Guia teórica eficiencia energética
La eficiencia energética abarca una gran variedad de temáticas, y cada una podría ser el tema de un libro aparte. Llevo años estudiando arquitectura sostenible, y tengo claro que la eficiencia energética es fundamental para lograr la descarbonización en la construcción. En los últimos meses, me he dedicado a organizar toda la información que tengo sobre este tema (por eso no había publicado nada hasta ahora), separando lo relacionado con la eficiencia energética y estructurándolo en un orden lógico.
La información proviene de los dos másteres en Sostenibilidad que he realizado, libros que he leído, cursos que he tomado, podcasts que he escuchado y conferencias o congresos a los que he asistido. En resumen, todo el contenido está basado en fuentes confiables y verificadas, evitando cualquier tipo de especulación o desinformación.
Querida comunidad, hoy les pido su ayuda: revisen la información y comenten si creen que falta alguna temática o si el orden podría ser más claro y entendible. No he puesto toda la información que tengo, sino un breve párrafo sobre cada aspecto, para que puedan valorar si corresponde al punto indicado o si necesita ajustes. Además, sé que en esta comunidad hay muchas personas que están empezando a aprender sobre eficiencia energética, así que también espero que esto sirva como una guía inicial para investigar y profundizar.
Conforme reciba sus comentarios (puedes contactarme al correo [email protected] o por Instagram), iré ajustando el orden y añadiendo más información a esta guía. A partir de ahora, cuando hable de eficiencia energética, siempre estará ligado a uno de estos temas base. Esta colaboración también me ayuda a seguir profundizando en mi investigación. ¡Gracias de antemano por sus aportaciones!
Aquí la información 👇👇👇
1. Introducción a la Eficiencia Energética
Concepto y principios de la Eficiencia Energética
La eficiencia energética es un concepto que se refiere a reducir el consumo de energía en el desarrollo de actividades cotidianas sin comprometer el confort o la producción. Involucra aspectos como la tendencia general del consumo de energía, el acceso a servicios energéticos modernos, el nivel de equipamiento promedio de los hogares, y la penetración de tecnologías eficientes. La eficiencia energética en edificaciones es clave para mantener un bajo consumo energético a largo plazo, aprovechando tanto estrategias pasivas como activas.
Un principio fundamental de la eficiencia energética es que "la energía más eficiente es aquella que no se consume". Este enfoque enfatiza la reducción del consumo energético al mínimo posible mediante un buen diseño bioclimático y la optimización de los sistemas energéticos activos. Se busca minimizar la demanda de energía mediante estrategias de control solar, aislamiento, y aprovechamiento de la ventilación natural, entre otros.
2. Consumo Energético y Fuentes de Energía
2.1 Fuentes de Energía y su Clasificación
Las fuentes de energía no renovables más utilizadas incluyen la energía nuclear, la energía hidráulica para producir electricidad, los combustibles de origen vegetal como el petróleo, y el gas natural. Estas fuentes se caracterizan por su impacto medioambiental, las grandes infraestructuras necesarias para su obtención o transformación, su alto grado de contaminación durante el proceso de extracción y transformación, y la gran cantidad de residuos generados. Además, uno de los factores más importantes es que estas energías son finitas y eventualmente se agotarán.
Las energías renovables pueden ofrecer la misma capacidad de suministro utilizando recursos locales procedentes de fuentes renovables. Estas incluyen la energía eólica, la geotermia, la energía solar fotovoltaica, entre otras. Estas fuentes se caracterizan por ser sostenibles y tener un menor impacto ambiental en comparación con las fuentes no renovables
2.2 Tipos de Energía Utilizada en los Edificios
1. Energía Eléctrica: La energía eléctrica proviene del flujo de la carga eléctrica de pequeñas partículas cargadas o electrones. En edificios, la energía eléctrica se utiliza principalmente para iluminación, sistemas de calefacción y refrigeración, así como para el funcionamiento de electrodomésticos y otros equipos. Es considerada versátil debido a su capacidad de convertirse en otras formas de energía útiles con un rendimiento elevado
2. Energía Térmica: También conocida como energía de calentamiento, la energía térmica se manifiesta en forma de calor debido al movimiento o vibración de las partículas. En edificios, esta energía se emplea para calefacción, manteniendo el confort térmico a través de sistemas de calefacción y materiales que almacenan o disipan calor. Los sistemas de calefacción y refrigeración en edificios aprovechan esta forma de energía para mantener condiciones de confort.
3. Energía Lumínica: Está asociada a la radiación electromagnética que viaja en ondas. En edificios, se encuentra principalmente en sistemas de iluminación, como lámparas o focos, que proporcionan luz artificial a los espacios interiores.
4. Energía Sonora: Esta energía se transfiere a través de ondas sonoras y está presente en el funcionamiento de dispositivos como bocinas o sistemas de comunicación en edificios.
