Eficiencia energética en edificios y climatización eficiente (infografía)

Impacto ambiental

Climatización es energía y energía es impacto ambiental. El uso de energías no renovables ( de origen fósil y nuclear especialmente), comporta el bombeo incesante de recursos naturales que estamos agotando y no podemos reponer nunca más. Emplear energías no renovables supone también liberar grandes emisiones de CO2, causa principal del cambio climático que sufrimos, subidas de temperaturas, deshielo, temporales, inundaciones, etc.
El consumo energético de climatización en una vivienda estandard, supone el 45% de la energía y el 39% de las emisiones de CO2 asociadas totales. Por tanto:

- Es preciso diseñar el sistema de climatización que cumpla la mayor eficiencia energética posible
- Para conseguirlo debemos utilizar el máximo posible de energías renovables, como la energía solar, calderas de biomasa, etc.

Clima y climatización

Los edificios son barreras a la lluvia, al viento y a veces filtros sutiles a luz y el calor. Muchos de ellos se proyectan ignorando las condiciones del clima y luego su climatización se resuelve a puro consumo energético. Cada uno de los tipos climáticos (cálido-seco, cálido-húmedo, frío, templado, etc. ) implica una caracterización básica que permita plantear las grandes líneas arquitectónicas. Así mismo es importante conocer el microclima y las condiciones del entorno inmediato ( una pendiente al sur o al norte puede significar más de 3º C de diferencia de temperatura, por ejemplo). El sol, el viento y la lluvia no deben ser ignorados sino tenidos en cuenta en el proyecto, pués allí comienza la estartegia de climatización del edificio.

Parámetros del confort

Energías renovables = Eficiencia energética

Estamos acostumbrados casi exclusivamente a la electricidad y al gas como las fuentes de energía, aunque el futuro está en aquellas otras que tienen origen en el sol: energía solar fotovoltaica, solar térmica, biogás, biomasa, etc.

Estas fuentes de energía, además de no agotar recursos ni contaminar, son las que más crecen en todo el mundo: eólicas, 30%, fotovoltáica 21,5%( mientras tanto el gas natural lo hace en un 2,2%, el petroleo en 1,3%, y las nucleares en 0,6%).

Las energías renovables cada vez se utilizan más. Hoy en día en Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE) obliga incluso a la instalación e integración de placas solares en los edificios de nueva construcción. Ésto unido a las subvenciones y ayudas oficiales para instalación de energía solar en viviendas que alcanzan el 40% de la instalación hacen que la expansión de la energía solar como sinónimo de eficiencia energética sea cuestión de tiempo.

Menos energías fósiles = más eficiencia energética

Es urgente entender que ya estamos frente a un cambio energético que implica asumir la racionalización del uso de la energía el desarrollo de las energías renovables.

Con todo, hay energías no renovables más eficientes que otras: un KWh eléctrico supone entre 2 y 2,5 veces más emisiones de CO2 que la misma potencia térmica generada por gas natural o gasóleo, que aún puede optimizarse mediante sistemas de cogeneración (energía y calor), por ejemplo.

Evaluación energética

Hasta hace poco tiempo predecir la demanda y el consumo energético de la climatización (también de la iluminación, los materiales, etc.) de un edificio requería largos y complejos estudios. Actualmente y gracias al desarrollo de programas informáticos como Calener, Líder, BIM, etc. es posible simular el comportamiento energético de un edificio en menos tiempo y de forma más accesible. Una vez "construido" un edificio virtual mediante estos programas ( y en forma paralela al proceso del proyecto) sabemos cúanta energía necesitará para funcionar. Jugando con su orientación, tipo de envolvente, uso, parámetros de confort, sistema de climatización, etc. podemos optimizarlo sucesivamente hasta encontrar las alternativas energéticamente más eficientes, que aportarán ahorros ambientales ( y económicos) muy significativos durante toda su vida útil

Orientación del edificio

El rechazo o la captación de energía por parte de las diferentes fachadas del edificio a lo largo de las estaciones del año junto con la resolución constructiva del mismo (huecos, tipos de acristalamiento, aislamiento e inercia térmica, etc.) en cada una de las orientaciones puede aumentar o reducir significativamente las necesidades de calefacción y refrigeración de manera que la demanda energética disminuya sin sacrificar confort.

El aprovechamiento de la radiación solar hasta 1.700kwh/año en la península íberica, se logra optimizando la orientación sur respecto a una orientación media este-oeste, pudiendo de esta manera alcanzarse hasta un 34% de ahorro en consumo de calefacción, lo quee representa un 14% de energía y un 11% de emisiones de CO2 totales para una vivienda estandard.

Consideraciones sobre la envolvente

La piel del edificio es una interfaz energética. Puede captar o rechazar la energía solar, conservar o disipar la energía del sistema de climatización artificial, ayudar o perjudicar a una correcta ventilación natural, factores todos que repercutirán sensiblemente en las necesidades energéticas de climatización y por tanto, en la eficiencia energética del edificio.

Existen numerosos mecanismos para resolver correctamente la envoltura pero cuyo conocimiento y uso son aún incipientes. El diseño de la protección solar, la disposición del aislamiento de la fachada, el aprovechamiento del muro como colector y almacenador de calor, la cubierta como captadora de energía térmica y fotovoltaica, la utilización de acristalamientos selectivos y otros filtros solares y los mecanismos de refrescamientos de la estructura por ventilación natural y forzada desde las fachadas frias, entre otros, pueden ayudarnos a disminuir las necesidades de climatización artificial.

