Administración Energética en edificios

En la actualidad, el diseño y la construcción de edificios demandan requerimientos que hasta hace pocos años no se consideraban, los cuales se suman a los retos de la administración energética de las instalaciones existentes y por venir.

Por Roberto Figueroa

Aprovechar las tecnologías en luminarias en un edificio existente abona para conseguir desarrollos sostenibles.

El planeta Tierra está cambiando y no se detendrá. El calentamiento global es un fenómeno que está afectando notablemente el desempeño de las especies en el mundo y parece no tener vuelta atrás. Investigadores sobre el tema señalan que el problema está directamente relacionado con las actividades productivas del ser humano, pues desde mitad del siglo XIX se tiene registro de un aumento considerable de las emisiones de gases de efecto invernadero, con repercusiones nocivas sobre el comportamiento planetario. Por tal motivo, la reducción de emisiones de CO₂ –uno de los principales gases de efecto invernadero– se ha transformado en un objetivo global, sobre todo para aquellos en quienes recae la responsabilidad de vigilar la manera en que se genera y se consume energía.

Una de las señales más contundentes de que el deterioro es significativo son las grandes cantidades de un poderoso gas de efecto invernadero que están emanando desde los gélidos fondos de los mares del Norte de Siberia, dato que aumenta los temores sobre el calentamiento global, según señalan científicos de Dinamarca.

Además de este problema, la producción de combustibles fósiles en la mayoría de los países está decreciendo, lo que ha dado origen a un aumento considerable en su costo de adquisición, tanto en crudo como en sus diferentes variantes de refinación.

Los datos mencionados hacen referencia al entorno global. Específicamente en la nación mexicana, se estima que entre 2000 y 2012 el consumo de energía ha aumentado a un ritmo mayor que el índice demográfico:

• La electricidad creció a una tasa media anual de 4.7 por ciento
• El gas natural, a una tasa de 5.9 por ciento
• El gas LP, a una tasa de 2.1 por ciento

Por otro lado, la demanda de gasolinas se ha incrementado en 3.4 por ciento y la del diesel, en 3.9 por ciento, como promedio al año. La alta dependencia de México respecto de los combustibles fósiles (91 por ciento de la energía proviene de petróleo, gas y carbón) está provocando un deterioro en la calidad del aire y la contaminación de ríos, mares y suelos, además de ser responsable de gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), causantes del cambio climático global. Esta dependencia también plantea riesgos de suministro a mediano y largo plazos, dado que el consumo de combustibles fósiles proyecta la mayor tasa de crecimiento en México.

De acuerdo con el U.S. Green Building Council (USGBC), la demanda y el impacto de los edificios estadunidenses sobre los recursos es la siguiente:

40 % consumo de energía primaria
74 % consumo de electricidad
39 % emisiones de CO₂
13.6 % consumo de agua potable

Fuentes: Environmental Information Administration, 2008, EIA Annual Energy Outlook. US Geological Survey, 2000.

Desarrollo sostenible
Para tomar medidas respecto de este grave problema, se han desarrollado estrategias para que los edificios que están por construirse cumplan con ciertas características de ahorro de energía y uso eficaz de los recursos, llámese agua, luz natural, materiales de edificación, entre otros.

Estas estrategias pueden resumirse en seis principios fundamentales que se deben tomar en consideración durante el diseño y la construcción, de modo que se logre la operatividad sostenible:

1. Optimizar el desarrollo urbano. Debe entenderse como la mejora en los procesos de edificación en las urbes, sin importar su nivel de desarrollo o extensión territorial, así como la mejora en la distribución, tamaño y oferta de servicios que estén disponibles. Para lograrlo, es imprescindible tomar en consideración las condiciones climáticas y orográficas del sitio donde se encuentra el edificio. Parte del diseño de una obra radica en elegir los materiales más apropiados para el lugar, en donde influyen todos los factores que modifican el comportamiento de una edificación, desde la incidencia de la radiación solar, hasta el nivel de humedad y las condiciones de viento, pues los ahorros energéticos residen tanto en el consumo cotidiano, como en las características que pueden dársele a un desarrollo para que requiera menor consumo.

