Edificios energéticamente eficientes

Las construcciones eficientes son aquellas que fusionan el uso de las energías convencionales y no convencionales. Para asegurar la eficacia de las mismas, es importante calibrar adecuadamente su consumo de energía.

Los sensores de presencia permiten un ahorro energético hasta del 90 por ciento.

Por  Hernán Hernández Jiménez.

Sensores. Fuente: Leviton

Es claro que la eficiencia energética ocupa el primer lugar en la lista de prioridades de muchas personas; sin embargo, entender lo que la eficiencia energética realmente es, y cómo puede ser implementada, todavía es un misterio.

Por estos motivos, muchas empresas han definido dos enfoques de eficiencia energética: eficiencia energética pasiva y eficiencia energética activa.

Para muchos,  la medición de energía está relacionada con problemas térmicos en la infraestructura del edificio, los cuales son atacados mediante aislamiento, cristalización y disminución de temperatura. Para otros, es la iluminación, aunque limitada a la instalación de sistemas de bajo consumo. Aquellos con importantes necesidades de calor  pueden ver la solución en sistemas eficientes de calderas.

Todos los equipos antes mencionados son necesarios, pero son simples medidas correctivas que más allá de mitigar el consumo de energía, sólo ayudan a disminuir su despilfarro.

Para lograr una eficiencia energética activa no sólo hay que instalar equipos de ahorro energético, sino que también deben ser controlados para hacer uso de la energía que realmente se requiere. Es el control el elemento clave para alcanzar la máxima eficiencia.

Para ilustrar este punto, hay que imaginar una lámpara de eficiencia energética que ilumina un cuarto vacío. Lo único que se logra con esto es que se desperdicie menos energía de la que hubiera desperdiciado una lámpara ordinaria. Es la administración de la energía a través de la medición, el monitoreo y el control la que resulta en ahorros permanentes.

Aún más, si lo comparamos con los costos (y los aspectos técnicos necesarios para prevenir riesgos) de instalación de una solución térmica, donde el control de la energía puede ser implementado a un precio relativamente razonable y con un rápido retorno de inversión. Principalmente, cuando consideramos el continuo incremento en los precios de la energía, la mayoría de las soluciones de control energético pueden ser amortizadas en un par de años.

Otro factor clave que debería impulsar la eficiencia energética activa de este punto en adelante es la necesidad de cumplir grandes retos en materia de reducción de emisiones de CO₂, fijados por los gobiernos afiliados al Protocolo de Kyoto. En el mercado de la construcción, por ejemplo, es un hecho que, a menos de que los edificios existentes (al igual que los edificios en construcción) incorporen medidas de eficiencia energética, será imposible alcanzar los objetivos fijados para 2020.

Dentro del Protocolo de Kyoto, los países industrializados acordaron reducir en conjunto sus emisiones de GEI en un 5.2 por ciento para 2012, en comparación con 1990. El objetivo de Europa es reducir en total 8 por ciento, y así mitigar las emisiones de CO₂ en 20 por ciento, para 2020.

Acciones por seguir
Cualquiera puede llevar a cabo acciones para conservar la energía, o por lo menos, para utilizarla de la manera más inteligente. Existe la tecnología adecuada; su instalación es relativamente económica en la mayoría de los casos, y el retorno de inversión es considerablemente rápido.

En cuanto a la premisa de que es imposible gestionar aquello que no se puede medir, para los grandes consumidores de energía, el proceso de eficiencia energética debe iniciar con una asesoría sobre cómo y dónde se está utilizando la energía, y qué porcentaje está siendo consumido.

Cuestionamientos básicos que debe hacerse una empresa:

¿Está equipada su organización para la eficiencia energética?
Los cambios en la legislación están forzando a los ocupantes de los edificios a administrar el carbono que generan. ¿Su equipo está capacitado para esto?
¿Está consciente de los incentivos fiscales existentes?
¿Cómo evaluará su éxito?
¿Cómo comprobar esto frente a sus clientes?
¿Puede hacerse responsable del uso de su energía?
¿Quién hace uso de su energía?
¿Dentro de su empresa se monitorean los niveles de conocimiento y las actitudes con respecto a la eficiencia energética activa?
En Gran Bretaña, por ejemplo, la regulación de edificios obliga a que el 90 por ciento de la energía utilizada a lo largo del año sea medida y contabilizada, incluyendo el consumo de electricidad, gas, agua, petróleo y vapor

Asesoría a profundidad
Es recomendable que la asesoría sea realizada por consultores especializados en temas de energía, quienes  podrán medir y analizar el consumo energético a lo largo de una planta o en un edificio e identificar las áreas de oportunidad donde sea posible implementar medidas de ahorro de energía.

Al iniciar con esta labor el consultor debe plantear una serie de cuestionamientos, tales como:

¿Conoce los requisitos para elaborar un diagnóstico?
¿Estas recomendaciones lo pusieron en camino a la eficiencia energética?
¿Entiende los siguientes pasos?
¿Quién puede ayudarle a implementar medidas de eficiencia energética?
¿Cuenta con los recursos necesarios para administrar el mantenimiento e instalación de los equipos y, por ende, mantener la continuidad de sus acciones?

Para este caso en específico es ampliamente recomendable que se realice por una consultoría externa, ya que tendrán una visión amplia y objetiva al momento de plantear las alternativas o acciones a seguir.

Monitoreo y submedición
En el desarrollo del estudio, una implementación, que en muchos casos permanece hasta después de terminados los trabajos de instalación  y puesta en marcha, es la parte del monitoreo y submedición.

