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Proyecto: “EDIFICACIÓN SUSTENTABLE PARA LA CIUDAD DE MÉXICO. Eficiencia energética en los edificios para mitigar la emisión de gases de efecto invernadero”
Responsable técnico: Dr. Víctor Manuel López López
Coordinador del Programa de Cambio Climático y Sustentabilidad del I.P.N.
Colaboradora: M. en I. Ariadna Itzel Reyes Sánchez
Analista del Centro Mario Molina
Resumen
Las edificaciones comerciales y residenciales consumen el 30% del total de energía
eléctrica utilizada en México, con la consiguiente subproducción de gases contaminantes. La
eficiencia energética de las edificaciones es una gran oportunidad para reducir las emisiones
de gases de efecto invernadero, que incrementan el calentamiento global del planeta.
A saber, existen dos maneras para reducir emisiones, la primera, es maximizar la
eficiencia energética de la envolvente de un edificio, la cual se compone por el techo, los
muros exteriores y las ventanas que funcionan como una barrera térmica y tienen un papel
determinante en la cantidad de energía necesaria para mantener un ambiente confortable en
el interior de la edificación. La segunda forma se relaciona con la instalación de equipos de
iluminación, sistemas de aire acondicionado y calefacción de bajo consumo de energía.
El producto de este proyecto de investigación es la propuesta del estado del arte de las
tecnologías en materiales y sistemas constructivos de la envolvente así como la definición de
los sistemas mecánicos y eléctricos de bajo consumo que se pueden introducir en los nuevos
proyectos de construcción residencial y comercial.
Objetivo del proyecto: Identificar el estado del arte de las tecnologías en materiales para la envolvente de los edificios y el equipamiento energético, con el propósito de impulsar la aplicación de los principios de la construcción sustentable en proyectos de edificación nuevos en la Ciudad de México. Objetivos cumplidos: Propuestas relacionadas con:
1. Minimización del consumo de energía en los edificios, mediante tecnologías eficientes de bajo consumo de electricidad (luminarias de bajo consumo, sistemas de control de iluminación, instalación de equipos electrónicos y electrodomésticos idóneos).
2. Construcción de envolvente de edificios a partir de materiales de nueva presencia en el mercado (cristales aislantes, vidrio electrocrómico, fachadas integrales de iluminación, incorporación de azoteas verdes).
Justificación
La búsqueda del desarrollo sustentable ha ubicado a la industria de la construcción de
edificios en el primer plano mundial a través del denominado medio ambiente construido, por
ser esta industria uno de los factores principales del desarrollo socioeconómico de cualquier
país y porque en los últimos lustros ha aumentado la importancia de los aspectos no técnicos
que son relevantes para una construcción socialmente responsable.
.
En efecto, el sector de la construcción de edificios es de capital importancia social en la
medida que la continua urbanización de la población refuerza la conveniencia de crear un
medio ambiente construido que sea sustentable, tanto para la actual como para las futuras
generaciones. El principal desafío para tratar de lograr que la construcción sea sustentable lo
plantean la vivienda apropiada y la infraestructura necesaria para transporte, abastecimiento
de agua y saneamiento, energía, comunicaciones, industria y actividades comerciales para
satisfacer las necesidades de la creciente población mundial.
Este breve contexto justifica el establecimiento y la aproximación de los principios de
sustentabilidad al campo de la construcción de edificios, lo cual implica crear edificaciones y
servicios públicos a través del uso de materiales, energía, agua y tierra con los menores
impactos ambientales y económicos adversos posibles. Esto rememora la definición de
construcción sustentable que establece que se trata de “la creación y mantenimiento de
construcciones sanas y respetuosas del medio ambiente, a través de la incorporación de
principios ambientales y utilizando eficientemente los recursos naturales” (KIBERT, 1994).
Es oportuno aclarar que el alcance del presente proyecto, realizado en unas pocas semanas,
se reduce solo al estudio de la eficiencia energética en los edificios a construir en la Ciudad
de México, como una forma de contribuir a la mitigación en la emisión de gases de efecto
invernadero que propician el calentamiento global.
En posteriores etapas del tema “edificación sustentable para la Ciudad de México”, se podrán
abordar el resto de los subtemas que integran la construcción sustentable de edificios, como
son el uso racional de agua, productos forestales, azoteas verdes, terreno, deconstrucción,
síndrome del edificio enfermo, entre otros subtemas sustentables pertinentes.
I. Introducción
La esencia de la sustentabilidad no es nueva, en realidad es un antiguo principio intuitivo de la
cultura humana y del comportamiento de los animales. Aún antes de la aparición del hombre
sobre la tierra, los herbívoros y rapaces se alimentaban sin sobreexplotar sus territorios de los
cuales dependía su vida. El fin último de este paradigma es la preservación de las condiciones
de la vida en nuestro planeta, que se basa en las complejas interacciones de los diferentes
componentes de la biosfera, situando como objetivo fundamental a la especie humana, es
decir a la sociedad, tratando de conciliar el crecimiento económico con la preservación del
medio ambiente (López, 2008).
