LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

N° tesis:

PROYECTO FIN DE CARRERA

Presentado a

LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Para obtener el título de

INGENIERA ELÉCTRICA

por

Ana María Ospina Sierra

METODOLOGÍA PARA MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA ACTUAL EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES

Sustentado el día 15 de Junio de 2011 frente al jurado:

Composición del jurado

- Asesor: Gustavo Andrés Ramos López, Profesor Asistente/ Universidad de Los Andes - Jurados: Mario Alberto Ríos Mesías, Profesor Asociado /Universidad de Los Andes

Metodología para mejorar la eficiencia energética actual en edificios no residenciales 2

Contenido

1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 3

2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 4

2.1 Objetivo General ...................................................................................................... 4

2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................... 4

2.3 Alcance y productos finales ..................................................................................... 4

3 DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO ....................... 4

4 MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO ........................................................... 5

4.1 Marco Teórico .......................................................................................................... 5

4.1.1 Definiciones ...................................................................................................... 5

4.1.2 Panorama energético internacional y nacional ................................................ 6

4.1.3 Green Building System (GBS) ............................................................................ 7

4.2 Marco Conceptual .................................................................................................... 8

4.2.1 Sistemas de clasificación Internacionales ........................................................ 9

4.2.2 Normatividad Colombiana.............................................................................. 12

4.3 Marco Histórico...................................................................................................... 19

4.3.1 GBS Internacional ........................................................................................... 19

4.3.2 GBS Nacional ................................................................................................... 21

5 METODOLOGÍA PARA MEJORAR LA EE EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES ............... 22

5.1 Planteamiento ........................................................................................................ 22

5.2 ECOs ....................................................................................................................... 33

6 CASO DE ESTUDIO: Edificio SD de la Universidad de los Andes ................................ 35

6.1 Inventario ............................................................................................................... 35

6.2 Análisis de ECOs para mejorar la EE ...................................................................... 41

6.3 Calculo de la rentabilidad/viabilidad de los ECOs ................................................. 49

7 VALIDACIÓN DEL TRABAJO ........................................................................................ 51

7.1 Metodología de prueba ......................................................................................... 51

7.2 Validación de los resultados del trabajo ................................................................ 52

8 DISCUSIÓN ................................................................................................................. 55

9 CONCLUSIONES .......................................................................................................... 57

10 AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... 57

11 REFERENCIAS ............................................................................................................. 58

12 ANEXOS ...................................................................................................................... 60

