Las medidas de ahorro y eficiencia energética en el sector edificación en España tienen un gran potencial para reducir el consumo de energía, ya que prácticamente nada se había hecho anteriormente en este sector.
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Estas medidas han de consistir en una mayor integración de edificio con el entorno, para el máximo aprovechamiento de las condiciones que le rodean, una mejora del diseño del edificio y una correcta elección de los materiales, entre otras.
Las medidas de ahorro y eficiencia energética en el sector edificación a aplicar en edificios de nueva construcción como en edificios ya construidos serían las siguientes:
Diseño del edificio.
El diseño de un edificio aprovechando las condiciones del entorno que le rodea supone un ahorro de energía en la construcción final. De la idea anterior nace el concepto de diseño bioclimático. El diseño bioclimático se fundamenta en la adecuación y utilización positiva de las condiciones medioambientales y materiales, mantenida durante el proceso del proyecto y la obra. Este concepto no es nuevo, los principios básicos de la arquitectura tradicional se basan en el aprovechamiento de las condiciones del entorno.
Actuando sobre aspectos como el color de los muros o los tejados, se puede ahorrar energía. Las paredes de color claro reducen la ganancia de calor hasta un 35%, mientras que un tejado color claro comparado con uno oscuro puede reducir la ganancia de calor en un 50%.
La forma también juega un papel esencial en las pérdidas de calor de un edificio. En líneas generales, se puede afirmar que las estructuras compactas y con formas redondeadas tienen menos pérdidas que las estructuras que tienen numerosos huecos, entrantes y salientes.
La orientación de los muros y ventanas influye igualmente de forma decisiva en las ganancias o pérdidas de calor de un edificio. En zonas frías interesa que los cerramientos de mayor superficie, los acristalamientos y las estancias o habitaciones de mayor uso estén orientadas al sur. Y los acristalamientos y superficies orientadas hacia el norte deben ser lo más pequeños posible. En zonas muy calurosas, sin embargo, interesa que en las orientaciones con más radiación solar se encuentre la menor superficie acristalada posible.
En chalets o casas pequeñas, medidas tan simples como plantar árboles que den sombra en verano o que corten los vientos dominantes en invierno, se ha demostrado
que ahorran entre un 15% a un 40% del consumo de energía necesario para mantener la casa confortable. Por otra parte, el agua que se evapora durante la actividad fotosintética enfría el aire y se puede lograr una reducción apreciable de la temperatura, de entre 3 y 6 ºC, en las zonas arboladas.
También puede ahorrarse energía en iluminación, a través de diseños que consigan la máxima ganancia de luz, sin sobrecalentamiento indeseado. Para optimizar la iluminación natural se precisa una distribución adecuada de las estancias en las distintas orientaciones del edificio, situando, por ejemplo, las habitaciones que se utilicen más durante el día en la fachada sur. También hay que tener en cuenta el diseño y colocación de las ventanas, el tipo de vidrio utilizado, etc.
Según el IDAE es su guía práctica de la energía, un buen diseño bioclimático puede conseguir ahorros de hasta el 70% para la climatización e iluminación de un hogar. Todo ello con un incremento del coste de construcción no superior al 15% sobre el coste estándar.
Materiales de construcción.
Los materiales de construcción también presentan importantes posibilidades de mejora. Podemos definir la bioconstrucción como la construcción de edificios con técnicas que garantizan un ahorro energético y una mejora en la salud ambiental y de los propios usuarios, utilizando materiales no contaminantes ni tóxicos, que sean, en la medida de lo posible, renovables, reutilizables y reciclables, así como económicos, ecológicos y ergonómicos.
Para minimizar el impacto sobre el entorno es imprescindible utilizar materiales que no sean contaminantes en ningún momento de su ciclo de vida; que puedan reutilizarse, reciclarse o diseminarse en el entorno sin degradarlo; que no consuman mucha energía en su producción; y que no requieran mucha energía para ser transportados hasta la obra. Muchos de los materiales de la arquitectura tradicional cumplían ya estos requisitos. También los cumplen materiales modernos surgidos de la necesidad de alcanzar y mejorar las prestaciones de los materiales convencionales sin perjudicar al medio ambiente.