De varias definiciones de sustentabilidad que existen, destaca la que establece que se trata
de un proceso que (de aplicarse) permitirá la continuación indefinida de la existencia humana
en la Tierra, a través de una vida sana, segura, productiva y en armonía con la naturaleza y
con los valores espirituales (DU PLESSIS, 2002).
La sustentabilidad se deriva del movimiento ambientalista mundial, ubicándose en un espacio
más amplio que el propio medio ambiente, pues sus componentes son de tipo económico,
social, ambiental, ético, educativo, entre otros pilares que la sostienen.
La primera vez que se usó el concepto de sustentabilidad con el significado que actualmente
se le atribuye, está documentada en el Reporte Ecuménico de la Conferencia de Estudios de
Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Humano (WCC, 1974), de la reunión de la World
Council of Churches, efectuada en Ginebra, Suiza, en 1974. Un grupo de ambientalistas
occidentales de esa agrupación propuso la creación de una “sociedad sustentable”, para
conciliar la necesidad de crecimiento económico (industrial) y la objeción de algunos países
en vías de desarrollo de preservar prioritariamente el medio ambiente, cuando su población
confrontaba (confronta) condiciones de pobreza y de sobrevivencia. En esa ocasión, los
postulados invocados para el establecimiento de una sociedad sustentable fueron los
siguientes:
Distribución equitativa de los recursos naturales para lograr la estabilidad social,
Emisión de residuos menor a la capacidad de la biosfera para absorberlos,
Consumo de recursos no renovables a tasas menores de la capacidad tecnológica
para encontrar sucedáneos y
Las actividades humanas no deben influenciar la variación natural del clima global
(cambio climático propiciado por el calentamiento global).
Se puede observar que las preocupaciones sustentables expresadas en el documento de
referencia, integran el uso racional de los recursos y el impacto antropogénico en el clima; es
decir, se presentan conjuntamente a la sustentabilidad y al cambio climático. En el presente
proyecto, justamente se propone la incorporación de los principios sustentables en la
edificación, para contribuir a la mitigación en la emisión de gases de efecto invernadero que
propician el sobre calentamiento global que está cambiando los patrones climáticos del
planeta.
II. Aproximación de los principios de sustentabilidad a los edificios Tradicionalmente el diseño de edificios había considerado factores como durabilidad,
funcionalidad, estética y economía; ahora, con el advenimiento de la sustentabilidad, se
requieren adicionalmente al menos los aspectos ecológico y de salud, que incluyen consumo
racional de recursos naturales, minimización de residuos, cuidado de la biodiversidad y
ambiente interno sano de las construcciones (tabla 1).
Tabla 1. Requerimientos generales de la construcción sustentable
1. Humanos
funcionalalidad
seguridad
Salud
Confort
2. Económicos
inversión económica
construcción
tiempo de vida:
o operación
o mantenimiento
o renovación
o demolición
o reciclaje y re uso
o disposición final
3. Culturales y patrimoniales
edificios tradicionales
estilos de vida
cultura
estetética
arquitectura
imágen
4. Ecológicos o ambientales
recursos naturales
fuentes de materias primas
energía
impactos ambientales
residuos
biodiversidad
Los costos relacionados con la naturaleza consideran el uso de las fuentes de recursos
naturales, la emisión de residuos y la contribución al calentamiento global. Estos impactos
definen el perfil medioambiental de las edificaciones sustentables y de los servicios internos
de las construcciones, lo cual generalmente incluye el consumo global y local de materias
vírgenes y la generación de CO2 (gas de efecto invernadero), CO, SO2, NOx, polvo, residuos
sólidos y ruido.
II.1 Los principios de sustentabilidad energética en las edificaciones
La evidencia científica muestra que el calentamiento global asociado a las emisiones de
efecto invernadero, provenientes de actividades antropogénicas, está ocasionando cambios
climáticos apreciables, siendo éste el problema ambiental más importante que enfrenta la
humanidad hoy día. Las respuestas que se han establecido para enfrentar este desafío se
conocen como mitigación de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) y adaptación al
cambio climático para reducir la vulnerabilidad a los fenómenos meteorológicos extremos de
los ecosistemas, poblaciones e infraestructura.
Las acciones de mitigación o reducción de emisiones de GEI tienen como principal aliado la
minimización del consumo de energía mediante el desarrollo de tecnologías eficientes y de
bajo consumo de electricidad, principalmente en zonas urbanas como la Ciudad de México.
