Análisis de Sustentabilidad de Sistemas de Climatización en Edificios Comerciales Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY. ESCUELA DE GRADUADOS EN DIRECCIÓN Y ADMINISTRACIÓN DE EMPRESAS. ANÁLISIS DE SUSTENTABILIDAD DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN EN EDIFICIOS COMERCIALES. TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADEMICO DE. MAESTRIA EN DIRECCIÓN PARA LA MANUFACTURA. POR: MANUEL ALEJANDRO CÁRDENAS GUAJARDO. MONTERREY, N.L.. JULIO 2010.

(2) INSTITUTO TECNOLOGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY ESCUELA DE GRADUADOS EN DIRECCIÓN Y ADMINISTRACIÓN DE EMPRESAS. Los miembros del Comité de Tesis recomendamos que el presente documento, presentado por el Ing. Manuel Alejandro Cárdenas Guajardo, sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de Maestro en Dirección para la Manufactura.. Comité de Tesis. Dr. Gabriel Barraza Enríquez Asesor Académico EGADE Business School - Campus Monterrey. Dr. Ernesto Lozano Martínez Profesor de Planta EGADE Business School Campus Monterrey. Dr. Alejandro Fonseca Ramírez Profesor de Planta EGADE Business School Campus Monterrey. Dr. Federico Trigos Director del la Maestría en Dirección para la Manufactura EGADE Business School - Campus Monterrey.

(3) AGRADECIMIENTOS. A Dios por la oportunidad de ingresar y completar mis estudios de Post grado en esta escuela de Negocios del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey.. Al Dr. Gabriel Barraza por su gran apoyo, disponibilidad y motivación para completar esta investigación. Agradezco sus conocimientos y experiencia compartida en materia de evaluación de proyectos.. A mi esposa, mi familia y compañeros de trabajo que me apoyaron en todo momento y por su compresión en esta etapa tan demandante de mi vida.. A mis sinodales Dr. Ernesto Lozano y Dr. Alfredo Fonseca, por su tiempo y aportaciones.. A la empresa Carrier que me dio la oportunidad de estudiar esta maestría, y a los profesores de la EGADE que complementaron mi desarrollo profesional.. ii.

(4) A Dios, A mi hermana Cynthia por la fuerza para comenzar, A mi esposa Marianna por su apoyo para terminar, A mis padres Manuel y Griselda por su ejemplo, A mi hermano Luis Eduardo y amigos.. iii.

(5) RESUMEN ANÁLISIS DE SUSTENTABILIDAD DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN EN EDIFICIOS COMERCIALES. Manuel Alejandro Cárdenas Guajardo Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2010. Asesor: Dr. Gabriel Barraza Enríquez. En la actualidad, el consumo de energía en la climatización de edificios representa hasta un 40% del consumo total de energía en países como México. El objetivo de esta investigación fue proponer un modelo para evaluar alternativas de modificaciones a sistemas de climatización en edificios comerciales con la finalidad de generar ahorros en el consumo de energía. En el modelo se identificaron variables del sistema de climatización que pudieran proporcionar ahorros potenciales en su consumo energía. Dicho ahorro potencial fue estimado en base a estadísticas de pérdidas de energía en los diferentes componentes de sistemas de climatización de edificios comerciales en EUA. Una vez estimados los ahorros potenciales de cada variable, se propuso como modelo de evaluación el análisis del costo del ciclo de vida de diferentes alternativas de modificación utilizando el concepto del valor presente neto. El modelo de evaluación fue implementado en un caso práctico correspondiente a un edificio de oficinas de tamaño mediano. Como alternativas de modificación del sistema de climatización se consideraron cambios en cuatro categorías de variables: (1) de operación y mantenimiento, (2) de eficiencia en equipos, (3) de materiales de construcción y, (4) de aislamiento, control y periféricos. El modelo permitió identificar ahorros desde un 12% hasta un 34% con respecto al consumo de energía del sistema actual de climatización. Por último, se iv.

(6) incluyó la posibilidad de reemplazar los equipos de refrigeración actuales por equipos con eficiencia energética superior obteniéndose un 30% de ahorro de energía adicional. Todas las alternativas de modificación propuestas resultaron económicamente factibles según los resultados del análisis del costo de su ciclo de vida. El uso del modelo de evaluación aquí propuesto representa una herramienta que permite evaluar posibles modificaciones a sistemas de climatización y encontrar aquella que represente la opción más sustentable en términos de mayores ahorros de energía.. v.

(7) Tabla de contenidos Agradecimientos ……………….………………………………………………………... ii Resumen ………………………...…………………………………………………….… iv Tabla de Contenidos ………………………………………………………………....…. vi Capítulo I –. Introducción ………….…………………..……………………………... 1. Capítulo II – El Problema del consumo de Energía en la climatización de edificios……………………………………………………...………………………….... 9 Capítulo III – Evolución de Estrategias para reducir el costo de la refrigeración de edificios………………………………………………………………………………..... 14 Capítulo IV – Modelo de análisis de Sustentabilidad de Sistemas de climatización de edificios ............................................................................................................................. 26 Capítulo V – Variables del modelo de evaluación de proyectos de climatización en edificios ............................................................................................................................. 38 Capítulo VI – Evaluación económica de un sistema de climatización ...………..……. 49 Capítulo VII – Conclusiones ……..………………………………………………...….. 80 Apéndice I ...…………………………………………………………………………..…83 Apéndice II …………………………………………………………………………… 111 Referencias ......................................................................................................................113. vi.

(8) Capítulo I. Introducción Durante los últimos siglos la sociedad ha experimentado una considerable aceleración en la tasa de cambios que afectan al medio ambiente. Por primera vez en la historia, el hombre se ha convertido en un agente capaz de alterar las condiciones del planeta a través de los altos consumos de energía, todo con el objetivo de incrementar los índices de producción industrial y sin tomar en cuenta los recursos naturales actuales o pensar en la cantidad de energía de la cual dispondrían las futuras generaciones.. Es hasta hace algún tiempo que se empezó a conocer y entender el concepto de desarrollo sustentable. Desarrollo sustentable se define como el satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la posibilidad de las futuras generaciones. Según Gary Lawrence, el concepto se basa en el principio de conseguir que la gente sea feliz consumiendo la menor cantidad de recursos a su alcance (Lawrence, 1999). El significado en primera instancia resulta un poco trágico al momento de relacionar este concepto con el más crucial de todos los temas, “la continuidad de la vida civilizada en este planeta”.. Poco a poco empezamos a entender las bondades y condiciones que presenta este maravilloso sistema complejo en el cual vivimos llamado “Planeta Tierra” y sobretodo la manera en que estamos alterando y agotando sus recursos, específicamente cuando se refiere al consumo de energía. Terry Williamson basa su teoría sobre un cambio necesario de actitudes e ideas innovadoras que revolucionen el desarrollo sustentable en conjunto con los hábitos transformacionales aunque destructivos del último milenio, basándose en una fuerte disciplina. Habla sobre un comportamiento colectivo en el que 1.