2. Proteger y conservar el agua. Uno de los elementos más indispensables para el bienestar humano es el agua, la cual ha comenzado a escasear debido a las prácticas de utilización desmedida. El suministro para todas las personas que la requieren conlleva una cantidad considerable de energía; por tanto, el uso adecuado y los sistemas que permiten el reciclaje y la reutilización del agua resultan de gran ayuda para que las edificaciones arrojen un nivel más satisfactorio en lo referente a la administración de recursos.

3. Minimizar el consumo de energía. Como se menciona en el punto uno, la etapa de diseño es primordial para disminuir el consumo energético de un recinto; no obstante, cuando se trabaja con edificios existentes, las características del lugar difícilmente pueden modificarse. En tal caso, se pueden adoptar diversas medidas de consumo racional de energía, que van desde el uso de luminarias con tecnología LED, cuyo consumo es sumamente reducido en comparación con los focos incandescentes y aporta ahorros aun en comparación con las lámparas fluorescentes; la implementación de estrategias de ahorro, con simples diagramas de flujo que permitirán visualizar el comportamiento de consumo del edificio o con sistemas de automatización que permitan llevar a cabo planes más sofisticados que resulten en ahorros significativos; el reemplazo de equipos o sistemas que tienen una larga trayectoria de servicio ha probado ser una estrategia adecuada; asimismo, los sensores de presencia o de proximidad resultan apropiados para reducir el consumo, pues una práctica probada de gasto energético excesivo es la permanencia de luces encendidas en sitios que no las requieren; entre otras prácticas.

4. Utilizar productos y sistemas de construcción normalizados y amigables con el ambiente en su ciclo de vida. Como se mencionó, cuando es posible decidir los elementos estructurales de un sitio, se deben emplear los materiales y sistemas más eficientes en todos los rubros de consumo. También al adquirir equipos nuevos, sobre todo en lo que se refiere a sistemas de climatización, refrigeración o iluminación (áreas que mayores consumos de energía demandan cada año en todo el mundo), vale la pena considerar todos los aspectos importantes de tecnología, normativas de seguridad con las que cumplen y el costo total por el ciclo de vida útil.

5. Mejorar la calidad de las envolventes. Este rubro, más cercano a los elementos arquitectónicos, implica aumentar la funcionalidad de los componentes estructurales para que su aporte a la edificación no sea simplemente estético. Esto incluye la selección de materiales apropiados para, por ejemplo, disminuir la absorción de calor en la estructura, como aislantes, o el empleo de diseños distintos que cumplan la misma función que los más recurrentes, pero que ayuden a disminuir la demanda de energía.

6. Optimizar las prácticas de operatividad y mantenimiento. En este aspecto se conjugan diversos factores, desde el personal que diseñará el edificio, seleccionará los materiales, llevará a cabo la edificación o sus adecuaciones, hasta los equipos, sus costos y ciclos de vida. Una buena práctica de operación debe enlazar por fuerza el factor humano con el mecánico, pues tan importante es seleccionar un equipo que cumpla con las características necesarias para los requerimientos de un edificio, como que su instalación la lleve a cabo un especialista responsable y capacitado para los trabajos en cuestión. Una mala instalación o un elemento que no funciona adecuadamente conlleva pérdidas de energía, fallas, consumos excesivos y labores continuas de mantenimiento, lo que implica costos monetarios mayores que los previstos.