Mediante el uso de tecnologías adecuadas, el sector de la construcción podría ser un agente
fundamental en las acciones de mitigación, pues de acuerdo con la Comisión de Cooperación
Ambiental de Norteamérica, en las edificaciones comerciales y residenciales mexicanas se
consume el 30% del total de la energía (CCA, 2004).
Asimismo, estudios de mitigación de emisiones de GEI para México con una perspectiva al
año 2030, realizados por el Centro Mario Molina y McKinsey & Company (CMM, 2008)
señalan que es posible la aplicación de medidas de edificación sustentable tales como la
instalación de luminarias de bajo consumo, por ejemplo LED’s, sistemas de control de
iluminación, equipos electrónicos y electrodomésticos de bajo consumo, pues son paquetes
tecnológicos de bajo costo de inversión, tal como se observa en la gráfica 1.
En las zonas urbanas se concentra la mayor parte de la población humana y por lo tanto en
estas áreas se presentan los más altos consumos energéticos. En consecuencia, es en las
ciudades donde se deben llevar a cabo acciones de mitigación de emisiones efectivas como la
aplicación de los principios de edificación sustentable en los nuevos proyectos de
construcción, cual es el caso de la Ciudad de México donde se construyen una alta cantidad
de viviendas y edificios comerciales
Gráfica1. Curva del costo de abatimiento de emisiones de GEI para México en el año 2030.
Fuente: (CMM,2008).
En el estudio de referencia (CMM, 2008), se establecen los principios de sustentabilidad
energética en edificaciones y se identifican las tecnologías aplicables a proyectos nuevos de
construcción residencial y comercial en la Ciudad de México, enfatizándose en el uso
energético de la envolvente de los edificios.
Electrodomésticos, edificaciones residenciales
Electrónica, edificaciones residenciales
Nuevos sistemas de control de iluminación, edificaciones comerciales
LEDs
POTENCIAL DE ABATIMIENTO DE EMISIONES
MtCO2e/año
III. Eficiencia energética en la envolvente
Se conoce como envolvente a los componentes constructivos que se encuentran en la parte
exterior de los edificios, la cual funciona como una barrera térmica y de regulación de
temperatura en el interior de las edificaciones; es decir, conforman esa envolvente los muros
exteriores, la losa de azotea, las ventanas, los tragaluces, entre otros, como los que se
muestran en la figura 2. Diseñar y construir una envolvente eficiente para ofrecer un ambiente
confortable para los usuarios finales y evitar el uso de sistemas de aire acondicionado y/o de
calefacción es una oportunidad excepcional de mitigación de emisiones de GEI en la Ciudad
de México.
Figura 2. Envolvente de un edificio
Fuente: PROCLIMAS-IPN, con datos de Energía Assyce.
Es importante mencionar que para maximizar la eficiencia térmica de los elementos de la
envolvente y disminuir el uso de sistemas de climatización en edificaciones es necesario
complementar los siguientes aspectos: El primero es realizar un diseño congruente con las
condiciones bioclimáticas de su localización, realizando una correcta orientación de las
fachadas para aprovechar la energía solar, la iluminación y la ventilación natural del medio. El
segundo aspecto, es la utilización de materiales constructivos adecuados, la instalación de
equipos de iluminación de bajo consumo de energía y la incorporación de azoteas y muros
verdes en las edificaciones residenciales y comerciales.
Para medir la eficiencia energética de los elementos constructivos de la envolvente, se utiliza
el coeficiente global de transferencia energética “U”, que expresa la cantidad de energía que
se transfiere del exterior hacia el interior por área unitaria, sus unidades de expresión son
W/m2∙°C. A continuación se presentan las tecnologías disponibles en materiales de
construcción y equipos de iluminación:
Envolvente
Materiales termoaislantes. Los materiales que se utilizan en el armado de los elementos de
la envolvente deben de ser elegidos de acuerdo a las necesidades térmicas de la localización
de las edificaciones. Existen actualmente en el mercado, materiales conocidos como
termoaislantes que ofrecen mejores niveles de confort térmico que repercuten en la
disminución del consumo energético. La variedad de materiales termoaislantes es la siguiente:
Poliestireno expandido
Poliestireno extruido
Fibra de roca y vidrio
Espuma de poliuretano
Polisociunaruto
Concreto celular
Vidrio celular
Aglomerados de corcho
Mezclas de perlita mineral
El campo de los termoaislantes lo representan los materiales de cambio de fase (Phase
Change Materials), que son los más eficientes a escala mundial. Son componentes con un
alto nivel de calor de fusión que puede cambiar de estado líquido a sólido a una cierta
temperatura, absorben calor durante su transformación de fase de sólida a líquida y lo liberan
durante la solidificación. Este tipo de materiales se producen comúnmente con parafinas o
hidratos de sal que forman parte de muros, pisos, techos y concretos (Roth, 2010).