12.1 Anexo 1: Contexto Internacional y Nacional ...................................................... 60

12.2 Anexo 2: LEED-EB: O&M..................................................................................... 79

12.3 Anexo 3: Descripción de los ECOs ...................................................................... 81

12.4 Anexo 4: ECOs para Colombia ............................................................................ 97

12.5 Anexo 5: Diseño del sistema fotovoltaico para el caso de estudio.................. 110


1 INTRODUCCIÓN Este proyecto de grado muestra el estado del arte y el planteamiento de una metodología para mejorar la eficiencia energética actual en edificios no residenciales. La metodología es diseñada pensando en las necesidades actuales de Colombia en términos económicos y medioambientales. A través del documento se presenta una metodología que puede, en principio, ser aplicable a cualquier tipo de edificación no residencial, ya sea edificios dedicados a la salud, al comercio o instituciones educativas. Sin embargo, en este trabajo se realiza un acercamiento más profundo de lo que podría ser la metodología para una institución educativa. Los países desarrollados tienen una larga experiencia en la formulación de programas y en la implementación de acciones tendientes a mejorar la eficiencia energética. De acuerdo a la información suministrada por la OLADE, la Eficiencia Energética (EE) es un conjunto de acciones que permiten emplear la energía de manera óptima, incrementando la competitividad de las empresas, mejorando la calidad de vida, reduciendo costos y al mismo tiempo, limitando la producción de gases de efecto invernadero1. Estas acciones tienen como objetivo la concientización de todos los individuos sobre los beneficios de usar la energía racionalmente y promover el uso de equipos y tecnologías energéticamente eficientes para la industria, el comercio y los hogares. La EE debe ser considerada como el recurso más importante del que dispone un país para asegurar su abastecimiento energético. Entre los beneficios que aporta se destacan: a) Reducción de la vulnerabilidad del país por dependencia de fuentes energéticas externas; b) Reducción de costos de abastecimientos energético para la economía en su conjunto; c) Alivio de las presiones sobre los recursos naturales y los asentamientos humanos al reducirse la tasa de crecimiento de la demanda por energéticos así como de las presiones globales tales como las emisiones de CO2, causantes del calentamiento global; y d) Beneficios para las familias de bajos recurso. Con la metodología para mejorar la EE en edificaciones no residenciales, desarrollada en este proyecto, se busca tener un mejor marco de referencia hacia posibles trabajos realizados en la Universidad de los Andes en torno al manejo eficiente de la energía y a la incorporación de fuentes de energía renovables. Este proyecto muestra la aplicación de la metodológica desarrollada en un caso de estudio, donde, se recoge información energética del edificio Julio Mario Santo Domingo (SD) de la Universidad de los Andes y se realiza un estudio sobre cómo mejorar la Eficiencia Energética (EE) incluyendo el análisis de la incorporación de nuevas tecnologías y de fuentes de energía renovables que se podrían implementar en el edificio. El siguiente documento presenta de forma detallada como se realiza la metodología y su proceso de validación. Primero se plantean los objetivos a cumplir, luego se describe y se

1 OLADE –Organización Latinoamericana de Energía– Disponible en: http://www.olade.org.ec/coordinacion-

eficiencia-energetica. Consultado el 23 de Febrero del 2011.


da la justificación de la problemática de trabajo. Posteriormente se da a conocer el marco teórico y conceptual de relevancia. Seguidamente, se muestra el trabajo realizado donde se planteo la metodología y se realizó un caso de estudio en el edificio Julio Mario Santo Domingo (SD) de la Universidad de los Andes y finalmente, se enmarcan los resultados y las conclusiones del trabajo realizado.

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Definir una metodología para el rediseño del sistema eléctrico en edificios no residenciales con el fin de mejorar la eficiencia energética.

2.2 Objetivos Específicos

1. Revisar el estado del arte sobre metodología, normatividad, técnicas aplicadas en edificios no residenciales para usos eficientes de la energía en Colombia y el mundo, haciendo énfasis en sistemas eléctricos.

2. Plantear una metodología de rediseño de los sistemas eléctricos en edificios no residenciales existentes que permita hacer uso eficiente de la energía de acuerdo con límites usados en el ámbito mundial relacionados con la “etiqueta verde”.

3. Aplicar la metodología de rediseño en un caso de estudio de un edificio no residencial. 4. Realizar el análisis eléctrico de las mejoras viables que se pueden hacer en el caso de

estudio para tener un máximo de Eficiencia Energética (EE).

2.3 Alcance y productos finales

El producto del trabajo realizado es una metodología, basada en estándares internacionales y adaptada para Colombia, que permite mejorar la eficiencia energética actual en edificaciones no residenciales, teniendo como soporte las leyes y normas vigentes para el país y la pertinencia del tema de eficiencia energética a nivel mundial. Adicionalmente, se ejecutó la metodología sobre un edificio no residencial tomado como caso de estudio. Como parámetros relevantes del proyecto de grado se consideran dos: la metodología, la cual, presenta un nivel de satisfacción deseado, y el caso de estudio en el edificio SD de la Universidad de los Andes, el cual presenta un nivel aceptable de satisfacción.