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La elección de la materia prima y tecnología para levantar la estructura de los edificios dependerá, entre otros, del clima, los materiales disponibles localmente, la arquitectura tradicional de la zona, la energía necesaria para obtener el material y transportarlo al emplazamiento de la construcción, y el impacto local de los materiales una vez terminada la vida útil de la vivienda.
Los edificios intercambian calor y humedad con el medio exterior a través de sus suelos, techos y paredes. El uso de materiales aislantes retrasa estos intercambios y ayuda a mantener unas condiciones habitables en el interior de los edificios. Sin embargo, es importante utilizar los materiales aislantes como un complemento a la aplicación de los criterios de la bioconstrucción y no como soluciones por sí mismos.
A la hora de diseñar un edificio o casa aislada es necesario tener en cuenta su aislamiento. Si se quiere evitar el calor en verano éste se pondrá en la parte externa del muro y si se quiere evitar el frío en invierno, lo haremos por el interior. Un buen aislamiento puede ahorrar hasta un 30% en calefacción y aire acondicionado. Por tanto, aunque construir un edificio con un buen aislamiento cuesta más dinero, a la larga es más económico porque ahorra mucho gasto de climatización.
El poliuretano rígido es el material aislante térmico más eficiente y duradero. Su baja conductividad térmica conferida por su estructura celular cerrada y su innovadora tecnología de fabricación lo han puesto a la cabeza de los productos que colaboran en el ahorro de energía a través del aislamiento térmico. Es el material por excelencia en múltiples aplicaciones industriales y, sin duda, el producto más utilizado en el aislamiento de los edificios industriales y residenciales.
Iluminación
La iluminación demandada por el edificio supone un gran consumo de electricidad por lo que aplicar medidas de ahorro y eficiencia permitiría a su vez una reducción de costes para el usuario.
Para consumo doméstico, se pueden encontrar diversos tipos de bombillas: lámparas halógenas, tubos fluorescentes, lámparas incandescentes y de bajo consumo. Las más usadas en la mayoría de los hogares son las incandescentes debido a su bajo coste, pero al mismo tiempo, son las que más electricidad consumen y las de menor
duración (1.000 horas). La eficacia luminosa de este tipo de lámparas se sitúa entre los 12 lm/W y los 20 lm/W, con lo que sólo aprovecha en iluminación el 5% de la energía eléctrica que consumen, mientras que el 95% restante se transforma en calor, sin aprovechamiento luminoso.
Desde hace algún tiempo, se están comenzando a usar cada vez más las lámparas de bajo consumo, que son pequeños tubos fluorescentes que se basan en la emisión luminosa que algunos gases como el flúor emiten al paso de una corriente eléctrica. La eficiencia luminosa es así mucho mayor que en el caso de la incandescencia puesto que en este proceso se produce un menor calentamiento y la electricidad se destina, en mayor proporción, a la obtención de la luz. Son más caras (del orden de 5 veces más) que las bombillas convencionales, aunque, por el ahorro en electricidad se amortizan mucho antes de que termine su vida útil (entre 8.000 y 10.000 horas). Duran ocho veces más que las bombillas convencionales y proporcionan la misma luz, consumiendo apenas un 20%-25% de la electricidad que necesitan las incandescentes.
Por lo tanto, si se cambiaran todas las bombillas por bombillas de bajo consumo, podríamos conseguir un ahorro de hasta un 75% en iluminación.
Domótica
La aplicación de medidas en la eficiencia y ahorro energético en la operación del edificio supone una reducción considerable del consumo del edificio. Podemos definir la domótica como el conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto. Esto supondría por ejemplo la programación y zonificación de la climatización, la racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado, gestión de tarifas, derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa reducida, una automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz y una regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente.
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Considerando el ahorro de energía que aportaría un control domótico simple, éste podría rondar los 500 kWh anuales, lo que supone un 16% del gasto eléctrico de una vivienda. Sin embargo este considerable ahorro no hace atractiva la inversión por si solo, ya que el plazo de amortización es de unos 16 años y, en general, un sistema de este tipo tiene una vida útil menor que ésta [González Blanch, 2006].
Electrodomésticos
Los electrodomésticos suponen una parte muy importante del consumo energético de cualquier hogar, por lo que su mayor eficiencia es trascendental a la hora de conseguir ahorros considerables en dicho consumo.