De acuerdo a una investigación realizada por la Universidad de Oakland, un muro construido
con materiales de cambio de fase preponderantemente con parafina, reduce las fluctuaciones
de temperatura en los diferentes climas de Nueva Zelanda y se comporta como un almacén
de energía, previniendo excesivos incrementos o decrementos de la temperatura del aire. Los
materiales de cambio de fase reducen las fluctuaciones de temperatura y mantienen un clima
agradable para los usuarios de la edificación a lo largo del año (Roth, 2010).
Cristales. Los cristales son las partes transparentes de las fachadas, comparados con los
muros reciben una mayor radiación solar y son los elementos de la envolvente que
transfieren el mayor flujo de energía al interior (ganancia) o al exterior (pérdida) del edificio. Si
no se eligen los cristales adecuados, la ganancia o pérdida total de energía es
significativamente mayor, en consecuencia, el usuario adquiere equipos de aire
acondicionado o calefacción para regular la temperatura interior y el gasto o ganancia de
energía crece exponencialmente.
La eficiencia energética de los cristales es un elemento importante para poder alcanzar la
meta de cero consumo de energía de un edificio. Los cristales que actualmente se encuentran
en el mercado se relacionan con sistemas estáticos que tienen una función permanente a lo
largo del año, que es la de reducir la transferencia térmica de la edificación. La tendencia
tecnológica en cristales son sistemas dinámicos que funcionan de acuerdo a la temperatura
exterior, optimizan la ganancia solar de acuerdo con las condiciones climáticas, aprovechan la
energía ambiental pasiva de invierno y rechazan la ganancia solar térmica en verano.
Los hallazgos de otro estudio realizado en el año 2006, por la Universidad de California en
Berkeley y el Departamento de Energía de los Estados Unidos mostraron que los cristales
son responsables del 30% del consumo total de un edificio (1’202,667 GWh), pues su
ineficiencia energética requiere el uso de aire acondicionado y de calefacción. A continuación
se presentan tres tecnologías que si son correctamente comercializadas e implementadas en
edificios comerciales y residenciales podrían contribuir a un ahorro energético de 1, 056,000
GWh para el año 2030, es decir, habría una reducción del 87% en el consumo de energía
(DOE, 2010).
Cristales altamente aislantes: Actualmente existen tres tipos de cristales altamente aislantes:
los cristales de aerogel que se componen de un material similar al gel con una alta resistencia
térmica, los cristales huecos que eliminan la convección y conducción de calor entre dos
capas de cristales y las películas de baja emisión con relleno de gas que se componen de
tres o más capas de poliéster.
Cristales dinámicos: Son cristales que poseen sistemas de control solar a través de películas
de baja emisión de calor, rellenos de gas criptón y capas de vidrio electrocrómico que se
componen de cubiertas hechas con óxidos metálicos. Funcionan de acuerdo al nivel de
radiación solar, minimizan la demanda pico de aire acondicionado de verano y maximizan la
ganancia solar pasiva en invierno.
Figura 3. Cristal dinámico
Fuente: Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley y Departamento de Energía de los
Estados Unidos (LNBL and DOE, 2006)
Fachadas integrales de iluminación natural
Las fachadas integrales de iluminación natural para edificios comerciales proporcionan
beneficios combinados de control y redirección de la luz de día mientras se preserva la
visibilidad de los usuarios. Ejemplos de tecnologías existentes para estas fachadas incluyen
lámparas solares, estantes y domos de luz que permiten la penetración de luz que repercute
en un ahorro de energía por iluminación y dispositivos de sombra los cuales actúan de
acuerdo a los niveles de luz solar.
Figura 4. Fachada integral de iluminación natural
Fuente: Centro para la Arquitectura, Ciencia y Ecología (Center for
Architecture Science and Ecology, 2008)
El efecto combinado de estas tecnologías reduce significativamente la ganancia de energía de
la envolvente. Las metas de eficiencia energética mediante la implementación de las tres
tecnologías antes mencionadas son las que se muestran en la tabla 2.
Tabla 2. Metas de eficiencia energética en cristales para el año 2030 en los
Estados Unidos.
Tipo de ventana
2003 2030
U
(W/m2 °C)
Ahorro
de
energía
Costo
(dólares/pie2)
U
(W/m2 °C)
Ahorro
de
energía
Costo
(dólares/pie2)
1.Cristales altamente
aislantes 1.6 Nd* 3 0.57 Nd* 3
2.Cristales dinámicos 1.02 Nd* 85 0.57 Nd* 5
3.Fachadas integrales
de iluminación natural Nd* 40 3 nd 60 6
Fuente: Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley y Departamento de Energía de los Estados
Unidos (LNBL and DOE, 2006) *Nd: No disponible.