3 DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO En la dinámica de la economía global, el uso racional y eficiente de energía ha evolucionado hacia la eficiencia energética como un concepto de cadena productiva,


dinámico, en permanente cambio de acuerdo con los nuevos enfoques del desarrollo sostenible en relación con la disminución de los impactos ambientales, el incremento de la productividad, el manejo eficiente de los recursos y su impacto en las organizaciones y en los procesos productivos2. En este contexto, una metodología que permita “etiquetar”, en cuanto a eficiencia energética, los edificios no residenciales es de vital importancia. A través de un sistema de “etiquetado verde” para edificaciones no residenciales se puede tener un amplio control del estado actual de le Eficiencia Energética (EE) en el país. Con esta metodología, no solo se podría llegar al desarrollo de una “etiqueta verde” para edificios no residenciales, sino también, permitiría que los propietarios de dichas edificaciones tengan un asesoramiento en torno a los cambios que deben hacerse en estos edificios para poder llegar a un máximo de EE de una forma viable y rentable al corto plazo. Esta metodología planteada puede tener un impacto social importante en el país, puesto que, mejorar la EE permitiría mejorar muchos aspectos en torno a la economía y al impacto ambiental que actualmente tiene los edificios en Colombia. Esta metodología se puede convertir en un mecanismo que permite asegurar el abastecimiento energético, la competitividad de la economía nacional, la protección del consumidor, la protección del medio ambiente y la promoción de fuentes de energía no convencionales como un asunto de interés social, público y de conveniencia nacional, de acuerdo con lo establecido en la Ley 697 del 2001.

4 MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO

4.1 Marco Teórico

4.1.1 Definiciones Para empezar a describir el marco teórico en el que se desarrolla este proyecto, primero se dan las definiciones específicas de los términos más importantes que se trataran a lo largo del trabajo definidas en la Ley 697 del 2001 [1], los cuales son:

URE: Es el aprovechamiento óptimo de la energía en todas y cada una de las cadenas energéticas, desde la selección de la fuente energética, su producción, transformación, transporte, distribución, y consumo incluyendo su reutilización cuando sea posible, buscando en todas y cada una de las actividades, de la cadena el desarrollo sostenible.

Uso eficiente de la energía: Es la utilización de la energía, de tal manera que se obtenga la mayor eficiencia energética, bien sea de una forma original de energía

2 PROURE. Capitulo 2: Programa de Uso Racional y Eficiente de Energía y Fuentes No convencionales en Colombia – PROURE. 2.1 Enfoque. Página 14.


y/o durante cualquier actividad de producción, transformación, transporte, distribución y consumo de las diferentes formas de energía.

Desarrollo sostenible: Se entiende por desarrollo sostenible el que conduzca al crecimiento económico, a la elevación de la calidad de la vida y al bienestar social, sin agotar la base de recursos naturales renovables en que se sustenta, ni deteriorar el medio ambiente o el derecho de las generaciones futuras a utilizarlo para la satisfacción de sus propias necesidades.

Aprovechamiento óptimo: Consiste en buscar la mayor relación beneficio-costo en todas las actividades que involucren el uso eficiente de la energía.

Eficiencia Energética: Es la relación entre la energía aprovechada y la total utilizada en cualquier proceso de la cadena energética.

Fuentes convencionales de energía: Para efectos de la presente ley son fuentes convencionales de energía aquellas utilizadas de forma intensiva y ampliamente comercializadas en el país.

Fuentes no convencionales de energía: Para efectos de la presente ley son fuentes no convencionales de energía, aquellas fuentes de energía disponibles a nivel mundial que son ambientalmente sostenibles, pero que en el país no son

empleadas o son utilizadas de manera marginal y no se comercializan

ampliamente. Todos estos términos se enmarcan en el contexto del marco del desarrollo sostenible y respetando la normatividad vigente sobre medio ambiente y los recursos naturales renovables.