Según la Directiva 92/75/CE, se definen 7 clases de eficiencia, identificadas por un código de colores y letras que van desde el color verde y la letra A para los equipos más eficientes, hasta el color rojo y la letra G para los equipos menos eficientes. Este código es común para todos los electrodomésticos, aunque exista una etiqueta diferente para cada familia. De este modo, el comportamiento energético de los electrodomésticos puede ser:
Ilustración 19: Eficiencia de electrodomésticos [IDAE, 2007].
A esta tabla, y sólo para el caso de frigoríficos, congeladores y equipos combinados, hay que añadirle dos filas por arriba, para incluir las clases A+ y A++, quedando los consumos de las categorías como sigue en la figura siguiente:
Ilustración 20: Clasificación electrodomésticos [IDAE, 2007].
Es importante saber que las clases de eficiencia sólo son comparables dentro de la misma categoría de electrodomésticos y entre equipos del mismo tipo que además realicen las mismas o similares funciones. Cada letra que se baja en la escala, a partir de la A, supone un incremento del consumo energético de alrededor de un 12% más que la letra que le precede. Así, podremos decir que una lavadora “clase A” consume hasta un 48% menos que una de iguales prestaciones de clase C, y hasta un 58 % menos que una de clase D.
-Frigorífico
El frigorífico es el electrodoméstico que más energía consume y, junto a la iluminación, se sitúa a la cabeza del gasto eléctrico doméstico. Al tener un uso continuo (sólo se desconecta para eliminar la escarcha y limpieza o por ausencias prolongadas del hogar), tiene un consumo muy apreciable.
En la actualidad existen frigoríficos de alta eficiencia con consumos notablemente menores que los que más consumen. Por ejemplo, un frigorífico de clase A++ consumiría una media de 2.956 kWh en 15 años mientras que uno de clase G, consumiría 12.319 kWh.
-Lavadora y lavavajillas
Estos dos electrodomésticos también suponen un importante consumo de energía, debido sobre todo al uso de agua caliente. Como se verá más adelante, la energía necesaria para calentar este agua se puede conseguir a partir de paneles termosolares, con lo que se alcanzan importantes ahorros.
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-Televisión y equipo de audio
En los países desarrollados hay en cada vivienda como promedio al menos un televisor. Esto unido a que, al igual que ocurre con los frigoríficos, la potencia unitaria de este electrodoméstico es pequeña, pero su utilización es muy grande, lo que le hace ser responsable de un consumo importante de energía.
En estos países, este equipo se usa todos los días y el tiempo medio de utilización por hogar es de 3 horas, lo que conduce a consumos anuales de entre 100 kWh. y 400 kWh.
-Equipos ofimáticos
En la última década, el equipamiento informático ha tenido un auge espectacular, al que no ha sido ajeno el ámbito de la vivienda. Casi la mitad de los hogares españoles disponen de ordenador. La pantalla es la parte del ordenador personal que más energía consume. Su uso ya representa en un hogar medio un 2% del consumo total (aproximadamente 60 kWh al año).
-Horno y cocina
Existen hornos de gas y hornos eléctricos. Estos últimos son los más frecuentes entre los usuarios domésticos en el mundo desarrollado.
Según la energía que utilizan cabe distinguir varios tipos de cocinas. En los países desarrollados predominan las cocinas de gas o eléctricas, mientras que en los países subdesarrollados sobretodo se utiliza biomasa (leña, carbón, residuos animales o vegetales) para cocinar. Las cocinas de inducción son más rápidas y eficientes que el resto de las cocinas eléctricas, gracias a la reducción de los tiempos de cocción.
Energía solar térmica
Con los sistemas solares en la producción de agua caliente sanitaria se puede alcanzar un ahorro de entre el 50-80% comparado con los sistemas convencionales.
En gran parte de España, para conseguir aportes del 50% de las necesidades de agua caliente sanitaria de una vivienda tipo, se necesita un equipo formado por de 2 a 4 metros cuadrados y 200-300 l de acumulación. Las instalaciones en los edificios de
viviendas se diseñan para proporcionar un aporte solar entre el 50-80%, aunque las exigencias del Código Técnico de la Edificación sitúa estas en el mínimo del 30% para algunas regiones, se puede incrementar hasta alcanzar el máximo desde un punto de vista económicamente rentable.
