran una mejor calidad del aire interior. “También es trascendental apoyarse con herramientas de modelado energético para escoger los equipos de acondicionamiento y sistemas de automatización adecuados que ayuden a controlar su desempeño laboral y consumo alcanzado durante un año”.

El edificio una vez estructurado y diseñado bioclimáticamente, equipado con tecnologías eficientes, solamente necesitará generar la cantidad de energía demandada con renovables. Para esto, el ingeniero Sánchez cita dos de las fuentes más recurrentes: el sol y el viento, de las cuales considera que la energía eólica tiene una limitante porque el viento no es igual de favorable en todos los lugares. En cambio, respecto de la energía solar, es más sencillo conseguir sus beneficios al estar presente en todos lados.

Otras opciones citadas por el doctor Morillón son la biomasa, la marina y la geotermia. De esta última hizo hincapié, debido a que en México ya se utilizó en la construcción de algunas casas de Ciudad Juárez.

“La temperatura del suelo, por su gran masa térmica, se tomó con la ayuda de una bomba para transmitirla al interior del hogar”. Además, debido a que la temperatura del aire es constante a una cierta profundidad de la Tierra, el método puede ser utilizado para enfriar o calentar el clima habitacional.

Edificios Net Zero
1. Edificio sede del CIHAC
Ubicación: Ciudad de México

Descripción: Cuenta con certificación LEED oro, Plus energy, Net Zero

Características:

• Diseño bioclimático que considera la orientación
• Calefacción solar, complementada con gas en pequeña proporción que calienta el agua de lluvia almacenada en el sótano que surte los pisos radiantes
• Un aerogenerador, no muy eficiente en el caso del D.F.
• Ventilación natural que proviene de sus propios invernaderos. Aire frío al norte y aire caliente al sur
• Sistema automatizado
• Tubos solares de iluminación y LEDS
• 54 paneles solares en la azotea
• Inversores que transforman la energía directa del sol en alterna
• Baterías que permiten una jornada de trabajo sin luz, lo que hace posible la eliminación de los No Break de las computadoras
• Los excedentes se mandan a la red municipal

Con información del ing. Jorge Diez de Bonilla, director técnico del edificio Expo CIHAC

2. Corporativo IDeAs
Climatización: Johnson Controls

Ubicación: San José, California, EU

Descripción: sistema de aire acondicionado que incluye una plataforma Metasys y una bomba de calor geotérmica, así como la instalación de suelo radiante con tubería de flujo en contracorriente, que utiliza el agua para transmitir calefacción y enfriar el espacio.

3. Museo de Sitio Xochicalco
Ubicación: Morelos

Descripción: Su lugar de ubicación, a 36 kilómetros de Cuernavaca le impide estar conectado a la red eléctrica, por lo que se abastece cien por ciento de energía solar

Características:

Suministro de electricidad                                            100% (solar)

Suministro de agua                                                      90% (lluvia)

Ahorro en iluminación                                                  95%

Ahorro en aire acondicionado                                       100%

Ahorro de agua por tratamiento de agua tratada                       30%

Ahorro anual de agua de un cuerpo receptor                 90%

El ingeniero Sánchez enfatiza que también se puede acudir al uso de Off-Site. Esto significa que al no contar con el espacio suficiente para instalar algún sistema de energía renovable como turbinas eólicas o paneles solares, existe la posibilidad de utilizar energía generada fuera del sitio; en donde el clima y las condiciones permitan la explotación de estas fuentes alternativas. Finalmente, una vez contemplado el diseño bioclimático, los equipos eficientes y la utilización de energías renovables necesarias para lograr un edificio Net Zero, es recomendable emplear la documentación. El ingeniero Sánchez afirma que de esta forma se tiene el conocimiento de cómo trabaja el edificio, cómo trabajó y cómo se puede mejorar el desempeño del mismo con base en la experiencia obtenida.