(9) “se dispone de un planeta en el que según el modo de vida y las condiciones ambientales llegará el momento en el que se tenga que emigrar” (Williamson, 2003).. Desta Mebratu, Oficial Regional en África del Programa Ambiental de las Naciones Unidas, habla sobre el concepto de desarrollo sustentable uniendo tres factores muy importantes aplicables a esta investigación: calidad ambiental, equidad social y crecimiento económico alineado a una estrategia de negocios (Mebratu, 1998). En el contexto de calidad ambiental, Mebratu habla sobre el buscar equilibrios térmicos o ambientes bioclimáticos. En la parte de equidad social, considera que es importante que se desarrollen proyectos de climatización con el fin de que todas las clases sociales tengan acceso a la calidad ambiental con diseños innovadores en la construcción residencial. Por último, define la parte de crecimiento económico como el generar dicho crecimiento a través de la disminución de los costos de energía, generación de energías alternas y generación de nuevos empleos por ideas innovadoras convertidas en proyectos de climatización que se multipliquen sobre economías de escala en el sector residencial.. El hecho de tomar como base el concepto de desarrollo sustentable se presenta por las condiciones reales sobre consumos ineficientes de energía y la ignorancia sobre las distintas fuentes alternas de energía que en climatizaciones comerciales e industriales pueden contribuir a disminuir los altos consumos de energía provocados por compresores herméticos o reciprocantes.. Los edificios en EUA consumen aproximadamente el 39% del gasto de la energía primaria, que a su vez representa el 38% de todas las emisiones de dióxido de carbono del país. La contribución del consumo de energía de los sistemas de aire acondicionado en edificios hoy en día representa casi un 70% del gasto de energía debido en gran parte al cambio climático que se ha manifestado en los últimos años. Entre el año de 1980 y 2006, el consumo de energía primaria se ha incrementado en un 32% y 69% en los sectores residencial y comercial respectivamente. En contraste con estas tendencias, el departamento de energía de los EUA contempla reducir drásticamente los consumos de energía entre un 25% y 30%, y hasta un 80% en emisiones de dióxido de carbono para el 2.

(10) año 2025 (Fisk, 2009). Con base en esta estadística debemos tener presente los cambios que se pueden manifestar en nuestro país en función del crecimiento en los mismos sectores.. Dentro de los principales mecanismos de falla por los cuales se ha manifestado este incremento de energía o pérdidas de eficiencia en edificios comerciales en EUA se encuentra el siguiente listado mostrado a continuación (Mills, 2009):  Fugas de aire en el manejo de ductos  Pérdida de eficiencia por espacios desocupados  Desbalance de motores en sistemas manejadores de inyección de aire  Carga incorrecta de refrigerante  Funcionamiento. incorrecto. o. falta. de. funcionamiento. de. mecanismos. electromecánicos en sistemas de dampers  Flujo de aire insuficiente en el evaporador  Control inadecuado o funcionalidad de termostatos o mecanismos de control de temperatura en interiores  Errores de programación en el software en sistemas de control  Instalación incorrecta del hardware en sistemas de control  Fugas de refrigerante en válvulas de servicio.. En este listado de 10 fallas comunes se encuentra el 71% de la perdida de eficiencia en edificios comerciales. Las primeras dos fallas referentes a las fugas de aire en el manejo de ductos y pérdida de eficiencia por espacios desocupados representan el 44%. Del 29% restante de las pérdidas de eficiencia se presenta el 15% solamente por el concepto de pérdida de luz en interiores o exteriores del edificio cuando no se está ocupando el mismo.. 3.

(11) Objetivo y Alcance de la Investigación. Dadas las definiciones del concepto de desarrollo sostenible y la situación actual del consumo de energía en la climatización de edificios, se entiende que en la actualidad cada vez son más grandes los retos que tenemos como ciudadanos responsables con el medio ambiente y nuestra sociedad, ofreciendo alternativas económicas en las cuales la tendencia sea de transformar el concepto de climatización.. El objetivo medular de esta investigación es entonces proponer una metodología basado en un criterio sustentable que ayude a disminuir el uso de energía en la climatización de edificios maximizando la eficiencia de los componentes que conforman el sistema integral de climatización y maximizando el control del ambiente en el interior de los mismos edificios a través de la construcción de un modelo de evaluación de proyectos de climatización sustentable.. Para llevar a cabo la aplicación de criterio de desarrollo sustentable en el logro de este objetivo se utilizará como herramienta de análisis un modelo de evaluación económica que ayude en la selección de la mejor alternativa de entre varios sistemas de climatización que tomen en cuenta las condiciones actuales del edificio y aquellas variables que afecten su eficiencia, desde diferentes equipos de refrigeración hasta diferentes posibles modificaciones en el diseño de los interiores y/o exteriores del edificio, entre otros.. Para definir el alcance de esta investigación se realizó un análisis preliminar de la industria de la refrigeración en diferentes sectores de la construcción (vivienda, edificación de departamentos, edificios de oficinas, edificios comerciales y edificios industriales), Por las limitaciones de tiempo y de información se decidió que el enfoque de esta tesis será limitado al sector de edificación comercial debido al incremento drástico del consumo de energía en este sector. Además, en esta investigación no se hará una evaluación de los sistemas de refrigeración al momento de la etapa del diseño o construcción de edificios, solo se considerará su evaluación en edificios existentes. 4.

(12) Metodología de la Investigación. Para lograr el desarrollo del objetivo de esta investigación, se seguirá la metodología que consiste de los siguientes pasos:. 1. Revisión de estrategias convencionales de refrigeración. El primer paso dentro de esta metodología de investigación será el de entender y analizar las distintas estrategias convencionales de climatización en edificios que se han utilizado a través de los años para encontrar elementos que contribuyen a mejorar la eficiencia de los sistemas de climatización de edificios.. 2. Identificación de las variables que afectan el ahorro de energía. El marco de referencia que se utilizará para la selección de las variables que intervendrán en el modelo serán las estadísticas de pérdidas de energía de los elementos que componen el sistema de climatización. La referencia principal para obtener dichas estadísticas será el Estándar para el Diseño de Edificios de Alto Rendimiento Energético (McBride, 2008) de la ASHRAE (Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado).. 3. Selección de herramienta de evaluación económica de sistemas de climatización que considere el concepto de sustentabilidad. Se seleccionará y adaptará un modelo económico de evaluación de proyectos que sea capaz de analizar el costo del ciclo vida de alternativas de sistemas de climatización considerando un enfoque sustentable (menor uso de energía, mayor eficiencia o menores pérdidas y fugas). . El modelo deberá incluir algún parámetro que permita valorar beneficios sociales sobre la cantidad de energía no utilizada en un periodo de tiempo determinado. 5.

(13) 4. Cuantificación de variables. Una vez que se hayan seleccionado las variables y que el modelo haya sido conceptualizado, se buscará la forma de cuantificar el costo energético de los componentes del sistema de climatización se acuerdo a su contribución en la eficiencia y/o pérdidas de energía dentro del sistema.. 5. Aplicación del modelo a un caso práctico. Para probar y demostrar la implementación de la herramienta de evaluación de sistemas de climatización sustentables se utilizará un caso práctico que consista en la selección de la mejor alternativa de entre varias que consideren diferentes componentes con diferentes costos y características técnicas.. 6. Obtención de Conclusiones. De los resultados observados en el caso práctico se desarrollarán conclusiones y recomendaciones sobre la utilidad y uso del modelo de evaluación propuesto.. Descripción del Contenido de esta tesis. El propósito de esta sección es facilitar al lector la lectura de tesis según sea el nivel de información que desee consultar. A continuación se describe el contenido de cada uno de los capítulos de la tesis.. En el capítulo I se lleva a cabo un análisis profundo sobre la problemática actual del gasto de energía en lo que refiere a los sistemas de climatización en edificios comerciales y el fuerte compromiso que se debe adquirir por parte de diseñadores, arquitectos, ingenieros y contratistas en la búsqueda de diseños y remodelaciones de. 6.