4.1.2 Panorama energético internacional y nacional En el Anexo 1 se presenta el contexto energético internacional y nacional. En este se describe la situación energética en tres aspectos: i) consumo de energéticos, ii) proyecciones de la demanda y iii) uso de energías renovables. En torno al primer aspecto, en el anexo, se describe la situación para el petróleo, gas natural y carbón. Se eligieron estos tres energéticos porque son los que tienen una mayor demanda en el consumo actual. Se observo que el abastecimiento energético depende en gran medida de éstos y que por su naturaleza no renovable es necesario hacer uso masivo de otras formas renovables de energía. En la proyección de la demanda analizada se observa como el crecimiento de consumo actual es alarmante. Las tendencias actuales continuarán en los próximos 25 años como se muestra en la Figura 4.1.2.1. Finalmente, el tercer aspecto explora el uso de las energías renovables en el mundo y en Colombia. Acá se pude ver como aunque mundialmente las técnicas han avanzado y que su utilización se está realizando a gran escala, en Colombia, las experiencias en energías renovables no han sido muy exitosas, y teniendo en cuenta la actualidad del tema y su importancia, es una gran oportunidad para que, en busca de mejorar la Eficiencia Energética en Colombia, se incentive la incorporación de las energías renovables y el uso activo de medidas de ahorro energético en las edificaciones colombianas.


Figura 4.1.2.1. Tendencia de crecimiento del consumo energético mundial hasta el 2030

3.

4.1.3 Green Building System (GBS) Después de observar el panorama energético internacional y nacional se explora el concepto de Green Building Systems (GBS), puesto que, este proyecto de grado busca dar una introducción a lo que puede ser una metodología para poder hacer que construcciones existentes tengan este concepto incorporando mejoras que representarán un beneficio potencial a corto y largo plazo. Green Building o Construcción Verde es un enfoque para la construcción y puede describirse como una integración energética y medioambiental. Las técnicas de Green Building incluyen la orientación de las ventanas, el uso de los ventiladores de techo, las superficies de colores claros y persianas, los artefactos eléctricos y de iluminación que contribuyen al ahorro de energía, la reducción de la contaminación y el calentamiento solar del agua [8]. Aún existe una gran confusión con respecto a lo que significa la construcción verde. Para la mayoría de los expertos, existen cinco características principales que la definen:

Contar con una selección del lugar o "footprint" más compatible con el medio ambiente.

Utilizar diseños y materiales para los artefactos de iluminación, calefacción y aire acondicionados que contribuyan al ahorro energético.

Reducir el consumo de agua en el hogar por medio del uso de instalaciones de flujo bajo.

Promover un ambiente saludable con aire puro en espacios cerrados

Hacer hincapié en la importancia de la reducción de los desechos y la conservación de materiales al utilizar productos sostenibles en el diseño y la construcción.

3 Fuente: Schneider Electric.Eficiencia energética.


La construcción verde o sostenible consiste en la práctica de crear modelos de construcción, renovación, manejo, mantenimiento y demolición más saludables y más eficientes en cuanto al consumo de recursos [8]. Los elementos de la construcción verde son:

Las fuentes de eficiencia energética y energía renovable.

La administración del agua.

La reducción de los desechos.

Especificaciones y materiales de construcción preferentemente ecológicos. Este trabajo se centra en el uso de fuentes de eficiencia energética y energía renovable para edificios no residenciales existentes. La energía en forma de electricidad, el petróleo y el gas se utiliza en los edificios para los sistemas operativos tales como aire acondicionado, calefacción, ventilación, iluminación y transporte vertical, que son esenciales para garantizar la seguridad y el confort de los ocupantes del edificio. Estos sistemas representan el 70 al 80% de la energía total consumida en los edificios. Los costos de energía representan aproximadamente entre 30 y 40% del costo total de operación de un edificio típico [9]. Por lo tanto, como los precios de la energía se disparan, los propietarios de edificios y los operadores están recurriendo en mayor medida a la gestión de la energía para recortar sus costos operativos globales. La Gestión de la energía incluye la mejora de la eficiencia energética de los sistemas de construcción y conservación de la energía, reduciendo el desperdicio de energía, que con base en la experiencia pasada, es capaz de ahorrar hasta un 30% del costo anual de energía de los edificios [15]. Además, en la mayoría de los países, la electricidad, que es una de las principales formas de energía utilizada en edificios, se genera utilizando combustibles fósiles como el petróleo, el gas y el carbón. Estos combustibles fósiles no son renovables y también, durante la combustión emiten dióxido de carbono, que contribuye al calentamiento global. Puesto que los edificios generalmente representan más de un tercio del consumo energético total de un país, las agencias de gobierno de muchos países también están promoviendo la gestión de la energía como un medio para controlar los recursos energéticos y las emisiones ambientales. Dentro de este contexto se enmarca la importancia de una metodología que permita mejorar la eficiencia energética en edificios no residenciales.