En conclusión, las tendencias tecnológicas de los cristales podrían alcanzar una eficiencia tal
que podrían ser consideradas como “cristales de cero consumo de energía”. La gráfica 1
muestra el abatimiento del valor U en cristales en el periodo 1973 a 2003 y una proyección de
eficiencia al año 2030, cuando se espera que las tecnologías más avanzadas sean
incorporadas en las edificaciones de los Estados Unidos y, por consiguiente, estén disponibles
en el mercado mundial.
Gráfica 1. Eficiencia energética de las tecnologías de cristales comercializados en los
Estados Unidos en el periodo 1973 - 2030.
Es importante mencionar que el sombreado que se proporciona a una ventana también
constituye un factor determinante para reducir la ganancia de energía. Existen elementos de
diseño conocidos como aleros, partesoles, parasoles que reducen significativamente esta
transferencia.
III.1 Normatividad para la eficiencia energética de la envolvente
En México existe la NOM-008-ENER-2001 para optimizar la eficiencia energética en
edificaciones a través de la envolvente de edificios comerciales, es decir, hospitales, oficinas,
almacenes, hoteles, restaurantes, entre otros (Secretaría_de_Energía_(SENER), 2001) . El
objetivo más importante de esta norma es el cálculo de la ganancia total de calor del edificio
proyectado y la ganancia de un edificio de referencia, el cual es el mismo en geometría,
orientación, colindancia, dimensiones en planta y elevación; pero posee diferentes
proporciones de la envolvente para las fachadas, ésto es 60% de parte opaca (muros) y 40%
de parte transparente (ventanas). Con respecto a la azotea propone 95% de parte opaca
(losa) y 5% de parte transparente (domos), estas características representan una condición
crítica de ganancia térmica. La norma se aprueba si la ganancia total térmica del edificio de
referencia es mayor a la del edificio proyectado. Sin embargo, es importante señalar que las
proporciones que la norma plantea para el edificio de referencia no reflejan las tendencias
arquitectónicas de los edificios nuevos en México, y que es muy probable que la mayor parte
de los edificios proyectados sean más eficientes que los de referencia.
En consecuencia, la NOM-008-ENER-2001 no le exige al constructor utilizar las mejores
tecnologías disponibles en el mercado para maximizar la eficiencia energética de la
envolvente y no se aprovecha el potencial de estas tecnologías para la reducción de
emisiones de gases de efecto invernadero del sector de edificios comerciales en México.
Por otro lado existe la norma la NMX-C-460-ONNCCE-2009 de reciente publicación, la cual
tiene como objetivo reducir la ganancia de calor en edificaciones residenciales para minimizar
el uso de sistemas de aire acondicionado. De acuerdo a esta norma, los elementos
constructivos de la envolvente de la vivienda como son techos, muros y entrepisos deben de
tener una resistencia térmica igual o mayor a las que especifica la norma de acuerdo a la zona
térmica en donde se localiza la edificación para garantizar la eficiencia energética de la
envolvente.
Las dos normas que se acaban de comentar representan un avance importante en términos
regulatorios relacionados con la eficiencia energética de la envolvente; empero, es necesario
que la normatividad se actualice periódicamente y sea congruente con los avances
tecnológicos que ocurren internacionalmente.
IV. Eficiencia energética en sistemas de iluminación
La mayor parte de las edificaciones en México utilizan lámparas incandescentes, que son
iluminarias de alto consumo y de baja eficacia luminosa que varían de 7 a 20 lm/W.
Existen otros tipos de luminarias que tienen un rendimiento energético mejor y se conocen
como lámparas fluorescentes, su eficacia luminosa varía de 30 a 61.5 lm/W y el tiempo de
vida varía de 5,000 a 45,000 horas. En el mercado existen dos tipos de lámparas:
fluorescentes compactas y lámparas cubiertas de material fluorescente que transforma la luz
UV en luz de diferentes espectros.
Sin embargo, la tecnología que representa las mayores oportunidades de mitigación de
emisiones de GEI son los diodos luminiscentes conocidos como LED, estas luminarias son
semiconductores electrónicos con propiedades de un diodo, pues permiten que la corriente
eléctrica fluya en una sola dirección y la convierten en una luz monocromática con diferentes
longitudes de onda (o colores), contienen un chip el cual es la pieza central. El actual
rendimiento luminoso promedio es de 50 lm/W, pero el mejor LED hasta el momento puede
emitir hasta 100 lm/W (Forum for Sustainable Development of German Business, 2008).
Existe un modelo especial de LED que aún se encuentra en proceso de desarrollo, su nombre
es OLED (Organic Light Emitting Diodes). Este nuevo diseño contiene materiales orgánicos y
radiadores de gran superficie; por el momento sus aplicaciones son escasas pero se espera
que en un futuro su desarrollo tecnológico ofrezca ventajas superiores a las de los LED.