Aislamiento térmico = eficiencia energética

Un buen aislamiento es el primer mecanismo térmico que preserva condiciones de confort regulando el intercambio energético entre el ambiente interior y el exterior, disminuyendo las transferencias térmicas por transmisión de la envolvente ( soleras, muros,y cubiertas) y la eliminación de puentes térmicos combinada con el doble acristalamiento con cámara de aire ( considerando un 25% de la superficie de fachadas) se puede ahorrar hasta un 27% en cinsumo de calefacción ( 11% por aumento del aislamiento y 16% por doble acristalamiento). Tal reduccióm implica un 11% menos de energía y un 9% menos de emisiones de CO2 totales para el caso de vivienda estándar.

Inercia térmica: uso diferido de la energía

Segundo mecanismo térmico que se encuentra presente en los sistemas constructivos habituales, la inercia térmica que suele ser ignorada por completo. La inercia térmica es la capacidad que tienen las grandes masas de materiales de alta densidad ( estructura de hormigón, muros de ladrillos, etc.) para conservar le energía térmica que les llega y liberarla en tiempo diferido, colaborando a disminuir las demandas de calefacción y de refrigeración. Mecanismos tales como el invernadero o el muro trombe, valiéndose de la conductividad térmica y del espesor de los diferentes materiales, permiten administrar la energía solar con retards de factor 0,3-0,7, demanera tal que ésta es absorbida cuando el calor sobra en el ambiente y, por el contrario, es emitida cuando hace falta.

Mecanismos para el control solar

Tercer mecanismo térmico, que no solemos tener muy presente. La búsqueda de la transparencia y la ligereza a menudo olvida que lo primero que hay que hacer con la radiación solar excesiva, en vez de contrarestarla con refrigeración, es evitarla. En la península íberica, donde la radiación solar es elevada, en gran parte del año la sombra es imprescindible. A veces,lo olvidamos y no tenemos en cuenta el ejemplo de la arquitectura tradicional que contaba con gran cantidad de filtros que permitian reducir o tamizar gran parte de la radiación. Un mismo estudio de potencia frigorífica, dependiendo del tipo de edificio y acristalamiento, puede dar una necesidades de refrigeración ( y por tanto energía) de hasta un 50% menores si hay mecanismos de protección solar.

La buena ventilación

Cuarto mecanismo térmico que puede ayudar a eliminar el calor excedente. Tradicionalmente hemos utilizado la ventilación para aumentar la velocidad del movimiento del aire y la disipación del calor del cuerpo, pero actualmente contamos con nuevas aplicaciones que permiten bajar sustancialmente la temperatura interior de verano a través de:

• Inyección natural o forzada de aire de la fachada fria (ventilación cruzada direccional) o enfriado naturalmente ( por evaporación de agua, túnel bajo tierra, etc,) 
• Ventilando de la misma manera la estructura del edificio (por exposición de la misma al ambiente interior, mediante forjados alveolares ventilados, etc.).

Ambas alternativas han hecho posible prescindir del aire acondicionado, aún bajo temperaturas de hasta 28ºC y humedades relativas del orden del 50-60%.

Sistemas de calefacción

Agotadas las posibilidades de la calefacción natural ( mecanismos de invernadero, muro trombe, trampas de aire caliente, etc.), la elección del sistema de calefacción es muy importante para la eficiencia energética. Las alternativas más eficientes son las que utilizan energías renovables ( biogás, solar térmica, biomasa), calderas centralizadas de alto rendimiento de condensación a gas, bajas temperaturas de funciionamiento e inercia térmica ( como suelo radiante) y bombas de calor centralizadas a gas ( en segunda instancia eléctricas). La combinación de calderas de condensación con la mejora de la resistencia térmica de los cerramientos ( grosor del aislamiento más vidrio cámara) permite reducir el consumo energético y las emisiones asociadas de la calefacción hasta un 47%.

Sistemas de refrigeración

Agotada la refrigeración natural ( ventilación de la estructura, inyección de aire enfriado naturalmente, etc.) la alternativa artificial más eficiente es la bomba de calor a gas en instalaciones colectivas y la bomba de calor eléctrica en instalaciones individuales. Permite ahorrar, en una vivienda estándar, hasta 475 KWh (eléctricos) al año con respecto a otras tecnologías. Es importante no utilizar refrigerantes basados en gases CFC o HFC, que dañan el ozono de la atmósfera, el cual actúa como un filtro de las radiaciones solares nocivas.

Un sistema interesante pero no suficientemente desarrollado es la refrigeración por absorción, que aprovecha el calor ambiental y no utiliza fluidos refrigerantes para producir aire frio. En el norte de Europa también han dado buenos resultados los sistemas de superficies radiantes haciendo circular por ellos agua fría.

Regulación y control de la instalación = eficiencia energética de la climatización

La regulación y el control del sistema permiten regular la aportación de calefacción y refrigeración, adecuando los flujos a las demandas de cada parte del edificio en función de la temperatura exterior, la orientación, el tipo de uso, la ocupación, las pautas de confort, la zonificación, el horario, el control de los cerramientos, la tarifa de energía, etc., aumentando o disminuyendo la generación en los equipos que producen el calor o el frío. Se ajustan así los consumos, necesidades y pérdidas, lo que implica un gran aumento de la eficiencia del sistema en su conjunto. Dependiendo del clima, el tipo de edificio, el sistema instalado y la gestión, se puede alcanzar( para calefacción) e iluminación) hasta un 30% de ahorro energético.