4.2 Marco Conceptual Dentro del marco conceptual se presenta la revisión bibliográfica realizada en torno a los sistemas de clasificación de Green Building Systems (GBS). Los sistemas de clasificación mostrados en esta sección son internacionales y dan una visión de los parámetros que debería seguir una metodología de clasificación para un “etiquetado verde” de edificaciones no residenciales para Colombia. Primero se enmarca el contexto


internacional mostrando los sistemas de clasificación y posteriormente se da el contexto de la normatividad colombiana en torno a este aspecto.

4.2.1 Sistemas de clasificación Internacionales En cuanto a los sistemas de clasificación internacionales para edificios no residenciales se tomaron como referencia, principalmente, los sistemas de clasificación estadounidenses LEED, Green Globes y ENERGY STAR. El número de los sistemas de clasificación se ha incrementado puesto que el mercado de los edificios verdes ha crecido considerablemente. Inicialmente los sistemas de clasificación que sirven para verificar y cuantificar los pilares sostenibles de diseño y construcción fueron vistos como un costo irrecuperable e innecesario, y ahora son vistos como una guía, herramientas de marketing, y una manera de reducir los costos operativos [8]. A continuación se describen los tres sistemas de clasificación mencionados anteriormente.

1. ENERGY STAR para edificios y plantas: este es un programa voluntario de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) y del Departamento de Energía (DOE) puesto en marcha en 1995. Las calificaciones se otorgan en base exclusivamente en la eficiencia energética, a pesar de tener buenas herramientas para el seguimiento del uso del agua. Después de implementar las mejoras en eficiencia energética se espera un año de funcionamiento del edificio nuevo o existente y se toma un punto de referencia con una base de datos de uso real de energía de edificios similares. Edificios con un 25% de eficiencia energética pueden optar a la etiqueta ENERGY STAR. Los documentos de construcción de edificios diseñados para cumplir los requisitos ENERGY STAR pueden ganar la etiqueta ENERGY STAR. Sin embargo, es necesario recopilar datos por un año antes de que el edificio completo pueda obtener esta etiqueta [8].

2. Green Globes: fue originalmente desarrollado por una empresa privada canadiense junto con BREEAM del Reino Unido (BRE Método de Evaluación Ambiental) como punto de partida. En 2004, se fundó Green Building Initiative® (GBI) en Oregón como una organización sin ánimo de de lucro y se adquirió la licencia para promover y desarrollar Green Globes en los Estados Unidos. Los puntos se conceden en una serie de categorías similares a las presentadas en la Tabla 4.2.1.1. Los proyectos se califican como un porcentaje de puntos conseguidos, sobre una base de 1000 puntos totales. Green Globes tiene un sistema de clasificación para la nueva construcción y reformas importantes (NC) y para la mejora continua de los edificios existentes (CIEB). Pueden calificar para esta la certificación proyectos residenciales, comerciales y multifamiliares [8].

3. LEED: El LEED (Liderazgo en Energía en Diseño Ambiental) es un sistema de clasificación de Edificios Verdes desarrollado por Green Building Council de Estados


Unidos (USGBC). El programa piloto de lo que hoy es LEED para Nueva Construcción y Grandes Reformas (LEED-NC) se puso en marcha en 1998 [8]. En 2009, la familia de sistemas de clasificación LEED creció hasta tener programas de certificación como lo son: LEED-NC, LEED para edificaciones existentes: Operación y mantenimiento (LEED EB: O&M), LEED para interiores comerciales, LEED para interior y exterior (core & shell), LEED para colegios, LEED para ventas al por mayor, LEED para la salud. LEED para los hogares, LEED para el entorno de desarrollo.