(14) edificios que promuevan la sustentabilidad a través de la disminución del consumo de energía.. En el capítulo II se analiza la evolución de una serie de estrategias convencionales de refrigeración de edificios con la intención de ayudar a seleccionar variables y componentes que afecten el uso o gasto energético de un sistema de climatización tales como la orientación actual del edificio, la zona climática, el ángulo de incidencia del sol entre otras. Se analiza también la posibilidad de utilizar fuentes emergentes de energía tales como la energía geotérmica.. En el capítulo III se desarrollan herramientas de análisis económico que permiten la adaptación del modelo de evaluación de proyectos de climatización con el fin de realizar cálculos y estimaciones financieras el análisis económico del ciclo de vida de equipos de refrigeración (AECV) basado en el método del valor presente neto (VPN).. En el capítulo IV, V y VI se define una categorización de las variables a utilizar en el modelo de evaluación. Las variables son seleccionadas base a las referencias de estadísticas e índices de pérdidas de energía en edificios comerciales en EUA incluyendo aquellas relacionadas con condiciones de operación, mantenimiento, reparaciones mayores, eficiencia y selección de equipos. En este capítulo se definen los índices estimados de pérdidas de energía de cada variable y se calculan los ahorros potenciales en términos de Kwh – pesos (MX). En este capítulo se analiza un caso práctico de la evaluación de alternativas de sistemas de climatización de un edificio comercial en el cual se aplica el estudio económico y un análisis de sensibilidad para encontrar la mejor estrategia de ahorro de energía.. Por último, en el capítulo VII se establecen las conclusiones de este trabajo de investigación. En este capítulo se comenta sobre la contribución del modelo en el desarrollo sustentable y se presentan recomendaciones sobre la necesidad de la generación de políticas y regulaciones sobre el consumo de energía primaria de edificios comerciales en México, así como la necesidad de apoyo a organizaciones que generen 7.

(15) iniciativas de búsqueda del incremento de eficiencia tanto de equipos de refrigeración como de las instalaciones que complementan el los sistema de climatización de edificios.. 8.

(16) Capítulo II. El Problema del Consumo de Energía en la Climatización de Edificios En los últimos 5 o 6 años se han experimentado una serie de cambios relevantes y la sociedad ha tomado una retrospectiva más dinámica con una mayor influencia y reconocimiento alrededor del globo terrestre. Se reconoce que la industria puede jugar un rol principal en el ahorro de energía y en la disminución de emisión de gases contaminantes. Sustentabilidad, como se definió anteriormente, es el desarrollo del conocimiento de las necesidades presentes sin comprometer los recursos de las generaciones futuras, nos lleva a la pregunta de por qué es necesario estar preocupados por la construcción de edificios. La respuesta es sencilla: los edificios residenciales y comerciales como ya se mencionó anteriormente, consumen al menos el 40% de toda la energía primaria alrededor de EUA. Además, esta cifra representa el 72% de toda la energía eléctrica generada con el 55% del consumo del gas natural y a su vez son responsables por más de una tercera parte del total de las emisiones de CO2.. Un elemento clave para identificar áreas de oportunidad en la sustentabilidad de los edificios es analizar los costos a lo largo del el tiempo de vida útil de los edificios. El costo inicial promedio de las construcciones es solamente el 2%. El costo operacional promedio es el 6%. El mayor costo es el que representan los habitantes del edificio, este representa el 92% del costo del tiempo de vida del edificio. Si es posible incrementar la salud, el bienestar y la productividad de los habitantes del edificio generando un ambiente controlado y sostenible, es posible reducir considerablemente este último concepto a través de los años.. 9.

(17) Otro elemento importante a considerar es que solamente el 2% de los proyectos de construcción de edificios son construcciones nuevas. Actualmente se tiene una relación de al menos un 86% por el concepto de remodelaciones de edificios existentes y poco más de 139 billones de metros cuadrados de edificios comerciales que tendrán que ser renovados en los próximos 30 años. Considerando entre un 75% y 85% de todos los edificios que existirán en las zonas urbanas en los próximos 30 años existen hoy en día, una alternativa clara para el desarrollo sustentable radica en la renovación y desarrollo de edificios más eficientes.. Si se enfoca la adecuada tecnología en al menos el 2% de las construcciones nuevas, es probable que no se obtenga mucho beneficio alrededor del mundo. Sin embargo, si es posible enfocarse en el restante 98%, éste se convertirá en un reto interesante para la sociedad considerando edificios como por ejemplo en el que se asista a trabajar todos los días, en casas o departamentos, en escuelas, hospitales, hoteles y demás.. Es necesario el desarrollo de sistemas integrales de climatización que permitan programas cohesivos enfocados primordialmente en el enfoque del incremento de la eficiencia de energía en edificios actuales. Dentro de la dinámica actual de la operación de edificios se ha logrado un mayor entendimiento y un incremento en la utilización de estos sistemas incluye aplicaciones tecnológicas como la utilización de controles digitales remotos, variedad en componentes electrónicos y sistemas de telecomunicación inteligentes. En los últimos 100 años, se han experimentado incrementos de tecnología y por efecto incrementos de productividad mostrando una mejoría y calidad sustancial.. Arquitectos, diseñadores, ingenieros en refrigeración, especialistas en iluminación, diseñadores de tableros de fuerza y control, plomeros, contratistas, entre otros, todos ellos pueden responder a las expectativas de completar este tipo de proyectos en cuanto a forma y tiempo.. Existen numerosas diferencias entre la cultura americana y la cultura europea en lo que respecta a este tema en particular. A pesar que en la actualidad en EUA se consume 10.

(18) tres veces más la cantidad de energía per cápita respecto a Europa, ellos han experimentado y aprendido sobre las consideraciones a tomar para revertir la tendencia del consumo de energía. Significativamente en Europa los precios por este concepto se ejecutan como un valioso commodity.. Es posible continuar con la construcción de edificios eficientes, sin embargo el concepto de eficiencia deberá ser medido cuando se encuentren las razones por las cuales los edificios puedan eliminar perdidas de energía. Según estudios, la remodelación de edificios puede ahorrar entre un 10% y un 40% solamente por trabajar en estrategias de operación de equipos de refrigeración. Ciertamente, se conoce que se puede encontrar entre el 20 % y 50% del costo por pie cuadrado del retorno de la inversión en menos de un año a través de los ahorros de energía de al menos un 15% por este concepto. (Jarnaging, 2008).. Se sabe que el complemento importante de la calidad del diseño de la remodelación no puede ser sostenible sin los conceptos de una adecuada operación y mantenimiento. Es necesario continuar desarrollando el concepto de tecnología, crear herramientas y programas educacionales con el objetivo de soportar ambos conceptos en el diseño. Esto involucra la educación - desde el entendimiento necesario sobre las unidades de medición que facilite a los clientes la correcta operación de los equipos hasta el entendimiento necesario de los contratistas responsables de la reconstrucción del edificio asegurando que no se pierdan detalles en los resultados buscados de la reconstrucción.. Análisis de otras fuentes de energía. No es necesario comprar petróleo del Medio oeste, Rusia, Nigeria o Venezuela; hoy en día se cuenta con una cantidad suficiente de energía en Norte América. El problema es que esta energía no es tan barata y tan limpia, y aunque podría serlo, elevaría muchísimo su costo. Esta es una razón importante para no desperdiciar una energía tan cara como la que se paga hoy en día.. 11.