El periodo de retorno de la inversión es de un máximo de 19 años y su vida útil es de 25 años, por lo que se acaba recuperando la inversión e incluso se obtienen beneficios. Además, las viviendas con calefacción central y un sistema de energía solar térmica para calentar el agua son las más baratas de mantener.
Cogeneración y poligeneración.
El caso máximo de eficiencia energética se da en los sistemas de cogeneración eléctrica, que pueden aprovechar grandes cantidades residuales de calor para la calefacción o el agua caliente sanitaria. Si se evolucionase hacia una generación más distribuida, en la que las centrales termoeléctricas se situasen más cerca de los centros de demanda térmica (edificios), mediante esquemas de cogeneración y trigeneración (poligeneración), se podría aprovechar la energía térmica residual del proceso de generación eléctrica para cubrir parte de la demanda térmica de los edificios. El aprovechamiento de esta energía residual requeriría que el sector de la edificación evolucionara hacia una estructura de sistemas colectivos frente a los individuales que actualmente predominan en el sector, imponiendo los esquemas de calefacción y refrigeración de distrito (District Heating and Cooling), lo cual a su vez facilitaría mucho la introducción de energía solar térmica para cubrir parte de las demandas de ACS, calefacción y refrigeración.
Se muestran reducciones muy importantes en energía primaria y en emisiones de CO2 cuando las necesidades térmicas se cubren con sistemas de cogeneración
(producción simultánea de electricidad y calor, CHP, Combined Heat and Power) o de trigeneración (producción simultánea de electricidad, frío y calor, CHCP, Combined Heat, Cool and Power), utilizando así el calor residual de la producción eléctrica con sistemas térmicos (motores alternativos, turbinas de vapor, turbinas de gas y ciclos combinados) que en estos momentos de la tecnología puede cifrarse en promedio en un 60% de la energía primaria consumida. De cada kWh producido en la combustión de un combustible (fósil, biomasa, residuo, etc), únicamente el 40% en promedio (entre
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restante disipado al medio ambiente en forma de calor; éste calor se utilizará para cubrir en forma centralizada (district heating, DH) las necesidades térmicas de los núcleos urbanos próximos, bien directamente en forma de calor o en forma de calor y frío (district heating and cooling, DHC) mediante la utilización de aquel en sistemas de absorción (o adsorción).
Estos sistemas CHCP en DHC aportarían además las ventajas de una generación eléctrica distribuida próxima a los núcleos de consumo, reduciendo así las pérdidas en el transporte y en la transformación a las tensiones óptimas para éste.
Es de notar que estos sistemas son muy utilizados en la mayoría de los países de la UE (principalmente CHP y DH) y utilizan tecnologías muy maduras. En España también hay una gran experiencia en CHP pero a nivel industrial, es decir el calor residual se utiliza en procesos de la misma empresa que instala el sistema de cogeneración, sin embargo son nulas las experiencias de CHP para usos domésticos (alguna experiencia testimonial, como el suministro de calefacción a poblados próximos a alguna empresa en el que habitan empleados de la misma empresa, y alguna otra testimonial).
Así pues la utilización de sistemas CHCP en DHC, permitiría afrontar con éxito la reducción de consumos de energía primaria y de emisiones de CO2 en el subsector
doméstico en un horizonte de demandas térmicas crecientes (al menos en cuanto a la demanda de frío para climatización en verano).
Admitiendo que en un sistema CHCP la producción de electricidad se hace con una eficiencia del 40% (referida a la energía del combustible, energía primaria) y que la generación y transporte de calor y frío puede hacerse en promedio con una eficiencia del 67% (referido a la energía residual al obtener la eléctrica, y equivale a que se convierte en calor o frío el 40% de la energía primaria) nos llevaría a un rendimiento global del sistema CHCP en DHC del 80%, valor éste acorde con las tecnologías actuales. Bajo estas condiciones la energía primaria para cubrir la demanda de energía final en una vivienda en el horizonte de 2012 sería de 20,3 kWh/día·vivienda y la emisión de CO2 sería de 3,9 kg/día·vivienda equivalentes, valores que resultan muy
inferiores a los de 60 kWh/día·vivienda y 11,3 kg/día·vivienda equivalentes de CO2
actuales. Conllevaría pues un ahorro de 39,7 kWh/día·vivienda en energía primaria y una reducción de 7,4 kg/día·vivienda en las emisiones de CO2.