5. Energía Mecánica: Es la energía generada por el movimiento de objetos. Se puede encontrar en los mecanismos de algunos equipos dentro de edificios, como ascensores o puertas automáticas.
6. Energía Potencial y Química: La energía potencial se almacena en un objeto debido a su posición, mientras que la energía química está presente en la interacción de moléculas, como en las baterías que suministran energía a ciertos dispositivos dentro de un edificio
2.3 Energía en edificios: Tipos y cadenas de suministro
Energía Primaria: La energía primaria es la energía que proviene directamente de la naturaleza y que no ha sido sometida a ningún proceso de transformación. Ejemplos de energía primaria incluyen el gas natural, el carbón y el petróleo. Esta energía es considerada la "materia prima energética" y es la base para otras formas de energía que se utilizarán en los edificios.
Energía Secundaria: Aunque la energía secundaria no se menciona explícitamente en detalle en el documento, generalmente se refiere a la energía que ha sido transformada a partir de la energía primaria para su uso. Un ejemplo es la electricidad generada a partir del gas natural.
Energía Final: La energía final es la energía que se suministra al consumidor final para cubrir sus demandas energéticas. Puede ser energía primaria sin modificación (como el gas natural) o energía transformada a partir de la primaria, como la electricidad. Esta energía llega hasta la acometida del edificio y está lista para ser utilizada por el usuario.
Energía Útil: La energía útil es aquella que se aprovecha efectivamente después de la conversión de la energía final. Un ejemplo sería la luz que se obtiene de una lámpara después de que la electricidad ha sido transformada. Esta energía se utiliza para satisfacer las necesidades específicas de los usuarios, como iluminación, calefacción, refrigeración, etc.
2.4 Pérdidas de Energía en la Cadena de Suministro
1. Pérdidas en Sistemas de Vapor: Los sistemas de vapor pueden experimentar pérdidas de agua y energía de alrededor del 40%. Estas pérdidas se deben principalmente a la falta de aislamiento adecuado y fugas que se producen durante la distribución de vapor.
2. Sistemas de Circulación Forzada de Aire: En los sistemas de circulación forzada de aire, existen fugas de aire y pérdidas en el circuito que están estimadas entre un 25% y un 40%. Estas pérdidas se deben a la ineficiencia en los conductos y las conexiones dentro del sistema de distribución.
3. Pérdidas en Sistemas Basados en Refrigerantes: Los sistemas que utilizan refrigerantes, como las bombas de calor, son altamente sensibles a errores de carga del refrigerante. Los errores en la carga pueden resultar en pérdidas de energía estimadas entre el 10% y el 20%
4. Filtraciones de Aire y Puentes Térmicos: La instalación de algunos sistemas puede ocasionar filtraciones de aire o pérdidas por conducción a través de puentes térmicos, que afectan el rendimiento general del edificio y contribuyen a las pérdidas energéticas.
Estas pérdidas son comunes en los sistemas de suministro de energía en edificios y representan oportunidades para mejorar la eficiencia energética mediante mejores prácticas de instalación, mantenimiento, y la optimización de los sistemas de distribución.
3. Componentes del Balance Energético del Edificio
Envolvente del edificio
Envolvente del Edificio: La envolvente incluye todas las superficies que separan el ambiente interior del exterior, como muros, cubiertas, puertas, y ventanas. La envolvente es clave en el balance energético del edificio, ya que representa el límite a través del cual se generan las ganancias y pérdidas de calor.
Mecanismos de Transferencia de Calor
1. Radiación: El calor se transmite por la incidencia directa de la radiación electromagnética proveniente del sol. En los edificios, la radiación ocurre específicamente cuando la radiación solar atraviesa superficies traslúcidas de la envolvente, como ventanas y tragaluces
2. Conducción: La conducción es el proceso mediante el cual el calor se transmite a través del contacto directo entre dos cuerpos, debido a la proximidad inmediata entre moléculas con diferentes temperaturas. Este mecanismo se presenta a través de todos los materiales de la envolvente del edificio, ya sean opacos o traslúcidos.
3. Convección: El calor se transmite por el movimiento de fluidos líquidos o gaseosos debido a diferencias de densidad, presión, o temperatura. Este movimiento da origen a corrientes que intercambian energía. En los edificios, la convección se presenta principalmente a través de la ventilación, cuando el aire se mueve a través de vanos o infiltraciones en la envolvente.
