Los edificios son uno de los mayores impulsores de la demanda de energía y de emisiones de gases de efecto invernadero en el mundo. Conoce cómo la gestión inteligente de los sistemas HVAC puede optimizar el consumo de energía en edificaciones y, por ende, contribuir a la descarbonización de las ciudades.
Por Gerardo Sánchez
Se estima que el consumo energético de los edificios representa el 40 por ciento del uso total de energía en Europa y en países desarrollados como Estados Unidos. Asimismo, el 15 por ciento de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI) están directamente relacionadas con la calefacción y enfriamiento de los inmuebles.
En el caso de México, las edificaciones representan el 18 por ciento del uso final total de la energía del país, de acuerdo con la Agencia Internacional de Energía (AIE). Aunque esto es menor al promedio mundial de 1 mil 400 kWh, el consumo de electricidad de los edificios mexicanos es de 700 kWh por usuario.
En este contexto, la descarbonización de los edificios se devela como una necesidad para lograr un futuro más sustentable. Por un lado, busca cambiar la forma en que se genera y consume la energía; por otro, reducir el consumo de combustibles fósiles. Esto implica la modernización de la red eléctrica nacional para incorporar importantes recursos de energía renovable y aminorar las emisiones de GEI que aceleran el cambio climático.
Cabe recordar que en México los requerimientos energéticos para la calefacción de espacios y el calentamiento de agua son moderados, en contraste con la electricidad utilizada para la iluminación, refrigeración y acondicionamiento del aire. Como resultado, la demanda del sector eléctrico aumentó un 1.6 por ciento por año en promedio desde el 2001, y se proyecta una tasa media de crecimiento anual del 3.3 por ciento durante los próximos quince años.
En las últimas dos décadas, el mercado mexicano ha evolucionado positivamente para adaptarse a los procesos de automatización de edificios. A principios de los años 90 los edificios inteligentes fueron una novedad que se promovió fuertemente en la industria; sin embargo, se trataba más que nada de un mercado de proveedores que sólo ofrecían lo último en tecnología, sin pensar tanto en las necesidades de cada caso. Hoy en día, en cambio, hay una verdadera comprensión del tema, por lo que los clientes ya no se dejan impresionar por lo último en tecnología, sino que buscan soluciones integrales que de verdad les ayuden a operar de manera más eficiente.
Adicionalmente, la industria de la edificación en México se ha visto influenciada positivamente por otros países en donde la legislación obliga a considerar cuestiones como la calidad del aire interior y el consumo de energía. No obstante, el país aún no cuenta con ninguna legislación o código que obligue a cumplir con estos requerimientos, lo que provoca que los constructores enfrenten dificultades a la hora de justificar la inversión en tecnologías que ayuden a impulsar la eficiencia energética de las edificaciones. De ahí que resulte fundamental normalizar esta actividad productiva nacional.
El potencial oculto de los edificios
Actualmente, son varias las empresas HVAC capaces de ofrecer un conjunto de innovaciones tecnológicas para contribuir a la descarbonización de los edificios. Para Trane de México, por ejemplo, una edificación sustentable se basa, por un lado, en un diseño arquitectónico; por otro, en la implementación de un conjunto de acciones y soluciones tecnológicas en su interior. Con esto se busca reducir el consumo de energía basado en combustibles fósiles, y, por ende, contribuir a la descarbonzación.
Las edificaciones poseen un potencial oculto para conver tirse en espacios más cómodos, sostenibles y eficientes. La solución del modelado energético están orientadas para aprovechar dicho potencial. En el caso de Trane se trabaja bajo dos modalidades: 1) edificios en construcción, es decir, proyectos nuevos que están en la fase de diseño, instalación y adquisición de equipos nuevos, y 2), edificios existentes, en donde las instalaciones electromecánicas y HVAC ya se encuentran en operación.
En ambas modalidades el objetivo es alcanzar la eficiencia energética para que los clientes seleccionen los equipos de aire acondicionado más eficientes. Esto se realiza desde hace muchos años de la mano de consultores, pero ahora también existe el design build, una nueva modalidad en la que los contratistas pueden proponer lo qué se va a instalar. En ambos casos se trata de diseñar y cumplir con una serie de principios como los estipulados por los códigos de ASHRAE de eficiencia energética.