Net Zero y la red nacional
El doctor Morillón explica la dinámica en la que se trabaja cuando se cuenta con un edificio Net Zero que está conectado a la red nacional. “También, en el concepto de energía cero, es importante ver qué impacto va a tener esa generación en la red, para entonces saber si realmente es energía cero o no”, asevera.

Anteriormente, CFE era el único que podía generar, vender y distribuir energía eléctrica. Fue hasta 1992 que se permitió que otros generarán electricidad únicamente para su abastecimiento (su venta y distribución era prohibida).

De acuerdo al doctor Morillón, pocos eran los que se animaban a generar su propia fuente de electricidad, ya que para su almacenamiento requerían de baterías; las cuales son caras, contaminantes y no muy eficaces.

Posteriormente, en 2008 se permitió a las personas que generaran su propia energía mediante fuentes renovables, conectarse a la red con una cantidad limitada:

Actualmente con la tendencia Net Zero, se consideran todos los impactos provocados a la red durante un año, con el objetivo de verificar que lo que se demanda es lo que se genera en el edificio, “qué ruidos hay en el sistema eléctrico por meter y tomar energía, cuánto es lo que se genera, cuánto se le dará al usuario y cuánto se le va a meter a la red de CFE”, explica Morillón.

Por otra parte, un edificio autosuficiente en el transcurso del día genera electricidad que posiblemente no utilice al cien por ciento. En estos casos la energía es enviada a la red para almacenarla hasta que se solicita de regreso, CFE tiene el compromiso de regresarla sin ningún costo.

Por ejemplo, cuando las personas de un edificio necesitan electricidad al anochecer, se acude al suministro de la red para abastecerse, ya que a esas horas no es factible el uso de las energías renovables.

Cuando el edificio llegue a consumir más de lo que proporciona a la red, debe pagar a la comisión ese porcentaje de más. En cambio, si el edificio autosuficiente es capaz de generar un excedente, en lugar de consumirlo, se lo suministra a CFE.

A esta situación se le conoce como impacto plus o energía plus, que consiste efectivamente en que ahora la comisión compra esa energía al precio que la vende. Sin embargo, hay que destacar que aún no está autorizada la venta o compra a otro organismo que no sea la CFE.

Ante esta panorámica, señala el doctor Morillón,  “en México no es negocio la opción de generar electricidad, ya que aparte de estar limitados en el mercado, a CFE se le vende sin obtener ninguna ganancia”. Sin embargo, en otros países como España o Estados Unidos se llega a pagar hasta 5 veces su valor.

También considera que al ser un edificio sustentable, se tiene el riesgo de que en ocasiones se genere y en otras no, así como el ser siempre un edificio plus energy provoca un desbalance en el sistema eléctrico porque la red debe tener la capacidad de acomodar esa energía que se metió de más.

De lo contrario, dicha energía se perderá y por consiguiente CFE al tener la obligación de proporcionar ese recurso en cualquier momento, debe generar de nuevo más electricidad de forma convencional, es decir, que provenga de hidrocarburos.

El edificio Net Zero toma en cuenta todos esos aspectos, ya que busca un balance anual por medio de la disminución de necesidades y requerimientos de la electricidad a través del diseño bioclimático y el ahorro de energía.

Generación contra conservación
El agrónomo Eric E. Andrade, en su artículo “El debate generación de energía contra conservación de energía”, explica que el concepto edificios Net Zero, puede llegar a entenderse de forma errónea.

También aterriza que, es posible que algunas personas consuman  mayor energía, siempre y cuando generen la misma cantidad demandada, con energías renovables.  No alcanza con el concepto de consumir más, señala en su texto, sino es igual a generar más. Lo ideal es cuando un edificio demanda la menor cantidad posible de energía, y la que se llegue a necesitar se obtenga a través de energías renovables.

En palabras de Andrade, existe un continuo debate entre ambientalistas, académicos e involucrados en el mercado sobre la generación de energía contra la conservación de la misma.

Algunos ambientalistas expresan que en muchas construcciones no se analiza la tasa de retorno energético (TRE), es decir que durante el periodo de construcción, se evite el consumo de energía. En cambio, la mayoría de las personas pone atención únicamente en el gasto energético durante el funcionamiento y operación de los edificios.