4. Cambio de Fase: En el cambio de fase, el calor se pierde cuando el agua se evapora y toma calor del aire. Este mecanismo se utiliza en estrategias de enfriamiento, como fuentes en patios o cuerpos de agua en contacto con techos que se necesiten enfriar, lo cual ayuda a bajar la temperatura en el edificio
Ganancias y pérdidas térmicas
Cargas Térmicas del Edificio: Las cargas térmicas se pueden categorizar en diferentes componentes que afectan el balance energético:
Ganancias Internas de Calor (Qi): Estas ganancias provienen de la presencia de personas, el uso de equipos eléctricos y la iluminación artificial. Se trata siempre de aportaciones de calor adicionales dentro del edificio.
Ganancias o Pérdidas por Conducción (Qc): La transferencia de calor por conducción depende de las propiedades térmicas y el espesor de los materiales. Las pérdidas o ganancias de calor varían en función de los materiales utilizados en la envolvente del edificio y su capacidad de conducción.
Ganancias por Radiación (Qr): Las ganancias por radiación ocurren a través de superficies traslúcidas, como ventanas, y dependen de las propiedades ópticas de los materiales. El factor solar (valor g) de los materiales traslúcidos es crucial para determinar la cantidad de radiación solar que puede atravesar y contribuir a las ganancias térmicas.
Ganancias o Pérdidas por Ventilación (Qv): El intercambio de aire entre el interior y el exterior puede producir pérdidas o ganancias de calor, dependiendo de la temperatura del aire externo.
Ganancias o Pérdidas por Cambio de Fase (Qf): Este proceso implica la evaporación del agua, lo cual puede reducir la temperatura del ambiente mediante estrategias como fuentes en patios o cuerpos de agua.
4. Estrategias para la reducción de consumo
Estrategias Pasivas
Las estrategias pasivas se basan en aprovechar las propiedades físicas de los materiales y los procesos naturales del clima para reducir el consumo de energía sin el uso de mecanismos adicionales. Estas estrategias se centran en el diseño y la construcción de edificios para optimizar el uso de los recursos naturales y minimizar la necesidad de energía adicional.
1. Diseño bioclimático: El objetivo principal del diseño bioclimático es reducir el consumo de energía mediante la disminución de las necesidades energéticas del edificio. Esta reducción se logra a través de un buen diseño que considera elementos pasivos, como el aislamiento térmico y la orientación adecuada del edificio. Estos aspectos permiten que el edificio minimice la demanda energética para mantener condiciones confortables sin requerir energía adicional de fuentes activas.
2. Aislamiento Térmico: Utilizar materiales que proporcionen un buen aislamiento térmico en las paredes, techos y pisos del edificio para reducir las pérdidas de calor en invierno y evitar ganancias de calor en verano. Esto permite mantener una temperatura confortable en el interior con un menor consumo energético para calefacción y refrigeración.
3. Calentamiento Solar de Agua: Implementar sistemas de calentamiento solar para el agua, utilizando tanques de máximo aislamiento. Estos sistemas pueden incluir una unidad de respaldo con calderas de máxima eficiencia para complementar el calentamiento en días nublados o de alta demanda, preferiblemente calderas eléctricas en lugar de gas o combustóleo
4. Aislamiento de Tuberías: Utilizar aislamiento adecuado para las tuberías de agua caliente, preferiblemente con materiales de baja huella de carbono, para minimizar las pérdidas de energía en la distribución del agua caliente dentro del edificio.
5. Uso de Masa Térmica: Emplear materiales con alta capacidad térmica (como piedra o concreto) para almacenar calor durante el día y liberarlo durante la noche, ayudando a regular la temperatura interna del edificio sin recurrir a sistemas de climatización mecánica
6. Control Solar: Uso de elementos de sombreado, como aleros o pérgolas, para evitar la entrada directa de radiación solar en los meses cálidos, reduciendo así la carga térmica interna y, por lo tanto, la necesidad de enfriamiento.
7. Aprovechamiento de la Luz Natural: Diseñar el edificio para maximizar la entrada de luz natural durante el día, mediante ventanas y claraboyas adecuadas, con el objetivo de reducir el uso de iluminación artificial.
8. Ventilación Natural: Asegurar una ventilación cruzada adecuada para mejorar la calidad del aire interior y reducir la necesidad de ventilación mecánica, especialmente en climas templados donde la ventilación natural puede ser suficiente para mantener el confort
Estrategias Activas
Las estrategias activas se basan en la implementación de tecnologías y sistemas mecánicos que requieren energía para funcionar y que se agregan a la estructura del edificio como elementos adicionales. Estos sistemas son removibles y se utilizan para crear condiciones de confort y mejorar la eficiencia energética en situaciones donde las estrategias pasivas no son suficientes.
1. Sistemas de Calefacción Mecánica: Estos sistemas se utilizan para proporcionar calefacción a los edificios en climas fríos. Incluyen calderas y bombas de calor que requieren combustibles fósiles o energía eléctrica para funcionar. La implementación de tecnologías eficientes, como bombas de calor geotérmicas o sistemas de calefacción por biomasa, ayuda a mejorar la eficiencia de estos sistemas.