(19) No se tiene una crisis de energía, se tiene una crisis de precios del petróleo. Se estima que cuando el precio del petróleo aumente lo suficiente, la sociedad se verá en la necesidad de cambiar las fuentes de energía. El día en que se cuente con la capacidad y tecnología necesaria para solucionar este problema de la energía, este día cambiará el rumbo de le economía global.. Se han encontrado soluciones alternas como por ejemplo el desarrollo de los autos híbridos, la solución alterna del remplazo de la gasolina a partir de la combinación de ambos en una mezcla de 85% etanol contra 15% de gasolina entre otras.. El precio del gas natural aumenta debido a que se obtiene energía a partir de este, se obtiene energía a partir del carbón a pesar que es un proceso muy sucio su obtención, entonces es necesario generar procesos limpios en la obtención de energía partir del carbón, sin embargo el precio también aumentara considerablemente.. El precio de la gasolina en comparativo contra el precio del gas natural es el doble en una relación de $0.35 USD/Kwh contra $0.75 USD/el galón de gasolina. La solución híbrida para tema de la transportación en este caso es la más indicada. Como ya se ha mencionado anteriormente, el 40% de toda la energía en la economía en EUA se consume en los gastos de operación de los edificios. En el caso de edificios, se utiliza la energía eléctrica sobre el aire acondicionado y se utiliza el gas natural para el calentamiento del ambiente interior en el edificio.. Próximamente, debido al incremento de precio de la energía, se estará triplicando el costo de operación por concepto de aire acondicionado y duplicando el costo de operación por concepto del incremento del precio en el gas natural.. Hoy en día el sector del transporte está compitiendo directamente con el sector de edificios por la misma energía y por las condiciones del entorno, se espera que sea definitivamente el sector del transporte quien saque ventaja de esta situación.. 12.

(20) Arquitectos y diseñadores especialistas en el tema, pensarán en diseñar nuevos edificios o remodelaciones en base a condiciones menores o ventanas más pequeñas con requerimientos menores de energía. Definitivamente es necesario pensar que las condiciones actuales no permiten estas iniciativas. Lo correcto es pensar en opciones de duplicar o triplicar las condiciones aislantes en edificios o su resistencia térmica. Es necesario cambiar la estrategia en función de tecnología en aislamientos.. Existen desventajas de tener este concepto en edificios. Por ejemplo, el aislamiento térmico reduce drásticamente el flujo de energía o inercia térmica. Reducir el intercambio de energía térmica entre edificios disminuye la capacidad de disipación del porcentaje de humedad. El efecto de la disminución de la disipación de la humedad conllevaría a un incremento en los daños de corrosión y deterioro acelerado del edificio.. 13.

(21) Capítulo III. Evolución de Estrategias para Reducir el Costo de la Refrigeración de Edificios Desde 1930 hasta 1960, el incremento de los proyectos de climatización abrió el camino al desarrollo de tecnología aplicada a la refrigeración en edificios comerciales. La invención del aire acondicionado, los vitrales reflectores y el acero estructural que encapsulaba los vitrales con el acero, son algunos de tantos ejemplos que permitieron que los edificios fueran climatizados más eficientemente y se redujera la inversión y el costo por concepto de energía.. Alrededor de 1970 se desarrolló aun más el diseño vanguardista de los vitrales reflectores cuando un grupo importante de arquitectos, ambientalistas y ecologistas fueron inspirados por el fuerte empuje del movimiento ambiental provocado en parte por los incrementos no moderados del costo de la energía y combustibles. El primer “Día de la Tierra”, celebrado en Abril de 1970, reafirmó la credibilidad de este nuevo y revolucionario concepto de construcciones. Aquí es donde el Instituto de Arquitectos de América (AIA) formó un comité de energía que fue dividido en dos campos. El primero enfocado al desarrollo de materiales reflectores en azoteas de las construcciones para disminuir los consumos de energía y el segundo más enfocado a la parte de soluciones tecnológicas, como por ejemplo el desarrollo de las ventanas con cristales triplicados.. Con el paso del tiempo, el concepto de reducción de costo de la energía y combustibles fue tomando más fuerza y permitió el desarrollo de edificios, como el “Willis Feber and Dumas Headquarters” en Inglaterra. En este se implementaron ideas 14.

(22) como la utilización de pasto en la azotea y ventanas con diseño de espejo. Otro ejemplo fue el “Gregory Bateson Building” en California que utilizaba energía a través de paneles solares, materiales con reducción de carga térmica entre piso y piso y una serie de controles o termostatos instalados estratégicamente para eficientizar el sistema de refrigeración. Nuevos desarrollos e investigaciones permitieron un gran avance en los 80’s y 90’s sobre el diseño eficiente de paneles solares y su gama de aplicaciones y sobre la diversidad de materiales para la construcción de paredes y eficiente utilización de la luz del día a través de ventanas más eficientes para disminuir aún más la cantidad de energía utilizada.. La concientización de la importancia de lograr una reducción de los consumos de energía se ratifica el 22 de Octubre del 2004 con la firma del Protocolo de Kyoto. Este Protocolo habla sobre disposiciones y compromisos con el fin de promover el desarrollo sustentable a causa del cambio climático alrededor del mundo. La referencia más específica es el articulo 2 – 1 – a – i) referente al fomento de la eficiencia energética en los sectores pertinentes de la economía nacional. En ese momento, los países cuyas emisiones sumaron el 55% del total de emisiones de 1990, firman y por fin el Protocolo podía entrar en vigor.. La certeza de saber que está afectándose de forma quizá irreversible la atmósfera, que la actividad humana emisora de los llamados gases de efecto invernadero parece encaminada a romper todos los equilibrios climáticos con sus catastróficos resultados, hace que parezca imprescindible tomar las medidas adecuadas destinadas a reducir el lado de balanza en el consumo de energía a partir de combustibles fósiles. A continuación se describen estrategias actuales aplicadas en la climatización de edificios con la finalidad de seleccionar las variables a ser consideradas en el modelo propuesto de evaluación de proyectos de climatización sustentable.. 15.

(23) Estrategias convencionales de climatización. Al hablar de climatización es importante referir a las necesidades de aportar frío o calor al utilizar técnicas pasivas de acondicionamiento. En necesario hacer hincapié en el doble papel que la inercia térmica puede jugar en el confort ambiental. Por ejemplo, la zona climática norte del país siempre se ha mostrado funcionar como un receptor de energía calorífica, por lo que en condiciones de verano asume las mismas funciones, toma el calor del ambiente cálido y por tanto contribuye a bajar la temperatura interior.. Pensando en el muro como almacén energético, resultaría beneficiosa la descarga durante la noche al abrir ventanas que permitan la circulación del aire, disipando el calor almacenado y preparándolo para el día siguiente. Al recurrir de nuevo a ejemplos muy conocidos, se puede pensar en un hábitat no muy común y del que sin embargo se obtienen buenas referencias: la cueva o la casa enterrada. Esta característica permite disfrutar de una estabilidad térmica diaria y estacional envidiable, sobre todo bajo climatología extrema de oscilaciones térmicas.. De una u otra manera, el sol, en verano, no debe penetrar en los edificios. Para ello, la arquitectura ha desplegado a lo largo de la historia numerosos recursos sobre los huecos en fachadas, azoteas, techos, celosías, etc. En la actualidad, los propios vidrios contienen importantes prestaciones de control en sus propiedades reflectantes y absorbentes. Las consecuencias de los movimientos del aire, de ámbito geográfico (el viento) o si se producen en el interior de la habitación (la ventilación), son utilizadas como estrategias pasivas encaminadas a la refrigeración ambiental. Las disposiciones en ventilación cruzada, con el aprovechamiento de las diferencias de presión y temperatura entre fachadas opuestas, la colocación de chimeneas que promuevan la convección natural de corrientes de aire (inducido o no por el calentamiento del aire en el entorno del conducto), consiguen el saneamiento e higiene de la habitación por alojamiento o por renovación del aire y a su vez se convierten en sistemas efectivos que mitigan los efectos del sobrecalentamiento de las habitaciones.. 16.