La Tabla 4.2.1.1 muestra los tipos de categorías consideradas en la calificación del desempeño de construcciones para los tres sistemas de clasificación descritos.

Tabla 4.2.1.1. Tipos de categorías considerados en la calificación del desempeño de construcciones para ENERGY STAR, Green Globes y LEED [8].

ENERGY STAR para construcciones y

plantas Green Globes LEED

Selección de lugar y desarrollo X X

Eficiencia Energética X X X

Conservación del agua X X

Material y eficiencia de los recursos X X

Cubierta de calidad ambiental X X

Categorías adicionales

Gestión de proyectos; Emisiones

Innovación en el diseño; Prioridad regional

Después de la descripción general de cada uno de los sistemas de clasificación se muestra algunas comparaciones en diferentes aspectos de estos sistemas [8]. Debido a ENERGY STAR utilizan referencias del uso energía de un edificio real en contra de una base de datos existente de edificios similares, en lugar de, realizar la comparación contra un modelo computacional de uso de la energía, sólo los tipos de construcción para los que existe una base de datos adecuada del uso de energía que puede beneficiarse del programa ENERGY STAR. Esta restricción no afecta programas de clasificación como Green Globes o el LEED. ENERGY STAR es una marca reconocida asociada a la eficiencia energética. Más de 1 mil millones de pies cuadrados de espacio comercial se ganaron la etiqueta ENERGY STAR antes de finales de 2008. Considerando que un diseño puede adquirir la etiqueta Designed to Earn (diseñado para ganar) de ENERGY STAR, los edificios obtienen la etiqueta ENERGY STAR después de un año de ocupación, basados en el uso real de energía, cumpliendo ciertos requisitos de eficiencia energética. En cambio, Green Globes y LEED evalúan el diseño y construcción sostenible integral, esto involucra la evaluación de muchos aspectos además de la eficiencia energética. LEED es el sistema de calificación más viejo y más establecido, pero Green Globes domina en términos del número de proyectos certificados.


LEED ha establecido claramente su posición dominante para la evaluación integral de construcción en los Estados Unidos. Dada la cantidad de tiempo que se necesita para diseñar y construir algunos proyectos comerciales, Green Globes es un sistema de clasificación relativamente nuevo. No hay manera de predecir si o cómo el mercado puede cambiar a medida que madura Green Globes. Aunque los objetivos de Green Globes y del LEED comparten el mismo valor para el rendimiento de los equipos, ambos sistemas de clasificación tienen enfoques diferentes para la incorporación del análisis del ciclo de vida (life-cycle analysis - LCA). Green Globes ofrece una herramienta calculadora de LCA para ayudar a los diseñadores a comprender el impacto ambiental desde la compra hasta el final de la vida útil de los equipos. Esta herramienta es gratuita para todos, y se incorpora en el Green Globes para nuevas construcciones (Green Gobles for New Construction) a principios de 2010. En cuanto a la certificación LEED, en 2004, el USGBC formó un grupo de trabajo para determinar cómo integrar el análisis del ciclo de vida en el sistema. Con el lanzamiento de LEED de 2009, los puntos fueron ponderados para premiar a las medidas relacionadas con el LCA. Sin embargo, no hay un método establecido para calcular el LCA el sistema de calificación LEED. Otra diferencia entre los dos sistemas es que LEED tiene requisitos obligatorios que deben cumplirse para poder optar a la certificación, la intención de estos requisitos es asegurar que los objetivos específicos sostenibles se cumplan y lograr beneficios. Green Globes no tiene medidas obligatorias, aunque sí requiere un número mínimo de puntos que deben obtenerse en cada categoría. Como la más antigua y más conocida entre los sistemas de calificación de edificaciones sostenible, LEED ha sido objeto de críticas en los últimos años. La primera orientada a una falta de integración del LCA, el cual se cree que será incluido en futuras versiones del sistema de clasificación. Otra está relacionada con el hecho de que un edificio no necesariamente tienen que ser eficiente para recibir la certificación, un defecto que se ha solucionado en versiones posteriores del LEED. Otra acusación contra el sistema LEED es que puede ser adquirida la certificación aplicando a los puntos que son más fáciles de conseguir, pero no benefician al medio ambiente en proporción al valor de un punto. En un esfuerzo por abordar este problema, el USGBC aumentado el número total de puntos de 69 a 110 y los créditos reponderados para reflejar las prioridades ambientales LEED en 2009. La Tabla 4.2.1.2 muestra los sistemas de puntos de los tres sistemas de clasificación explicados. En la tabla se pueden observar los puntos que se deben adquirir para poder obtener la certificación de estos sistemas. La última característica a analizar de los sistemas de clasificación seleccionados es el costo de cumplimiento. Los costos administrativos de ENERGY STAR son bajos y no hay cuotas de inscripción o certificaciones. La eficiencia energética se evalúa sobre la base de un año de facturas de servicios públicos. Los costos de tiempo incluyen la recolección de los proyectos de ley y entrar los datos a una herramienta en línea. Los gastos de