Al respecto, el doctor Morillón argumenta que el Net Zero Energy no solo considera la generación, sino también la búsqueda de la disminución de requerimientos de energía que trae como consecuencia el ahorro, uso eficiente o conservación de la misma.

Esto se hace posible, “a partir de un buen diseño, con tecnología eficiente, iluminación Leadership in Energy and Enviromental Desing (LEED), con plantas fluorescentes en lugar de candecentes, aire acondicionado y calefacción eficiente, o incluso, mediante sistemas de climatización solar”.

Sobre el ahorro de energía, el doctor señala que “no se puede ahorrar, simplemente se deja de utilizar la convencional que es contaminante por la utilización de recursos agotables como el petróleo, el gas, y el carbón”.

Por ejemplo, cuando el edificio se ubica en un lugar de clima caliente y está diseñado para no almacenar, ni dejar pasar ese calor al interior, por ende, se requiere menos tecnología para climatizar. “Entonces, al hablar de conservación, es entenderlo como el no requerir energía convencional”.

En opinión del ingeniero Gerardo Sánchez, los dos conceptos no deberían contraponerse, sino todo lo contrario, deben complementarse para no limitar los beneficios que se pueden lograr con ambas ideas.

De igual forma, han surgido muchas especulaciones sobre si el Net Zero es una realidad o un espejismo. Una de las primeras metas de un edificio de energía cero, según el ingeniero Gerando Sánchez, es lograr que el inmueble consuma electricidad equivalente a la que se genera con métodos renovables.

Pero también dentro de esta tendencia se toma en cuenta que la energía necesitada sea lo mínimo posible con la ayuda de un diseño bioclimático que contribuya a la reducción de consumo energético. “Vamos a decir que el concepto es flexible para ocupar diversas estrategias que logren un balance positivo, que muchas veces, no se alcanzará ese cero perfecto, pero si, cercano a ello”, refuta.

Inversión: un gran inconveniente
El ingeniero Sánchez, considera que actualmente los edificios Net Zero no son costeables, lo que significa una barrera para su aplicación en diversos proyectos.

Sin embargo, argumenta que es una tendencia que apenas está en el proceso de experimentación, la cual requiere de algún tipo de subsidio para fomentar el que se construyan departamentos de energía cero.

“Se requiere participación del gobierno y legal para juntar esfuerzos en conseguir subsidios que permitan que el costo de estas innovaciones baje hasta lograr un precio comercial accesible”. “Hoy es un atractivo científico, más que económico”, expresa.

Al respecto, el doctor Morillón considera que a pesar de ser una tecnología cara, es factible debido a iniciativas que apoyan la construcción de edificios en busca del ahorro energético. Aquí en México, el doctor cita como ejemplo el proyecto llamado “Hipoteca verde”, que en un principio el Infonavit lo implementó dentro del sector vivienda, en donde hay préstamos a largo plazo para permitir que tecnologías utilicen energías renovables.

En la Comisión Nacional de Vivienda (Conavi) existe el programa “Está es tu casa”, donde es obligatorio que la nueva vivienda que se adquiera con el subsidio, cuente con ecotecnología.

Programa Net  Zero coordinado por la Conavi
Objetivo: impulsar el desarrollo habitacional sustentable
Desarrolladoras de vivienda que han alineado sus construcciones a la estrategia Net Zero	Proyectos piloto dentro de la República Mexicana
ARA	Playa del Carmen
GEO	Cancún
Sadasi	Acapulco
URBI	Coatzacoalcos
Vinte	Mexicali
Cortesía de David Morillón, del Instituto de Ingeniería de la UNAM

Por otra parte, también está el programa de ahorro en el sector comercial y de servicio por parte del FIDE, que consiste en hacer cambios en cuanto a la modernización de equipos eficientes de climatización e iluminación que generen un menor consumo eléctrico. Y es a causa de estos sistemas de financiamiento a largo plazo que la construcción de edificios Net Zero se hace realidad, señala el doctor Morillón.