En el caso de los edificios en construcción, el modelado energético es una herramienta muy útil para apoyar a los clientes, ya que permite realizar simulaciones ahorro energético sobre cómo operaría el edificio en la vida real, aportando soluciones y mejoras.
Para los edificios existentes, en cambio, donde los sistemas ya se encuentran operando, es posible realizar un contrato de monitoreo de servicios inteligentes. Éste se adquiere a través de una conexión segura para recopilar datos de cómo se comporta día a día el sistema y, a partir de esto, identificar oportunidades de conservación de energía.
BMS, el guardián energético Cabe destacar que en los edificios comerciales el aire acondicionado representa alrededor del 40 al 50 por ciento del consumo energético. De ahí que sea indispensable contar con equipos HVAC eficientes y sistemas de automatización de edificios (building management system o BMS). Éstos permiten controlar el régimen que se debe tener para satisfacer a los usuarios y garantizar un uso de energía mínimo.
Plataformas como el Tracer® SC + BAS de Trane son capaces de integrar, controlar y gestionar no sólo los equipos HVAC, sino también las instalaciones electromecánicas, hidráulicas, elevadores, e incluso las subestaciones de las plantas de emergencia.
Un BMS de este tipo logra que los equipos electromecánicos operen coordinados por horario, a fin de evitar que arranquen todos al mismo tiempo, pues esto consumiría un pico de demanda eléctrica alta. Todos los controles digitales tienen un software en donde se recopilan datos que se almacenan en la nube. Luego, la información es analizada y, con base en esta, se brinda asesoría a los propietarios y facility managers para que puedan mejorar la operación de las instalaciones del inmueble. El objetivo es parametrizar el modelado energético de los proyectos, desde que se diseñan y construyen, hasta que se ponen en marcha.
Por ejemplo, en un hospital, el 90 por ciento de lo construido se encuentra listo para operar, pero en el caso de los edificios de oficinas, de centros comerciales o de usos múltiples, a veces toma un año para que empiecen a generar su carga térmica completa, es decir, en lo que arrancan y entran en operación los equipos. Es en ese transcurso donde se observan los datos duros en tiempo real para aprender cómo está operando la instalación y conseguir que se mantenga en un régimen de consumo bajo con alta eficiencia.
El Tracer® SC + BAS es como tener a un guardián para que vea y vigile que las variables se comporten como se espera; temperatura, humedad, confort, calidad de aire interior, etcétera, pero sin consumir energía en exceso. Este sistema ha sido utilizado este sistema en alrededor de 1500 edificios en México, desde tiendas comerciales, hasta plantas industriales o automotrices. Desde hace más de un año, además, ofrece un conjunto de servicios inteligentes para que la información recopilada se envíe y almacene directamente en la central de Trane en Estados Unidos. La empresa ha implementado estos servicios en decenas de edificios de sus clientes, sobre todo en la parte industrial, ya que los inmuebles comerciales se vieron afectados en la ocupación, debido a la pandemia de la covid-19.
El segmento de la edificación industrial es un mercado fuerte. En la actualidad, Trane monitorea cerca de 30 mil edificios alrededor del mundo que están conectados a su central estadounidense. Allí, toda la información se analiza por un equipo de expertos en energía, para después trazar propuestas de mejora a los clientes. Éstas, en su mayoría, no requieren de grandes inversiones, sino que consisten en reconfigurar o reprogramar algún ajuste del edificio.
6 estrategias HVAC para la descarbonización de edificaciones Los avances tecnológicos y la innovación en materiales han logrado que los edificios sean consistentemente más sostenibles en las últimas décadas. Asimismo, existen soluciones HVACR fácilmente disponibles en la actualidad que pueden reducir las emisiones y, al mismo tiempo, pagar a los propietarios de edificios con beneficios financieros.