Documentos oficiales
Las prácticas apenas enumeradas son altamente efectivas cuando se tiene la posibilidad de elegir todos los elementos estructurales y funcionales de un edificio desde sus cimientos. Cuando el asunto se enfoca en edificios existentes, es necesario efectuar un diagnóstico energético para saber cuánto se está consumiendo, qué elementos requieren mayor suministro y cuáles están sobrepasando los límites establecidos por los fabricantes. La Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee) cuenta con la guía para elaborar un diagnóstico energético en instalaciones. Las actividades principales que se deben llevar a cabo son:

• Planear los recursos y el tiempo para su realización
• Recopilar información (en el sitio)
• Realizar mediciones puntuales
• Analizar los datos recabados

Estos cuatro elementos son imprescindibles para mejorar la administración de los recursos energéticos. Su importancia radica en la necesidad de conocer dónde se está fallando para diseñar estrategias que disipen el error. Por ello, considerar el tiempo y los recursos humanos y económicos suficientes para realizar el diagnóstico es un primer paso, cuyo objetivo siguiente será el recabado de los datos que, hasta el momento, son desconocidos.

La minuciosidad y exactitud en las características de desempeño del edificio son elementos importantes para el éxito del diagnóstico; no se debe olvidar que cuanta más precisión exista en la información recopilada, mayor será el rango de mejora que se le brinde al desempeño energético.

Tras haber reunido los datos necesarios, revisarlos con detenimiento, tomando en consideración todos los aspectos clave, permitirá efectuar las enmiendas apropiadas. No se debe caer en el error de intentar remediar los consumos excesivos mediante intuiciones o soluciones de corto plazo, pues pueden resultar en un mayor desperfecto, inseguridad para los usuarios del inmueble o en la necesidad de remplazar elementos indispensables.

Cuando ya se está en posesión de la información pertinente, es posible implementar estrategias de índole diversa para incrementar la eficiencia en el consumo.

En general, los grandes consumidores de energía se descubren más interesados en reducir lo más posible los consumos de sus edificios, de modo que el costo de funcionamiento se encuentre en niveles pertinentes. El diseño y la planeación para este tipo de espacios han estado presentes en la industria de la construcción por un largo tiempo, lo que ha dado origen a diversos retos y necesidades dentro de los mismos planes de mejoramiento en el consumo energético:

• Reducir costos operativos, preferentemente sin grandes inversiones
• Implementar sistemas de ahorro permanentes, seguros y escalables
• Tener sistemas de control: confiables, rentables y compatibles

Para un usuario de alta demanda energética, los costos operativos representan el mayor rubro de inversión; por ello, disminuir el gasto de energía mediante sistemas de automatización o domótica que brinden ahorros permanentes, que ofrezcan seguridad y sean proclives de mejorarse constantemente representa una vía útil y adecuada.

Una vez instalado este tipo de elementos de manejo remoto, tras haber efectuado el diagnóstico pertinente, no se debe olvidar la medición continua del desempeño de equipos y sistemas, pues los desperfectos pueden volver a presentarse durante su vida útil. Los controles representan una herramienta de mejora, pero siempre pueden presentarse errores impredecibles.

Sobre diagnósticos energéticos
Para efectuar un proceso de diagnóstico adecuado, se pueden tomar en consideración seis aspectos que incluyen a todos los involucrados en la vida y funcionamiento de un edificio operativo:

Estrategias de compra de combustibles actuales. Revisar si el tipo de combustible y la tarifa eléctrica de la empresa son los más adecuados para su consumo

Prácticas de operación. Revisar las estrategias de control para el cuarto de calderas, los hornos, la iluminación y la ventilación, y verificar que los equipos de la empresa operen a su máxima eficiencia

Prácticas de medición de consumo de energía. Medir de manera periódica los consumos, así se podrán detectar situaciones anormales; comparar el nivel de consumo con el de producción

Prácticas de motivación y capacitación. Revisar que las campañas de concientización y de capacitación sean adecuadas para las necesidades de la empresa; el material de capacitación debe adaptarse a las necesidades de cada área. Se debe recordar que llevar a cabo lo que dictan las buenas prácticas permite obtener ahorros considerables. Una vez que se ha tomado el control del uso de la energía en la empresa y se han implantado las medidas de bajo costo para evitar el desperdicio, se puede comenzar a dirigir la atención hacia las medidas de ahorro que requieran mayor inversión