(24) En este sentido, la contribución de los vientos locales puede mejorar las estrategias propuestas, tal y como sucede en las viviendas de los pueblos costeros con su exposición a la brisa. También se obtienen buenos resultados a la implantación de patios en latitudes propicias, donde el microclima que se forma tiene que ver con la capacidad del aire para crear una estratificación de capas que permite situar las capas de aire más frescas y las más pesadas en la parte inferior y beneficiar, por tanto, directamente a las estancias que se encuentran en contacto directo con él.. También podemos recurrir a estrategias, a las que no son ajenas ni la arquitectura vernácula ni la arquitectura actual, denominadas de enfriamiento latente, y que consisten en reunir las prestaciones que se pueden obtener del movimiento del aire y del movimiento del agua. Si hacemos pasar una corriente de aire seco por una zona húmeda, bien sea por la presencia de vegetación o por la ubicación de fuentes o estanques, el aire se humectará con lo que ganará en calidad y se enfriará, y podrá contribuir a bajar unos grados la temperatura ambiente.. Análisis de energías emergentes o alternas para el diseño de sistemas de climatización sustentable. La utilización de paneles solares, por poner un ejemplo, representa un ahorro diferido en el tiempo – con unos períodos de amortización previamente conocidos – además de los beneficios ambientales colectivos que la reducción de consumos energéticos de fuentes no renovables o la reducción de la emisión de gases contaminantes puedan ocasionar. Los estudios previos que requiere un proyecto de estas características obviamente son sistemas más complejos y sería recomendable incluso la participación de distintas disciplinas, así como el soporte de técnicos instruidos en ciencias ambientales.. Otro tipo de energía emergente son los sistemas geotérmicos que funcionan a través de la instalación de una bomba geotérmica que permite suministrar agua desde el subsuelo a temperaturas por debajo de la temperatura ambiental. Este es un ejemplo de cómo es que podemos sustituir en este caso a un sistema central de refrigeración de 17.

(25) enfriamiento de agua (chiller) utilizando solamente sistemas de manejo y generación de aire, disminuyendo la cantidad de energía requerida por sistemas de compresores y eliminando la utilización de gases refrigerantes que afectan en el largo plazo la capa de ozono y contribuyen con el efecto invernadero.. Incidencia del sol sobre la construcción. Desde siempre es conocida la necesidad de incorporar a los edificios espacios habitables con iluminación natural. Desde esta premisa, podemos aprovechar la fracción infrarroja de la radiación solar incidente, aquella capaz de aportar energía calorífica y disponer una serie de estrategias que permitan capturarla, almacenarla y utilizarla, acondicionando de este modo nuestro ambiente interior. Para ello, tan sólo se tienen que exponer los paneles solares a esta radiación, orientándolos adecuadamente.. La primera condición es el conocimiento de la posición del sol a lo largo del año, parámetro variable que depende de la latitud y del día que se tome en consideración. El sol recorre, desde la posición inicial la trayectoria más baja y corta posible durante el solsticio de invierno, mientras que en el solsticio de verano se sitúa en su mayor altura y alcanza su máxima duración. Esta consecuencia es posible aprovecharla de modo natural y sencillo sin requerir el soporte de algún especialista en este concepto. Si miramos al sol, si la orientación la buscamos a mediodía, al sur, es posible conseguir que durante el período invernal el sol penetre en todas las estancias, dado que la trayectoria solar es baja y el ángulo de incidencia con respecto a la horizontal es menor. Durante el verano aumenta el ángulo de incidencia en función de la trayectoria más elevada, con lo que dificultará el paso del sol al interior y contribuirá a evitar el sobrecalentamiento de ciertos espacios. Si además se agregan elementos de protección solar, será posible potencializar el efecto de refrigeración que pretendemos conseguir.. Otro factor importante es que la fachada que mayor radiación solar recibe durante el invierno es la de orientación sur. Por lo tanto, con la orientación adecuada y sin ningún aporte energético convencional, se puede conseguir una situación de optimización para el 18.

(26) rendimiento de los sistemas de acondicionamiento ambiental necesarios en toda edificación.. Almacenamiento energético y restitución al ambiente interior. Una vez que se tienen aportes solares, se debe ser capaz de almacenar esa energía y de utilizarla del modo que convenga a los fines necesarios. Para ello, se estudiará en qué zonas del espacio interior (suelos, techos o paredes) el sol impacta, y se dispondrá en ellas material adecuado capaz de acumular esta energía, tales como piedras, ladrillos, metales o maderas. Es sabido que cada uno tiene un comportamiento térmico diferente; las piedras al sol se calientan mucho, más cuanto más oscuras, enfriándose poco a poco cuando cesa el aporte. Algo similar les ocurre a los ladrillos, en mayor medida cuanta más masa tienen. De los metales se conoce que se calientan con muchísima rapidez, conservan una gran cantidad de calor y se enfrían igualmente rápido.. De las maderas, por el contrario, se conoce su dificultad para transmitir la energía calorífica y de su menor capacidad de acumularla (dependiendo de las especies). Por lo tanto, del conocimiento del comportamiento de los materiales es posible disponer de su parámetro receptor de la radiación solar, de modo que se pueda conocer la capacidad de controlar la cantidad de energía acumulada y posteriormente la restitución al ambiente interior. Esta secuencia de aporte, acumulación y restitución será diferente en tiempo y en cantidad, y tendrá respuestas más o menos adecuadas a las necesidades de confort.. Común es el acuerdo de tomar a la energía solar térmica como la energía renovable más interesante a aplicar en la construcción de viviendas. De una forma sencilla y completamente avalada por la experiencia, con una tecnología que mejora rendimientos, podemos cubrir gran parte de nuestras necesidades de climatización. Esto hace que las administraciones, a través de paneles solares, apuesten, de forma más o menos intensa, por la instalación de estos sistemas. Veamos a continuación los principales conceptos que debemos conocer.. 19.

(27) El aprovechamiento térmico de la energía solar no es ningún concepto nuevo en su utilización para agua caliente sanitaria y la calefacción de espacios. Su funcionamiento es bastante sencillo, un elemento llamado captador permite que en su interior circule un fluido, que hará la función de transmisor del calor solar hacia donde se quiera aprovechar.. Los componentes de una instalación térmica:  Colectores.- La radiación solar calienta el líquido que circula por el colector.  Circuito primario.- El agua caliente se traslada del colector a un intercambiador de calor.  Intercambiador.- Transfiere el calor del circuito primario al circuito secundario.  Circuito secundario.- El agua calentada en el intercambiador pasa al acumulador.  Acumulador.- Almacena el agua caliente hasta el momento de uso.. El número de captadores de una instalación depende de tres factores: el consumo de agua caliente previsto, la zona climática y las posibilidades de integración en la construcción. En general, seguro que hay excepciones, dimensionar una instalación de energía solar para cubrir el 100% de la demanda de agua caliente durante todo el año no suele ser la mejor solución. Es preferible combinar un sistema solar térmico con un sistema auxiliar alimentado con energía convencional. El sistema solar térmico cubre sólo una parte del. consumo de energía, la fracción solar. La fracción solar óptima se. determina estableciendo un compromiso entre el costo de los colectores, el ahorro económico que proporciona la instalación y el período de amortización de la misma.. Energía geotérmica. La calefacción geotérmica es una variante del sistema conocido como bomba de calor, basado en llevar el calor de un sitio a otro. Una bomba geotérmica capta el calor del exterior y lo introduce en el interior de la vivienda.. 20.