De igual forma, argumenta que la recuperación del costo inicial, se encuentra en el ahorro obtenido por la utilización de equipos y sistemas eficientes. Señala que en el caso de tecnologías para el ahorro de energía, son menos de dos años en recuperar la inversión, mientras que en el aprovechamiento de fuentes renovables va de dos a 20 años. Todo depende del tipo de tecnología que se aplique dentro del inmueble, si se utilizan baterías o se instala un considerable sistema fotovoltaico.

“Dentro de varios años, probablemente se ocuparán más de estos productos innovadores y tendrán que bajar su precio en el mercado al incrementar su volumen de ventas. Esto ocasionará que la inversión inicial sea económicamente atractiva”, confirma el ingeniero Sánchez.

Certificaciones
Para tener la certeza de que se trata de un edificio de energía cero, se cuentan con diferentes tipos de certificaciones a nivel internacional y nacional que lo avalen:

• LEED
• Building a Greener Future
• Net Zero Comercial Building Initiative
• International Living Future Institute (ILBI)

La certificación LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing), por sus siglas en inglés, es una de las más reconocidas y populares entre arquitectos e ingenieros, por comprometerse con la construcción de bajo impacto hacia el medioambiente.

El ingeniero Sánchez asegura que esta certificación también trabaja con relación a estándares de sociedades de ingeniería como la ASHRAE, que certifica y proporciona guías para el correcto funcionamiento de sistemas de aire acondicionado y refrigeración; factor importante por ser uno de los sectores que mayor energía eléctrica consumen dentro de un inmueble.

La certificación inglesa Building a Greener Future (2006), definió que las emisiones de carbono generadas por la energía utilizada en los hogares deben ser de cero.

Mientras que desde 2007, la estadounidense  Net Zero Comercial Building Initiative (CBI) ha buscado la rentabilidad de los edificios de cero energía en el sector comercial, mediante asociaciones públicas y privadas para avanzar en el desarrollo y aplicación de edificaciones de alto rendimiento energético.

El ILBI, en octubre de 2009, inició el contacto con líderes de la industria de construcción en México, para formalizar el desafío del Edificio Vivo dentro de la República.

Cimentación o Adaptación
En cuestiones de facilidad y rapidez en la construcción de un edificio, es mejor cuando se trata de un proyecto que inicia desde cero, es decir, que se comienza a cimentar sobre un terreno vacío.

Sin embargo, como dice el ingeniero Diez de Bonilla “el reto está en reconvertir el inventario inmobiliario existente. Nuestro edificio CIHAC es una construcción con una antigüedad de 35 años”. Se refiere a que su edificio fue acondicionado y diseñado de tal forma que pudiera generar su propia energía mediante fuentes renovables.

Asimismo, dependerá de las condiciones de los lugares existentes, ya que podrían tener ciertas características que impliquen mejor hacer uno nuevo que adaptar los espacios del edificio, así lo explica el ingeniero Sánchez.

Conclusión
“El Net Zero Energy considera desde el diseño; los materiales, la orientación, el uso de ventilación natural o la entrada del sol; la tecnología, el equipamiento para iluminación, aire acondicionado, calefacción o electrodomésticos. Todo, bajo qué condiciones y sellos se llevará a cabo para empezar a analizar la forma de disminuir el consumo de un edificio convencional, con el objetivo de que la energía requerida se genere a través de fuentes renovables y se aproxime al concepto de energía cero”, indica el doctor Morillón.

La importancia de contar con un buen diseño de construcción, es que ayuda a disminuir el uso de aire acondicionado y calefacción, pues según los expertos, son los sectores que mayor electricidad consumen. “Esto sería muy significativo en el gasto energético, en lo económico y en los impactos al medioambiente, ya que se evitaría la energía brindada por CFE que proviene de hidrocarburos. De esta forma, se estimula la conservación de recursos no renovables como el gas, carbón y petróleo”, concluye el doctor.
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