administración de otras actividades necesarias son los generados por el tiempo de un ingeniero para confirmar el cumplimiento del edificio con la calidad del aire interior y las normas de otras referencias. Los costos fijos para cada sistema de clasificación se muestran en la Tabla 4.2.1.3. Muchos de los costos adicionales de construcción para la certificación son difíciles de comparar, por varias razones. Para Green Globes y LEED, que incluyen los créditos diferentes que pueden ser seleccionadas dentro de cada uno de los sistemas de calificación y la variedad de proyectos en términos de complejidad de diseño, tamaño, mercado de la construcción, y otras variables lo cual hace una comparación de costos directos problemática. Dependiendo de las opciones a cabo, un modelo energético, una simulación por computador de uso de energía previsto basado en el diseño del edificio, es generalmente necesario. El costo de este servicio varía según el tamaño del proyecto, la complejidad y otros factores.

Tabla 4.2.1.2. Sistema de puntos para ENERGY STAR, Green Globes y LEED.

ENERGY STAR Green Globes LEED

Niveles de certificación 1 4 4

Puntos totales disponibles 100-points scale 1000 110

Puntos mínimos requeridos para la certificación 75 o más

35% de los puntos aplicables en el proyecto

40 puntos más los prerrequisitos obligatorios

Puntos mínimos por categoría? N/A Si No

Tabla 4.2.1.3. Precios de registro y certificación para nuevas construcciones.

ENERGY STAR Green Globes LEED

Registro (Miembros) 0 Subscripción al software por 5 años: $500 $ 900

Registro (No miembros) N/A Igual que para miembros $ 1.200

Evaluación y certificación (Miembros) 0

$7000 para edificios de 100000 SF hasta $15000 para edificios de más de 500000 SF

Para menos de 50000 SF: $2250 50000 a 500000 SF: $0.045/SF Más de 500000 SF: $22500

Evaluación y certificación (No miembros)

Igual que para miembros Igual que para miembros

Para menos de 50000 SF: $2750 50000 a 500000 SF: $0.055/SF Más de 500000 SF: $27500

Para el presenta proyecto se tomo como referencia el sistema de clasificación de GBS, LEED. Se realizó esta elección por las características descritas anteriormente y porque es un sistema que ya tiene un grado de participación alto mundialmente y actualmente en Colombia existen edificaciones con esta certificación, como se mostrará más adelante en el marco histórico.

4.2.2 Normatividad Colombiana La normatividad existente en el ámbito de la Eficiencia Energética (EE) es bastante amplia aunque no es utilizada mundialmente como se esperaría. A continuación se describe como es la normatividad en EE para Colombia.