2. Sistemas de Enfriamiento Mecánico: Utilizan equipos como aires acondicionados para reducir la temperatura interna de los edificios. Los sistemas modernos incluyen tecnologías "inverter" que regulan la velocidad del compresor para optimizar el consumo de energía y garantizar un enfriamiento eficiente.
3. Ventilación Mecánica: Sistemas que ayudan a renovar el aire interior del edificio cuando la ventilación natural no es suficiente para garantizar la calidad del aire. Estos sistemas permiten controlar el flujo de aire para mejorar la eficiencia energética y el confort de los usuarios.
4. Iluminación Artificial Eficiente: Escoger sistemas de iluminación que utilicen lámparas tipo LED, las cuales tienen una eficiencia de aproximadamente el 90%. Además, es importante incorporar controles de iluminación, como sensores de ocupación, para asegurar que las luces solo estén encendidas cuando sean necesarias. Esto también incluye optimizar los acabados interiores para incrementar la eficiencia del sistema lumínico, disminuyendo la cantidad de lámparas necesarias
5. Intensidad del Uso de la Energía (EUI)
Definición e Importancia del EUI
El índice de la Intensidad del Uso de la Energía (EUI, por sus siglas en inglés) es un indicador que permite conocer el consumo total de los energéticos en cualquier tipo de edificio en un periodo de tiempo determinado. Este indicador se utiliza para medir la eficiencia energética de los edificios, ya que los servicios públicos de un edificio se miden utilizando diferentes métricas, como kWh o BTU. El EUI ayuda a recolectar esta información para generar comparativas con otros edificios, evaluando así el rendimiento energético de distintas edificaciones.
Tipos de EUI: Sitio y Fuente
Existen dos tipos principales de EUI:
- EUI de Sitio: Refleja la cantidad de energía que se consume directamente en el edificio. Se utiliza para evaluar el consumo energético que ocurre directamente en el sitio de operación.
- EUI de Fuente: Incluye no solo la energía consumida en el edificio, sino también la energía perdida durante la producción, transmisión y entrega al sitio. Es decir, considera la cadena de valor completa del suministro de energía hasta el edificio.
Indicadores de Consumo Energético
Los indicadores de eficiencia energética son herramientas para evaluar el progreso y el impacto de las medidas implementadas para mejorar la eficiencia. Estos indicadores permiten realizar comparaciones y establecer si las estrategias aplicadas están logrando los resultados deseados. Algunos ejemplos incluyen:
- Índice de Uso de la Energía: Energía utilizada por unidad de área del piso.
- Desempeño Exergético: Indicador que evalúa la calidad de la energía suministrada y consumida.
- Potencia del Sistema de Iluminación: Medido en W/m², proporciona información sobre la eficiencia del sistema de iluminación del edificio
6. Implementación de Estándares y Normativas de Eficiencia Energética
Estándares y Normativas en América Latina
En América Latina, la implementación de normas de eficiencia energética aún presenta retos significativos debido al limitado desenvolvimiento tecnológico y social de la región. Muchas normativas y sistemas de certificación han sido importados de otros países, lo cual no siempre permite una adaptación adecuada a las condiciones locales de clima, cultura y recursos disponibles. Esto hace evidente la necesidad de desarrollar sistemas propios de evaluación que reflejen las características de América Latina en todos los niveles.
Certificaciones y Proyectos Piloto
Existen diversas experiencias de proyectos piloto en la región que han sido promovidos por gobiernos locales y organismos internacionales. Estos proyectos han tenido como objetivo demostrar la viabilidad y los beneficios de la eficiencia energética, sorteando obstáculos y complicaciones propios de cada contexto. Estas iniciativas han hecho contribuciones importantes tanto para mejorar la calidad de vida de los usuarios como para reducir el gasto energético en las edificaciones y las emisiones relacionadas.
Asimismo, algunos países y empresas han utilizado certificaciones como una herramienta para promover y difundir el diseño y la construcción de edificios sostenibles. Aunque estas certificaciones no siempre son obligatorias, proporcionan criterios valiosos que deberían ser integrados en los edificios para ser considerados verdaderamente sostenibles.
Programas de Eficiencia Energética como Energy Star
Energy Star es un programa iniciado en 1992 por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) que busca fomentar el uso de aparatos eléctricos y electrónicos con alta eficiencia energética. Los equipos con certificación Energy Star consumen hasta un 30% menos de energía, lo cual permite ahorrar en costos de energía y prolongar la vida útil de los equipos. El objetivo principal de este programa es reducir las emisiones de CO2 y promover un consumo energético más sostenible, ayudando a los consumidores a tomar decisiones más informadas respecto a los productos que compran. .