Prácticas de inversión. Hacer una lista de las oportunidades de inversión que incrementen la eficiencia energética y ordenarlas en función de la cantidad de dinero requerida para ponerlas en práctica; no se debe olvidar incluir la tasa estimada de retorno en cada caso

Diseñar un plan de inversiones en el cual se considere la reinversión de los ahorros obtenidos. Una vez que se han implantado las medidas de bajo costo, es necesario comenzar a presionar para implantar medidas de costo medio. Después de cubrir estos puntos, es conveniente continuar con la evaluación concienzuda de las inversiones que representan altos costos

Protocolo Internacional de Medida y Verificación
En la década de 1990, las inversiones en proyectos de rendimiento energético eran menores que las previstas, debido a la alta incertidumbre asociada con los ahorros de la energía futuros. Esta incertidumbre se presentó, en parte, por la multiplicidad de protocolos, a menudo contrarios, para la medición y la verificación.

Las inconsistencias dieron lugar a las estrategias y el acercamiento real de la ingeniería a las instalaciones eficientes, ligados con la medición de ahorros energéticos. En 2007, el Protocolo Internacional de Medida y Verificación (IPMVP, por sus siglas en inglés) se actualizó y se lanzó en inglés y francés. La EVO, organización que lo rige, puso en marcha su nuevo sitio web con los documentos propios de la institución, las noticias de la industria, los recursos y los foros de discusión para la colaboración en línea entre colegas de todo el mundo.

La medida y la verificación (M y V) son procesos que consisten en utilizar la medición para establecer de forma fiable el ahorro real generado en una instalación dentro de un programa de gestión de la energía. El ahorro no se puede medir de forma directa, puesto que representa la ausencia del consumo de energía. Por ese motivo, el ahorro se tiene que determinar comparando el consumo antes y después de llevar a cabo un proyecto de eficiencia energética, a la vez que se realizan los ajustes oportunos, según la variación de las condiciones iniciales.

La tarea de la M y V consta de todas o parte de las siguientes actividades:

• Instalación, calibración y mantenimiento de los equipos de medida
• Recopilación y análisis de los datos
• Desarrollo de un método de cálculo del ahorro y de las estimaciones adecuadas
• Realización de los cálculos con las lecturas obtenidas
• Elaboración de informes, garantizando su calidad, y verificación de los informes por terceras partes
• Compilación de base de datos de referencia
• Establecimiento de puntos de partida
• Desarrollo de un plan de M y V
• Realización de medición de post-retro instalación
• Supervisión y ajuste del ahorro energético
• Emisión de informes de M y V
• Supervisión de ahorro energético a largo plazo

Fuente: Protocolo Internacional de Medida y Verificación

Se pueden considerar tres etapas principales para llevar a cabo los procesos de medición y verificación. La primera corresponde a tomar el control del consumo de la energía; esto significa evitar el desperdicio energético a partir de verificar si el tipo de combustible y la tarifa eléctrica son los más adecuados; revisar que los equipos cumplan con una operatividad altamente eficiente. También es importante medir periódicamente el consumo de energía, y es recomendable comparar el consumo con la producción. Por último, en esta etapa, se deben realizar capacitaciones constantes, lo mismo de llevar a cabo concientizaciones.

En la segunda etapa, invertir en medidas para ahorrar energía, por ejemplo, elaborar un plan de inversión que considere la reinversión de los ahorros obtenidos. Se deben listar las oportunidades de inversión que aumenten la eficiencia energética.

En la última etapa se tiene mantener el control sobre el consumo, que significa revisar la información sobre éste y tener una retroalimentación.

Proceso de planificación estratégica
Los procesos incluyen verificación, seguimiento, medición y análisis de las características principales de las operaciones relacionadas con la energía; por ejemplo, los usos significativos de energía, indicadores de desempeño IDEns y planes de acción, así como la evaluación de requisitos legales y otros; auditorías internas; no conformidades, acciones correctivas y preventivas; control de registros.