V. Consumo energético en viviendas El consumo total del sector de las edificaciones comerciales, residenciales y de servicio fue de 949.1 PJ anuales (949.1 x 1015 J), de los cuales 244 PJ correspondieron al sector comercial y de servicios y el mayor, 705 PJ al residencial (ver grafica No. 1); lo que representa una demanda total del 21% respecto al total nacional consumido en el año 2006, reportado en 4,524 PJ (Secretaría de Energía, 2007). Figura No. 1. Consumo energético en México 2006 en el sector de las edificaciones (PJ/año).
Fuente: UNEP, 2009. De acuerdo a estudios realizados por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, la vivienda tradicional en México contribuye con los siguientes consumos de energía promedio anuales (Morillón, 2008)
• 128 kg de gas LP o 385.76 litros • 1.6 MWh de electricidad • 1.89 Toneladas emitidas de CO2e, por uso de energía de origen fósil
Con los datos anteriores, se estimó el costo promedio por consumo de gas LP y de electricidad, obteniendo los siguientes datos:
0
200
400
600
800
1,000
Uso Residencial
Usos Comerciales
y de Servicios
Total
705.1
244
949.1
Tabla 3. Costo del consumo de gas LP y energía eléctrica mensual de la vivienda tradicional mexicana
Tipo de consumo Consumo energético
Ton CO2 al mes Unidad Costo
Costo total/mes
Consumo de gas LP
1 10.67 kg de GLP 22.68
$/kg de gas LP $6.52
$69.50
Consumo de energía eléctrica
2
133.33 kWh/mes 62.64 $/kWh $0.72
$104.50 $0.87
Total 144 85.32 $174.00
Fuente: IPN, 2011 con datos de (Morillón, 2008)
Según la estimación anterior, el costo energético de la vivienda tradicional mexicana localizada en la Ciudad de México es de $174, considerando consumo de energía eléctrica y gas LP. A continuación se presentan los ahorros energéticos y la reducción de CO2e mensuales por la implementación de tres opciones tecnológicas: la primera por calentamiento de agua solar y la instalación de luminarias eficientes, la segunda por calentamiento de agua solar y la instalación de lámparas LED’s, la tercera por la instalación de una celda fotovoltaica. Tabla 4. Opción 1: Ahorros energéticos y de reducción de CO2e mensuales por calentamiento de agua solar y luminarias eficientes
Tipo de ecotecnia Ahorro energético Reducción de
emisiones (Ton CO2/mes) mensual
Calentador solar plano 22.040 kg gas LP/mes 0.052 Focos ahorradores (lámparas compactas
fluorescentes (LCF), 6 focos 25.870 kWh/mes 0.012
Fuente: IPN, 2011 con datos de (Morillón, 2008)
Como se observa en la tabla anterior, si se instala el calentador solar plano se ahorrarían 22.04kg de gas LP mensuales, que prácticamente abatiría el consumo de gas en la vivienda. Por otro lado, la instalación de lámparas compactas fluorescentes permite ahorrar 25.87kWh al mes, sin embargo, el consumo eléctrico es 133.33 kWh por lo que se seguirían consumiendo 107.46 kWh.
1 Costo del gas LP: CRE, abril 2011. Precios de facturación de gas LP en Zona Centro, San Juan Ixhuatepec
http://www.cre.gob.mx/documento/1282.pdf 2 Costo de energía eléctrica: CFE, mayo 2011. Cargos por energía consumida, para consumos hasta 140 kilowatts-hora en
tarifa 1. http://www.cfe.gob.mx/casa/ConocerTarifa/Paginas/Conocetutarifa.aspx
Tabla 5. Opción 2: Ahorros energéticos y de reducción de CO2e mensuales por calentamiento de agua solar y LED’s
Tipo de ecotecnia Ahorro energético
Reducción de emisiones (Ton
CO2/mes) mensual
Calentador solar plano 22.040 kg gas LP 0.052
LED’s (paquete de 6 LED's) 54.370 kWh 0.036
Fuente: IPN, 2011 con datos de (Morillón, 2008)
Se observa que la instalación de luminarias LED’s en la vivienda, reduce 54.37 kWh al mes, con esto la vivienda consumiría 78.96kWh que representa un ahorro de energía eléctrica de 41%. Tabla 4. Opción 3: Ahorros energéticos y de reducción de CO2e mensuales por generación de energía a través de celda fotovoltaica
Tipo de ecotecnia
Ahorro energético Reducción de emisiones
(Ton CO2/mes) mensual
Celdas fotovoltaicas o panel solar de 1kW 175.660kWh 1.163
Fuente: IPN, 2011 con datos de (Morillón, 2008)
De acuerdo a la tabla anterior, un panel solar de 1kW ahorra 175.66 kWh al mes, si se tiene un consumo de 133.33 kWh hay un excedente con respecto a la generación y consumo eléctrico de 42.33 kWh. Para estimar el costo de inversión de las opciones tecnológicas, se presenta la siguiente tabla que muestra información de costo y vida útil. Tabla 5. Costo y vida útil de la opción 1: calentamiento de agua solar y luminarias eficientes