La función de la medición es entregar datos de consumo eléctrico como parte básica de su operación. Lo que permite a éste ser parte permanente dentro del sistema de ahorro de energía es su gran versatilidad, bajo costo y amplia flexibilidad para medir desde áreas completas hasta puntos muy específicos.

La submedición permite, por ejemplo, instalar equipos después de la subestación, y medir de forma general todo el consumo que se tiene en una planta. Esto permite verificar posibles fallas en los medidores de la empresa suministradora.

Actualmente existen sistemas que permiten, además de medir consumos de energía eléctrica, integrar otros elementos de medición, como medidores de presión, de flujo, de gas e incluso de humo.

Adicionalmente, es posible mantener un monitoreo en tiempo real de estos consumos que pueden ser interpretados en gráficas, tablas o diagramas, a fin de procesar la información e iniciar con una planeación de la situación real. El monitoreo y la submedición, en conjunto, son herramientas muy poderosas que permiten el ahorro de tiempo, el análisis preciso y en tiempo real.

Con estas tecnologías es posible integrar un sistema completo que nos permita implementar acciones correctivas para disminuir los costos tomando un pleno control de nuestros consumos.

Automatización
Las soluciones de control e iluminación disponibles facilitan la optimización de los sistemas de iluminación en términos de funcionalidad (confort y seguridad) y uso de energía, así como a retardar la sustitución de lámparas, administrando de mejor forma sus horas de vida útil. La iluminación representa cerca del 50 por ciento de la energía consumida en un edificio convencional.

Un dispositivo sencillo, práctico y económico de control de la iluminación son los sensores de presencia, cuya operación está fundamentada en un principio muy simple: apagar las luces cuando no existe ocupación.

Esta sencilla acción permite el ahorro y la eficiencia del consumo de energía eléctrica de hasta un 90 por ciento cuando se instalan en baños, en los cuales generalmente los tiempos de ocupación son de algunos minutos; sin embargo, las luces permanecen encendidas varias horas continuas e incluso días completos.

Los sensores de ocupación se seleccionan por cuatro principios:

El área donde se pretende instalar
Al momento de proyectar la instalación de sensores para el control de iluminación es necesario tomar en cuenta el flujo de personas, la altura del techo, la aportación de luz natural y la actividad en esa área.

La tecnología
Dependiendo de las condiciones del área, es posible proponer un sensor que cubra los requisitos de operación necesarios. El desempeño del sensor podría no ser satisfactorio, si no se selecciona de forma adecuada.

Por ejemplo, si instalamos un sensor ultrasónico a un metro de distancia de una ventana, o una ventila, el sensor siempre interpretará la entrada de aire como presencia y se tendrán activaciones en falso.

Tipo de montaje
Una incorrecta selección del montaje, o bien un montaje inadecuado, puede repercutir en la operación del sensor. No es lo mismo seleccionar un sensor para muro e instalarlo en el techo o viceversa. El sensor debe ser montado en el lugar para el cual se proyectó. Es muy importante no dejarse llevar por las coberturas, las cuales dependen de la altura e inclinación.

Imagen 1: Cobertura a altura máxima recomendada Imagen 2: Reducción de la cobertura al variar la altura

Área de cobertura
Como se mencionó anteriormente, el área de cobertura dependerá de la altura máxima permitida. Dado el caso, el área de cobertura, dependiendo del tipo de sensor, puede ser a 180° o 360°, para montajes en techo, y de 32° a 180°, para montajes en chalupa.

Existen sensores cuya operación es a tensión de línea que enciende carga de manera directa, es decir, el sensor incorpora un relevador donde se conecta la carga. De ese mismo modo existen sensores de alimentación a bajo voltaje, generalmente a 24 Vcc.

Con estos sensores de bajo voltaje se pueden generar redes de control para distintos circuitos de iluminación, cuya señal y control pueden provenir de un sólo sensor. El caso contrario es con un arreglo de sensores con el que se puede generar un control de tipo escalera y operar carga en circuitos de iluminación de forma selectiva y de dos puntos distintos. Por ejemplo, en un pasillo de una universidad con escaleras en sus extremos, en cuyo caso es posible encender la iluminación del pasillo cuando detecta ocupación o presencia de uno u otro extremo.

Para controles con cargas de iluminación mayores, existen sistemas que incorporan relevadores principalmente tipos on-off y atenuables. Estos tableros de relevadores pueden realizar el manejo de cargas de forma programada mediante instrucciones previamente cargadas al sistema.

A estos tableros de relevadores se pueden integrar elementos finitos, tales como sensores y fotoceldas que permitirán relacionar factores de ocupación, presencia y aportación de luz natural para un correcto uso de la energía.

Como se ha mencionado en el desarrollo de este artículo, el uso correcto y el ahorro de energía conviven íntimamente, dando resultados muy benéficos, tanto por la reducción de gases de efecto invernadero como del lado económico. La reducción de gases que degradan la capa de ozono, la huella de carbono, el calentamiento global, las afectaciones de las vías respiratorias, la conservación de flora y fauna, entre otros, son razones suficientes para tomar acciones preventivas y correctivas que nos permitan tener empresas u organizaciones sustentables.

Los principios son simples: medir, evaluar y optimizar a través de control de procesos para utilizar solamente la energía necesaria para reducir al mínimo los desperdicios en el uso de energía eléctrica y su mejor uso.
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Hernán Hernández Jiménez
Ingeniero Electricista egresado de la Universidad Autónoma Metropolitana. Ha sido representante técnico de laboratorio de pruebas en comités técnicos de generación y actualización de normas en ANCE, y ante el área de certificación y comité técnico de ANCE, CANAME y la Secretaría de Energía. Actualmente es ingeniero Instructor del área de capacitación de la empresa Leviton.