(28) La manera más recomendable de captar calor es a través de una sonda introducida en el terreno. A una profundidad de entre 10 y 20 m la temperatura se mantiene constante a lo largo del año. Además, por cada metro de profundidad la temperatura aumenta unos 3º C. Las sondas pueden ser abiertas siempre que se llegue hasta una corriente de agua subterránea empleando la misma como líquido caloportador. Del mismo modo, tendremos las sondas cerradas donde incluimos un líquido en su interior circulando en un circuito cerrado.. El captador más empleado sería el cerrado horizontal formado por un tubo de polipropileno reticulado enterrado hasta 1 metro de profundidad y con un líquido refrigerante en su interior. En función del generador geotérmico (bomba de calor) tendremos diversas instalaciones de diferentes potencias. Pueden emplearse para calefacción por suelo o muro radiante.. Optimización de materiales para la construcción sustentable. Es de suma importancia conocer las propiedades térmicas de los materiales empleados en la construcción para formular estrategias que ahorren recursos, disminuyan la inversión en equipos de refrigeración y sean respetuosas con el entorno mediante el empleo de materiales de bajo impacto ambiental y social a lo largo de todo su ciclo de vida.. Dentro de los sistemas constructivos es necesario especificar el criterio de ahorro y austeridad. El término construcción en un contexto de desarrollo sustentable se ha mezclado con la denominada arquitectura bioclimática, aquella que aprovecha al máximo las condiciones climáticas aprovechando los recursos disponibles para conseguir un ahorro sustancial en el consumo energético de la vivienda.. Es muy importante. minimizar las necesidades energéticas a través de las denominadas estrategias pasivas, diseño, orientación y uso de aislamientos, entre otros.. 21.

(29) Lo que nunca se debe olvidar es que los edificios se construyen para ser habitados y para vivir. Debemos olvidarnos de la idea de que el futuro usuario no es más que una molestia en el engranaje de la industria que fabrica casas, y apostar por fomentar su participación en todo su ciclo de vida. Todos esos conceptos hablan de una manera nueva de entender la construcción. El entorno, el clima, los materiales, los sistemas constructivos, el usuario y lo social, se nos presentan como ejes conductores de lo que debe ser la llamada construcción en un marco de desarrollo sustentable.. Estrategias de selección de materiales. Si se puede potencializar la utilización de materiales pesados (piedras naturales, piedras artificiales y cerámicos pueden ser un buen ejemplo), se podrá contribuir a tener abundante masa, con buena capacidad de acumulación térmica y una restitución pausada en el tiempo. Es decir, es posible obtener muros de considerable inercia térmica.. Para obtener un muro que contenga buenas prestaciones en cuanto a inercia térmica se refiere, se debe optimizar cada una de las fases que integran su secuencia de funcionamiento. Cuando el color es oscuro se obtienen los máximos porcentajes de absorción de la radiación incidente, situando al negro con el 100%. En el extremo opuesto estarían los colores claros, con porcentajes por debajo del 50%. La absorbencia del color blanco se situaría muy cerca del cero. El otro factor a tener en cuenta es el de la textura de los muros. Si ésta tiene un carácter especular, como pudiera acontecer con un acabado pulido, la componente reflexiva aumentaría y por tanto disminuiría el porcentaje de radiación absorbida. En el caso contrario se sitúa una superficie mate y rugosa.. También resulta trascendente el ángulo de incidencia de la radiación solar, máximo cuando es perpendicular. La segunda fase del proceso consistiría en la capacidad del almacén térmico, que depende básicamente del espesor del muro y de las características intrínsecas de carácter térmico del material que lo constituye. Existen dos factores que influyen en esta fase de modo determinante: la cantidad de energía que va a ser transferida al ambiente que ocurrirá hasta que se alcance el equilibrio térmico, y el 22.

(30) tiempo que va a tardar en comenzar efectuarse la transferencia calorífica, o dicho de otro modo: el desfase que va a existir entre el comienzo de la captación y el comienzo de la restitución. Esta situación se puede prever mediante el correcto diseño del muro. En definitiva, podemos concluir que se dispone de una energía limpia y gratuita, que se concede a diario, y que se ha de canalizar hacia nuestra vivienda.. La consideración de la inercia térmica como estrategia pasiva exige de coherencia formal y constructiva. Las construcciones que poseen materiales pesados en sus muros, se ocupan en primer lugar de llenar el almacén energético, por lo que el ambiente tarda más en llegar a una situación de confort. Sin embargo una vez que se logra, se produce una estabilidad térmica que permite tener muy pocas variaciones de la temperatura interior, tanto diarias como estacionales, asumiendo las oscilaciones más o menos pronunciadas que experimenten las condiciones exteriores.. Es una buena solución para situaciones climáticas donde se producen grandes variaciones entre las temperaturas diurnas y las nocturnas, incluso entre las de verano y las de invierno, ya que la inercia térmica corrige y suaviza estos extremos. También es recomendable para aquellos usos de carácter permanente y continuo.. El efecto invernadero. Existe un fenómeno con un modo de generación de calor sencillo y eficaz, a través del efecto invernadero. Consiste básicamente en un espacio acristalado permeable a la radiación solar, que permite su impacto sobre una masa térmica enfrentada (muro, suelo o techo), la cual actúa como receptora de la radiación incidente. Posteriormente, al devolver la energía absorbida, ésta es aprisionada por el cristal, que no la deja escapar. Todo esto se traduce en un calentamiento progresivo del aire contenido en el invernadero, que puede ser aprovechado para calentar la casa por convección natural.. 23.

(31) Diseño de Climatización en construcciones existentes. El principal problema consiste en que el punto de partida se da en un volumen preexistente con unas condiciones constructivas que pertenecen a otra época y que no responden a los patrones actuales, las actuaciones que pueden realizarse encuentran limitaciones formales y funcionales. En cualquier caso, siempre son posibles intervenciones que logren mejorar el comportamiento energético del edificio reduciendo las pérdidas térmicas.. Existen posibilidades de aislamiento por el exterior, ya sea con sistemas adheridos a los recubrimientos o bien, con la incorporación de fachadas con suficiente ventilación que reducen sensiblemente las pérdidas de eficiencia en equipos de refrigeración. Si la composición del recubrimiento es la adecuada, este cambiará toda la inercia térmica hacia el interior logrando una estabilidad térmica muy adecuada. Si las exigencias del edificio requirieran de la implantación de sistemas de muy poca inercia térmica que busquen un rápido calentamiento del aire, se pueden instalar. aislamientos sobre los interiores. mediante el traslape de paneles de tabla roca.. Diseño integral de edificios y de sistemas de climatización. Como fue mencionado al inicio de este capítulo, cuando se habla del concepto de climatización nos estamos refiriendo tanto a la calefacción como a la refrigeración. Aspecto este que puede parecer paradójico, ya que en la actualidad nuestra factura en aire acondicionado supera la de calefacción. Para climatizar se necesita energía, energía que puede proporcionarse en forma de ahorro, de eficiencia o de utilización de energía, por supuesto mejor renovable que procedente de los mayoritarios combustibles fósiles.. Un buen diseño del edificio puede reducir las necesidades de climatización hasta un 60%. Otro aspecto esencial será el conseguir instalaciones lo más eficientes posible que sumado al uso de energías renovables minimizaría el empleo de energías fósiles y reduciría sustancialmente la factura energética.. Lo primero que podemos hacer es 24.