Tecnología Precio ($) Vida útil (años)
Calentador solar plano 9,688.54 20 Focos ahorradores (lámparas compactas fluorescentes (LCF), 6 focos 220.00 0.11
9,908.54
Tabla 6. Costo y vida útil de la opción 2: calentamiento de agua solar y LED’s
Tecnología Precio ($) Vida útil (años)
Calentador solar plano 9,688.54 20
LED’s (paquete de 6) 510.00 7
10,198.54
Fuente: IPN, 2011 con datos de (Morillón, 2008) Tabla 7. Costo y vida útil de la opción 3: generación de energía a través de celda fotovoltaica
Tecnología Precio ($) Vida útil (años)
Celdas fotovoltaicas o panel solar de 1kW 80,000.00 30
Fuente: IPN, 2011 con datos de (Morillón, 2008)
De acuerdo a la información del costo tecnológico se observa que la opción 2 es la mejor opción tecnológica, puesto que la inversión es menor que la opción 3 y ofrece mejores ahorros energéticos. La opción 3 referida a la instalación de celdas fotovoltaicas proporciona los mejores ahorros energéticos, pero el costo de inversión es muy alto. Sin embargo, el crecimiento del mercado de tecnologías fotovoltaicas reducirá los costos en un futuro de acuerdo al progreso de su mercado en el sector vivienda.
VI. Políticas y lineamientos. Para la incorporación de los principios de sustentabilidad en la edificación, se están realizando iniciativas tales como la elaboración de normas técnicas, así como la implantación de mecanismos de certificación de edificaciones, con los que además de otros objetivos sustentables se busca hacer más eficiente el consumo de la energía. Las certificaciones son un instrumento de política pública cada vez más empleado para comprobar el cumplimiento de la normatividad vigente, o como punto de referencia para la concesión de créditos financieros para inversiones o desarrollos de proyectos del sector privado. La IEA (International Energy Agency) y UNEP-SBCI (UNEP Sustainable Buildings & Construction Initiative) coinciden en señalar la importancia de usar instrumentos regulatorios en combinación con otras herramientas (económicas, fiscales e informativas) para asegurar el impacto positivo en el consumo de energía y en las medidas de mitigación de gases de efecto invernadero, resumiéndose de acuerdo a su categoría como sigue:
Tabla 8. Algunos mecanismos para propender al ahorro de energía y a la mitigación de GEI
CONTROL Y REGULATORIOS ECONÓMICOS Y DE MERCADO
FISCALES E INCENTIVOS
INFORMACIÓN, EDUCACIÓN Y VOLUNTARIOS
Normativos:
Estándares en equipos,
códigos de edificación,
regulaciones de procuración,
obligaciones y cuotas para eficiencia energética
Informativos: Programa de auditoría obligatoria, administración de la demanda energética en la empresa de generación de energía (UDSM), programas de etiquetado y certificación obligatorios
Mecanismos flexibles del Protocolo de Kioto, consultoría en desempeño energético, certificación de eficiencia energética, procuramiento cooperativo, esquemas de energía eficiente
Creación y alza de Impuestos, exenciones y/o reducciones en Impuestos, cargos a la beneficencia pública, subsidios al capital y prestamos
Certificaciones y etiquetados voluntarios, programas de liderazgo públicos, campañas de educación, información y sensibilización, facturación detallada y programas de divulgación, acuerdos voluntarios negociados.
Fuente: UNEP (2009)
Conclusiones
- Una de las conclusiones finales centrales se refiere a la eficiencia energética de los
componentes de la envolvente de los edificios, la que se logra a través de la
incorporación de materiales de aislamiento térmico (cristales aislantes y azoteas verdes
combinados con criterios de diseño bioclimático). Esta es una oportunidad para
minimizar notablemente el consumo de energía por sistemas de aire acondicionado y
calefacción en edificios comerciales y residenciales en México. De acuerdo con la
literatura internacional, si estos tres elementos se combinan adecuadamente, un
edificio puede convertirse en “edificio de cero consumo de energía”, lo que
naturalmente contribuiría al cumplimiento de los objetivos de mitigación de emisiones
de GEI en sector de la edificación.
- La aproximación de los principios de la sustentabilidad al campo de la edificación,
además de ser un deber ético es una conveniencia, pues está probado que al ser
sustentables sus productos, son buenos y preferidos por la gente (SHIMIZU, 2010),
representan utilidades para las empresas (WBCSD, 2010) y son ambientalmente
amigables para nuestro planeta (IISBE, 2010).