Existen seis formas en que los sistemas HVAC pueden contribuir a la descarbonización de las edificaciones en las grandes ciudades:
01 Exprimir hasta el último kilowatt de ineficiencia
La red eléctrica todavía está parcialmente alimentada por fuentes de energía que emiten carbono. El primer paso hacia la descarbonización comienza siguiendo algunos principios básicos de diseño de sistemas aplicados. Las decisiones para los sistemas de calefacción basados en compresión deberían permitir un COP anualizado lo suficientemente alto como para reducir las emisiones por debajo de los sistemas de calefacción de combustibles fósiles basados en el sitio. Los sistemas de alta eficiencia reducen aún más la demanda de energía desperdiciada cuando se aplican las estrategias de control correctas. Como ejemplo, el controlador Symbio® 800 de Trane con controles adaptativos, modula el compresor y los ventiladores para brindar la máxima eficiencia en todas las condiciones de funcionamiento. Cuando hay varias unidades instaladas, Tracer® SC + B, con su aplicación de control de plantas enfriadoras, puede secuenciar unidades de manera eficiente y ajustar dinámicamente los puntos de ajuste de control del sistema para minimizar el uso de energía del sistema en todas las co diciones de carga.
02 Usar aire fresco del exterior en lugar del compresor
La naturaleza a menudo proporciona lo que necesitamos, y las soluciones contemporáneas se están volviendo bastante inteligentes sobre el uso del clima local o los recursos geológicos. Una de las soluciones más prácticas y disponibles del mercado es el free cooling, que utiliza aire exterior para enfriar el agua usada dentro de los sistemas aplicados sin el uso de compresores. Esto cuando las temperaturas del aire exterior son ventajosas, durante el invierno, la primavera y el otoño. El enfriamiento gratuito integrado, una tecnología disponible en muchos enfriadores, puede hacer que el enfriamiento de edificios sea más fácil, más eficiente y de menor costo que las soluciones proporcionadas en el campo.
03 Recuperar y reutilizar la energía térmica
Muchos edificios requieren calefacción y refrigeración al mismo tiempo. Todos hemos experimentado edificios en los que algunas áreas son demasiado calientes, mientras que otras se sienten demasiado frías. Mover el calor, en lugar de generarlo con calentadores de gas, reduce las emisiones directas de gases de efecto invernadero de un edificio al tiempo que mejora la comodidad. La electrónica, la iluminación y los cuerpos humanos generan calor que se acumula en ciertos espacios interiores. Los sistemas de recuperación de calor recobran este exceso de energía térmica que normalmente se expulsa del edificio y lo transfieren a diferentes áreas donde se necesita calor.
04 Planificar una transición a refrigerantes con bajo GWP
La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ha propuesto una nueva regla para limitar la producción de hidrofluorocarbonos (HFC). Basado en el potencial de calentamiento global (GWP), se trata de un esfuerzo por alinearse con la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal y la Ley AIM promulgada en el 2020.
05 Almacenar energía para ayudar a equilibrar la oferta y la demanda
Los edificios son parte del problema ecológico y tienen la responsabilidad de ser parte de la solución. Junto con los continuos avances en eficiencia, los inmuebles deben ser más flexibles en el momento en que consumen la mayor cantidad de energía. En las plantas enfriadoras eso significa almacenamiento de hielo: dedicar enfriadores para generar energía fría durante la noche, cuando la demanda y los precios de la electricidad son más bajos, para su uso en las horas diurnas de mayor uso. Cambiar la carga del edificio ayuda a equilibrar el suministro de electricidad de la red con la demanda de los clientes, sin duda, uno de los requisitos previos clave para acelerar la transición completa de la red a fuentes de energía renovable.
06 Transición a fuentes renovables dentro y fuera del sitio
Cuando se usan en combinación con soluciones de sistemas de aire HVAC que reducen o cambian la demanda de energía, las fuentes renovables, como la solar y la eólica, pueden satisfacer una parte importante de la demanda de energía de un edificio. A medida que los servicios públicos se vuelven más ecológicos, los controles avanzados de enfriadores pueden integrarse con servicios que permiten la comunicación bidireccional con la red. Los edificios que pueden reducir, cambiar o modular el consumo energético y establecer la flexibilidad de la demanda acelerarán la realidad de una red de energía renovable libre de combustibles fósiles.
La sustentabilidad es difícil de alcanzar cuando no se tiene un plan; sin embargo, contar con socios adecuados puede ayudar a diseñar estrategias con soluciones probadas, prácticas y asequibles. El objetivo, claro está, es reducir la huella ecológica de las empresas llevándolas hacia la siguiente generación de descarbonización y electrificación de edificios.
Gerardo Sánchez
Ingeniero en Electrónica por la UNAM, con más de 30 años de experiencia en automatización de edificios, controles HVAC y realización de proyectos. Actualmente, se desempeña como BAS & Energy Solutions Manager en Trane México.