(32) diseñar las instalaciones de tal forma que funcionen según una zonificación que respete orientaciones y usos diferentes, así como los distintos horarios de utilización. Una buena zonificación del edificio en función de usos y un control de los horarios de utilización serán un primer paso fundamental para conseguir unas instalaciones de climatización eficientes.. Estas medidas deben venir acompañadas de la implantación de sistemas de control que garanticen la prestación del servicio cuando éste sea necesario. Sistemas que pueden ir desde los sencillos termostatos de ambiente hasta complejos sistemas de control de temperaturas. Una decisión habitualmente fundamental es la elección de un sistema de calefacción centralizada, apostando por una caldera única para todo el edificio frente a las calderas individuales por vivienda. Los rendimientos suelen ser mucho mayores y las labores de mantenimiento menos costosas.. 25.

(33) Capítulo IV. Modelo de Análisis de Sustentabilidad de Sistemas de climatización de edificios La inversión sobre la construcción o remodelación de un edificio y la inversión de su equipo de refrigeración representan un capital de inversión considerable en suma con sus costos de operación y mantenimiento sobre el ciclo de vida del proyecto. Los costos de operación se consumen a lo largo de los años en medida que se demanda energía y otros recursos como el gas y el agua, sin pasar por alto los impuestos y costos de operación por el suministro de los mismos. La suma de estos costos se manifiesta por etapas como lo son los costos de instalación, mantenimiento, refacciones y gastos misceláneos, entre otros, los cuales es necesario sumarlos al el mismo capital de inversión.. Es necesario capitalizar todos estos costos y seleccionar una estructura adecuada de costos donde se pueda entender y analizar el detalle de cada uno de estos. La característica primordial de este análisis es encontrar el retorno neto de la inversión. Este retorno deberá ser evaluado y comparado mediante una serie de alternativas y técnicas de proyección de costos sobre la vida económica del proyecto.. Los proyectos de climatización de edificios pueden clasificarse en dos tipos según el monto de la inversión:  Proyectos de bajo capital de inversión (proyectos residenciales, comercios, oficinas, entre otros). 26.

(34)  Proyectos de alto capital de inversión (hospitales, aeropuertos, hoteles, plazas o centro comerciales, entre otros).. Dentro de los proyectos de alto capital de inversión, se consideran los edificios comerciales para los cuales se está analizando el mayor consumo de energía en EUA. Cada edificio es distinto, el diseño y materiales empleados en el sistema de refrigeración variarán según su inercia térmica sin pasar por alto las temperaturas o ambientes a los cuales son sometidos, altitudes y regiones, entre otros aspectos importantes a considerar.. A continuación se presenta una serie de elementos clave que impactan directamente en el desarrollo de un proyecto de climatización:  Parámetros del diseño arquitectónico, configuración, estructuras, tipos de material como acero o concreto, etc.  Requerimientos para la carga de aire acondicionado y calefacción  Requerimientos de seguridad y sistemas contra incendio  Requerimientos de alimentación y sistemas de disposición de agua  Requerimientos de distribución eléctrica (tableros de poder)  Requerimientos de telecomunicación y distribución de control  Requerimientos acústicos y aislamientos térmicos  Definición de espacios y localización para la instalación de los equipos de refrigeración en el edificio  Calidad en los materiales empleados en la construcción o reconstrucción de fachadas y azoteas.  Extensión y alcance de ventanas y vitrales que contribuyan con el factor de la iluminación entre azoteas y paredes.. Comúnmente los costos pueden ser influenciados por los responsables del proyecto o por los administradores de riesgo del edificio. Cabe mencionar que en los últimos años, se han incrementado los costos por este concepto debido a las necesidades y condiciones impuestas por el gobierno de los EUA a partir de la tragedia del 11 de Septiembre del 27.

(35) 2001. Es necesario entender las distintas condiciones de operación que se pueden dar en varios países. Por mencionar algunas, el caso de la escasez del agua es un ejemplo claro como lo experimenta hoy en día algunas regiones de Medio Oriente. (Lstibureck, 2008).. Análisis Económico del Ciclo de Vida. El análisis económico del ciclo de vida (AECV) de los equipos de refrigeración es un método mediante el cual los diseñadores de edificios, constructoras e ingenieros de diseño de refrigeración, evalúan las distintas alternativas respecto a la infraestructura del proyecto de climatización a desarrollar. Este método se fundamenta en el cálculo a detalle de los costos de operación y mantenimiento sobre el tiempo de vida del proyecto. Considera costos de capital inicial e inversión y los costos de operación y mantenimiento a tiempo futuro.. Esta metodología provee las bases necesarias para aceptar o refutar toma de decisiones de inversión sobre los equipos de refrigeración. Existe una fuerte tendencia sobre la optimización de recursos de aire acondicionado, calefacción y sistemas de ventilación. Esto ha conllevado a la continua restauración y modificación de estos equipos contra los beneficios de ahorro económico en la operación.. A continuación se presenta la ecuación base para encontrar el costo total que representa los costos de operación y mantenimiento.. Costo Total = costo inicial + energía + pólizas de mantenimiento + promedio de fallas + reparación de equipos + actualización de equipos + costo final de recuperación. El costo del sistema de climatización es influenciado por aspectos civiles, mecánicos y eléctricos, entre otros. Esta metodología tiene la capacidad de medir y mejorar estos aspectos del edificio. Será suficiente realizar estudios simples de costo/beneficio en el caso de ciertas modificaciones. Directa o indirectamente, estos 28.

(36) análisis complementan el desarrollo de la metodología de análisis económico del ciclo de vida del proyecto.. El uso de modificaciones en interiores y exteriores del edificio puede incrementar el costo inicial del proyecto. Por ejemplo, la utilización de vidrios de la alta densidad que disminuye considerablemente el traspaso de la radiación en fachadas para exteriores de edificios reduce considerablemente el tiempo de operación de compresores en los equipos de refrigeración.. El concepto del valor del dinero es fundamental para el entendimiento del análisis económico y financiero de la inversión del proyecto. La técnica de justificación financiera de proyectos que utilizaremos será la del Valor de Presente Neto (VPN) la cual permitirá entender el valor calculado como la diferencia entre la suma de flujos futuros esperados de una inversión descontados por una tasa de rendimiento y la inversión original. El VPN es conocido como el método más usado para la evaluación de proyectos de inversión a largo plazo. Su utilización permitirá determinar si una inversión cumple con su objetivo básico financiero: maximizar la inversión.. Principios del Método de VPN. Cuando el total del costo del ciclo de vida de los equipos (método del valor presente) se utiliza considerando todo el tiempo en el que se incurren los gastos del proyecto, se entiende que los gastos futuros serán contabilizados en valor del tiempo real en que se lleva a cabo el estudio (su valor presente). La importancia de este proceso se debe al traslado de valores futuros a valores y referencias presentes en las cuales permite tomar decisiones más fácilmente.. El método del valor presente neto descuenta todos los flujos de efectivo de un proyecto en una referencia de base un año. Como ya se menciono anteriormente, estas relaciones incluyen desde costos de los equipos de refrigeración, gastos de mantenimiento, gastos de energía eléctrica y combustibles y valores de recuperación de 29.