- La construcción sustentable de edificios propicia la introducción de nuevas tecnologías
que conducen también a nuevos conceptos de edificación, que requieren el desarrollo
de nuevos productos innovadores. Como consecuencia, ciertos sub sistemas se
integrarán para crear sistemas de función integrada (por ejemplo, componentes de la
construcción para techos y fachadas), además de que estos cambios representan
oportunidades de negocio adicionales.
- La industria de la construcción de edificios y de la fabricación de materiales son
percibidas por la sociedad como industrias contaminantes. Consecuentemente, es
pertinente recabar información ambiental objetiva y datos relacionados con la duración
de los impactos de los materiales y productos usados en el sector de la construcción,
para difundirla entre quienes tengan la capacidad de influir en la elección de
construcciones y materiales amigables con el medio ambiente, para contribuir así con
la sustentabilidad del sector de la construcción.
- En virtud de que el proceso de diseño sustentable de edificios implica complejidad y
multidisciplina, existe una urgente necesidad de un enfoque integrado que requiere,
entre otra cosas, la cooperación entre los diseñadores, ingenieros, ambientalistas y
fabricantes de materiales y productos para la construcción, lo que permitirá que los
participantes en los proyectos trabajen juntos intercambiando información que
optimizará el proceso de diseño y construcción sustentables.
- El tema emergente del cambio climático, que también es un asunto relacionado con la
sustentabilidad puesto que los impactos más severos impactarán a las futuras
generaciones, añaden una preocupación y una oportunidad más al campo de la
edificación, a través de la necesidad de diseñar elementos más resistentes que
contemplen los impactos cada vez más intensos de los fenómenos meteorológicos
exacerbados, tales como inundaciones, ciclones, deslaves, entre otros.
- Las innovaciones requeridas, implícitas en lo expresado en estos últimos párrafos,
representan un nicho de oportunidades para las nuevas generaciones de ingenieros y
arquitectos, por lo que las instituciones de educación superior que preparan a este tipo
de profesionales tienen ante ellas un desafío que debe ser afrontado oportunamente,
es decir, de inmediato.
Bibliografía
CCA (Comisión de Cooperación Ambiental de Norteamérica). (2004).
CENTER FOR ARCHITECTURE SCIENCE AND ECOLOGY, C. (2008) Integrated
Concentrating (IC) Dynamic Solar Facade Nueva York.
Centro Mario Molina-McKinsey (2008). Low-Carbon Growth A Potential Path for Mexico.
Comisión de Cooperación Ambiental. (2008). Edificación Sustentable en América del Norte.
ISBN 2-923358-48-1. Montreal (Quebec), Canada. Disponible en: www.cce.org
DOE (2010) Types of Insulation. Washington, DC.
DOE (2010) Types of Insulation. Washington, DC.
DU PLESSIS, Chrisna. (2002). Agenda 21 for sustainable construction in developing countries.
CSIR Building and construction technology. Pretoria South África.
IISBE (International Initiative for a Sustainable Built Environment) (fecha de consulta:
Diciembre de 2010): Sustainable Building Information System. En internet, URL
<http://www.iisbe.org.
IN CONUEE (Ed.) NOM-008-ENER-2001. Ciudad de México, Comité Consultivo Nacional de
Normalización para la Preservación y Uso Racional de Recursos Energéticos.
LNBL AND DOE (2006) Zero Energy Windows. LBNL-60049, 15.
López L., Victor M. (2008): Sustentabilidad y Desarrollo Sustentable. Origen, precisiones
conceptuales y metodología operativa. Editorial Trillas. México.
MORILLÓN, D. (2008) Escenarios Tecnológicos de Mitigación de Cambio Climático en México
para el Sector Residencial: Implicaciones Económicas. México D.F.
ROTH, K. (2010) Phase Change Materials (PCM) technology for building materials. ASHRAE
Journal, 5.
ROTH, K. (2010) Phase Change Materials (PCM) technology for building materials. ASHRAE
Journal, 5.
SECRETARÍA DE ENERGÍA (2007) Balance Nacional de Energía 2006. México D.F.
SECRETARÍA_DE_ENERGÍA_(SENER) (2001) Eficiencia energética en edificaciones,
envolvente de edificios no residenciales
SHIMIZU Corporation (fecha de consulta: Diciembre de 2010): Simizu corporate social
responsability report 2010.En internet URL< http://www.shimz.co.jp
UNEP-SBCI (United Nations Environment Programme-Sustainable Buildings & Construction
Initiative (2009): Greenhouse Gas Emission Baseline and Reduction Potentials from Building
in Mexico. Official Journal of the European Union.
WBCSD (World Business Council for Sustainable Development) (fecha de consulta: Diciembre
de 2010): Focus areas. En internet URL<htttp://www.wbcsd.org