Criterios de decisión

• Planeación
• Implementación Verificación
• Corrección
• Documentación

Los sistemas centralizados requieren:

Por qué la medición precisa de la energía
La importancia de que se realice una precisa y correcta medición obedece a los siguientes aspectos. Ahorro de energía, pues se estima que sea de 5 por ciento. El 1 por ciento de error es del 20 por ciento de los ahorros. También por contar con edificaciones sustentables, pues la credibilidad y la verificación son fundamentales.

Sin embargo, hoy se mide, pero se tiene medición básica en subestaciones, rara vez se comunica vía remota, no tienen capacidad de almacenar la información. El objetivo de medir es al menor costo y por requisito, más que por conciencia, la información de energía eléctrica se resume al recibo de luz mensual.

Luego entonces, viene la pregunta de cómo debe ser la medición. Ésta debe ser permanente, con capacidades de cuantificar también la calidad del suministro que actualmente es dinero. Debe tener la capacidad de ser consultada en tiempo real vía remota y mediante el protocolo más simple posible.

Hoy, la medición de la energía, de la calidad de energía y de las variables físicas es indispensable. Las disciplinas de energía y calidad de energía convergieron en un concepto unido; además, la medición está ligada a la generación de bases de datos de información “eléctrica” para tomar decisiones.

El administrador de energía es un profesional con amplio conocimiento de varias disciplinas, pero basa su trabajo en la información, su trabajo y planeación está basado en datos duros de manejo de energías (todas) y éstas se consiguen midiendo.

La medición inteligente es un proceso de cuantificación y transmisión en tiempo real del consumo o producción de energía en la red eléctrica. Se trata de un concepto reciente, pero que tiene alto grado de importancia para el mercado y la elaboración de normativas.

Esta idea de la medición inteligente o smart metering permite al consumidor llevar a cabo políticas de energía que redundarán en disminuir el impacto mediombiental y económico. Para los proveedores de energía, su trabajo será más eficiente, pues podrá monitorear la calidad del servicio y desarrollar invocaciones en éste.

Con una smart grid (redes inteligentes, ver Constructor Eléctrico, número 9), es exigible una medición de calidad que pueda ser monitoreada en tiempo real, que aporte datos para gestionar la energía, para facturación de manera automática. Hay un listado vasto de estándares que debe cumplir el smar metering. Lo anterior significa que se ha encaminado ya la tendencia; por tanto, se vislumbra la necesidad de atender estos conceptos para los emplazamientos por venir.

El IEEE desarrolló el documento Smart metering: Improving consumer energy efficiency, en julio de 2009. En él se describe que si no se tiene capacidad de inversión, se puede tener hasta 10 por ciento de ahorros sólo por medir y que el cambio psicológico en el personal de las empresas los hace conscientes de evitar consumir al saber que son supervisados.

Estos temas son de interés para aquellos proyectistas que quieran alcanzar consumos de energía eficientes. Ellos deben comprender cuál es la relación que hay entre el consumo de energía y los principales parámetros operativos de la instalación.

También deben hacerlo empresas de servicios energéticos y sus clientes del sector terciario, sus clientes industriales, consumidores de energía que implementen sus propias mejoras y quieran cuantificar el ahorro conseguido; gerentes de instalaciones que desean cuantificar las variaciones de su presupuesto energético; arquitectos y promotores; gestores que deseen obtener la calificación LEED-Existing Building; diseñadores y gestores de programas de gestión de la demanda; etcétera.

La administración es un asunto de tecnología, planeación y especialización, pues los buenos resultados dependen de programas de eficiencia,  programas de medición y de una cultura del consumo.
——————————————————————————————————————————————————-

Roberto Figueroa Cerritos
Es especialista en calidad de la energía y eficiencia energética. Cuenta con la certificación internacional Certified Power Quality Professional, por la Asociación de Ingenieros en Energía de EUA.