(37) los equipos. Una vez que el flujo de efectivo es descontado en la base de un año, se determina el peso de flujo de efectivo sobre esta misma base con el fin de obtener el valor total presente neto.. El valor presente (VP) de costo inicial del costo del proyecto será directamente la suma de la inversión inicial mas la suma de sus costos iniciales de instalación y arranque.. El valor presente de un gasto futuro (VF) se deberá obtener con la siguiente ecuación donde i es la tasa de descuento (interés) y n es el número de períodos de tiempo que separan al gasto futuro del tiempo actual. El período de composición del interés debe ser en base a la misma unidad de tiempo en que se mide el número de períodos n.. PV = FV. (_______1_________) (1 + i )n. Es común que en ciertos proyectos las inversiones son realizadas no solamente en el arranque de los proyectos o en el inicio del periodo. En ocasiones los inversionistas del proyecto depositan cierta cantidad de pagos periódicos a través del tiempo. Cuando la relación del pago es siempre la misma, se le conoce como anualidad. Cuando la relación del pago se recibe al final del periodo se le conoce como anualidad ordinaria. El cálculo del valor futuro de la anualidad ordinaria (A) se describe a continuación.. PV =. A (_ (1 + i)n. - 1). i (1 + i )n. Limitaciones del AECV de Sistemas de Climatización. Dadas las características de este método, es posible que ciertas variables se puedan estimar en base a supuestos o estimaciones. Una información errónea puede nulificar los 30.

(38) resultados del análisis del costo del ciclo de vida. A continuación se presenta una serie de recomendaciones que se deben seguir para evitar errores en el procesamiento de la información.  Utilizar información autentica y confiable en todos los parámetros de la comparación de alternativas. Por ejemplo, el desconocimiento sobre el tiempo de vida de los equipos, la cantidad de energía real que consumen los compresores y motores que esta misma a su vez podrá ofrecer el comparativo de ahorro de energía, los costos de reemplazo de refacciones o por concepto de mantenimientos correctivos mayores, entre otros.  Tener cuidado con los supuestos que se manejen dentro del proyecto. Es necesario encontrar casos, aplicaciones o inclusive contar con el apoyo de especialistas en temas que puedan sustentar dichos supuestos.  Contar con información actualizada sobre datos y hojas técnicas en la parte de recomendaciones del fabricante de los equipos de refrigeración. Una parte medular es la interpretación que se pueda tener dentro de estos conceptos.  Entender que el desempeño de los equipos de refrigeración puede variar con respecto a las condiciones externas al sistema de refrigeración como por ejemplo las condiciones ambientales y su relación con las condiciones de humedad y temperatura en las tuberías de succión y descarga, las prácticas de operación incorrectas de arranque y paro de equipos es otra causa de variación en el desempeño y por mencionar otra, lo pueden ser las condiciones del factor de potencia en la subestación del edificio en caso que se encuentren por debajo del factor ideal.  Tomar en cuenta como referencia información de otros proyectos es recomendable cuando no se tenga toda la información de las variables a medir.. 31.

(39) Sin embargo, es común que se puedan cometer errores en proyectos donde la referencia no concuerde a detalle con el proyecto.  Analizar frecuentemente las variables de tiempo y presupuesto del proyecto por las restricciones que puedan surgir en el transcurso de este. El objetivo es tener un menor impacto en la parte económica del análisis del proyecto.  Considerar las restricciones y políticas de los propietarios del edificio. Al momento de crear un portafolio de propuestas, en lo que respecta a las modificaciones del edificio, se pueden desechar una gran cantidad de estas por no involucrar asertivamente al propietario del edificio.. Proceso de Aplicación del AECV. El proceso general de aplicación del AECV utilizando el método de VPN deberá seguir los siguientes pasos:. Paso 1. Definir el área de operación. El área de trabajo del proyecto deberá ser definida como el paso número uno. Esta área se refiere al área del edificio donde se concentrara el análisis del capital de la inversión. Será necesario realizar un costeo preliminar de los elementos potenciales que tienen la mayor influencia sobre el consumo de energía de los equipos de refrigeración. Entre más grande sean las condiciones del edificio o del proyecto, en este modelo la tendencia de encontrar una mayor razón de ahorros potenciales será mayor. La clave para encontrar la solución más adecuada dentro de este análisis radica en el nivel del detalle que se utilice.. Paso 2. Selección de alternativas. 32.

(40) Este paso involucra la identificación de posibles alternativas de equipos y su instalación. Existen distintos caminos para encontrar soluciones de climatización. Dentro de este concepto, es necesario echar mano de la experiencia del equipo instalador. Normalmente se encuentran beneficios al momento de discutir ideas respecto a la selección de alternativas de equipos de refrigeración. Para ello es importante la experiencia adquirida en instalaciones anteriores, historias de éxito entre instaladores del medio,. información. historia,. recomendaciones. de. fabricantes. o. inclusive. recomendaciones de especialistas del área de garantías de equipos, etc.. Paso 3. Determinación de costos. Para cada alternativa se deben estimar costos de capital y los costos de operación. Los costos de capital son los costos no recurrentes que aparecen como suma global en tiempo presente o en un tiempo fijo. Estos costos además pueden ser desglosados por concepto de pagos periódicos. Los costos de operación son los costos recurrentes que se pagan periódicamente sobre el tiempo de vida del proyecto. Tienen la característica que se presentan sobre una base regular sobre los pagos de energía eléctrica y combustible, reparaciones, refacciones, pólizas de mantenimiento, consumibles de los equipos de refrigeración y costos de reemplazo.. Paso 4. Evaluación del VPN. Con el fin de evaluar las distintas alternativas, todos los costos y beneficios deben ser evaluados dentro de un contexto del valor presente del dinero. Considerando todos los costos que ocurren a través del tiempo, es necesario utilizar un punto común en el tiempo que permita analizar distintos diseños de refrigeración y alternativas y seleccionar aquella que presente el costo total del proyecto más económico y sostenible. Estos costos deberán ser sumados para encontrar su valor presente y poder tomar decisiones basadas en comparaciones justas.. 33.

(41) Paso 5. Análisis de Sensibilidad. Los resultados del valor presente de las alternativas son analizados para facilitar la toma de decisiones. Un valor presente positivo significa que los costos del proyecto son aceptables. Un valor presente negativo significa que el proyecto no deberá de ser tomado en cuenta o que al menos será necesario analizar el cálculo o considerar modificaciones a esta alternativa. En este sentido, la mejor alternativa será aquella cuyo VPN sea mayor. Existen otros criterios que pueden añadirse para tomar una decisión final tales como son los factores de confiabilidad de los equipos, minimización de riesgos, tiempo de implementación, políticas de la compañía, preferencias de marcas de los clientes, entre otros.. Paso 6. Análisis de Sensibilidad. El análisis de sensibilidad es una técnica de soporte del AECV que ayuda a considerar las posibles debilidades de la calidad de la información de las variables consideradas en la evaluación de las alternativas. Este análisis identificará el rango de valores de las variables que presenten mayor incertidumbre en que la elección de la mejor alternativa se mantiene sin modificarse.. Ejemplo Básico de la aplicación del AECV. Dentro del manual universal de equipos de refrigeración existen ejemplos de aplicaciones de la técnica del análisis del costo del ciclo de vida de estos equipos (ASHRAE: Febrero 2010, www.ashrae.org/lifecycle). Un ejemplo se refiere a la evaluación de un sistema de enfriamiento de agua (chiller) dentro de un edificio de oficinas. Existe una alternativa de comprar el servicio de agua fría utilizando una red de tubería de servicio conectada a una torre de enfriamiento. La segunda alternativa es de instalar un sistema convencional de aire acondicionado en oficinas. Para este caso, no se van a considerar los factores de impuestos aplicados al proyecto.. 34.