Mediante Decreto 2119 del 29 de diciembre de 1992, se transformó a la Comisión Nacional de Energía en la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) dándole la calidad de Organismo con carácter de Unidad Administrativa Especial. Con la promulgación de la Ley 143 de 1994, se complementó lo relacionado a la naturaleza jurídica, funciones, autonomía, funcionamiento, recursos presupuestales y régimen de personal4. El objetivo de la UPME es plantear en forma integral, indicativa, permanente y coordinada con las entidades del sector mineroenergético, tanto entidades públicas como privadas, el desarrollo y aprovechamiento de los recursos energéticos y mineros, producir y divulgar la información minero energética requerida5. Para la realización de este objetivo la UPME cuenta con el Sistema de Información Minero Energético Colombiano (SIMEC). Este se compone de los siguientes módulos: Sistema de Información Minero Colombiano (SIMCO), Sistema de Información Eléctrico Colombiano (SIEL), Sistema de Información de Petróleo y Gas (SIPG), Sistema de Información Ambiental Minero Energético (SIAME) y Sistema de Información de Eficiencia Energética y Energías Alternativas (SI3EA)6. Para efectos de este proyecto es de gran interés el SI3EA. Para la generación eléctrica en Colombia hay unas normas generales (leyes 142 y 143 de 1994) en conjunto con las actividades de transmisión, distribución y comercialización, regidas por la neutralidad tecnológica para beneficiar a los usuarios; por tanto, no es viable usar fuentes renovables, con las tecnologías de hoy, mientras sus costos se mantengan sustancialmente mayores que los de las fuentes convencionales (agua, gas, diesel y carbón). El problema radica en que los costos de inversión no son competitivos, mientras que los de administración, operación y mantenimiento sí lo son7. La Ley 697/01, sobre Uso Racional de Energía, define como propósito nacional avanzar hacia la utilización de fuentes renovables en pequeña escala y, particularmente, apoya la investigación básica y aplicada para que, con el tiempo, se reduzcan costos y se amplíe la capacidad de energías como la eólica, la solar, la geotérmica o la de biomasa. La Ley 788/02 exime del impuesto a la renta las ventas de energía con fuentes renovables, durante quince años, si se obtienen los certificados de reducción de emisiones de carbono previstos en el Protocolo de Kioto, los cuales generan ingresos a los empresarios. El 50% de estos ingresos tiene que destinarse a programas de beneficio social para gozar de la exención del impuesto. En Colombia existe la posibilidad de que empresas manufactureras que se abastecen de energía eléctrica puedan vendar sus excedentes al mercado si su fuente es renovable sin distinción sobre la tecnología utilizada (Ley 1215/08). También se ha propuesto que la Comisión de Regulación de Energía y Gas (Creg) sea más flexible en el acceso al cargo por

4 http://www.upme.gov.co/index.php?option=com_content&view=article&id=62&Itemid=48

5 http://www.upme.gov.co/index.php?option=com_content&view=article&id=64&Itemid=82#4

6 http://www.simec.gov.co/

7 Luis Ignacio Betancur. Abogado, especialista en economía. Consultor independiente. Colombia. Energías

renovables: marco jurídico en Colombia. Septiembre del 2009.


confiabilidad –que estimula nueva generación– a la generación renovable. En todo caso, sin dinero público la tarifa se incrementaría. Aunque a primera vista la gente en general es “proverde”, difícilmente pagaría sobreprecios para la conservación de la naturaleza. Hablando en términos específicos de la normatividad que rige a Colombia, en este trabajo se abordara el Programa de Uso Racional y Eficiente de energía y fuentes no convencionales (PROURE). El PROURE es un programa nacional que busca constituirse como uno de los mecanismos de mayor impacto e importancia que permite asegurar el abastecimiento energético, la competitividad de la economía nacional, la protección del consumidor, la protección del medio ambiente y la promoción de la fuentes energéticas no convencionales como un asunto de interés social, público y de conveniencia nacional, de acuerdo con lo establecido en la ley. Dentro de este marco, el PROURE establece un plan de acción al 2015 con visión 2020 en donde el periodo entre el 2015 y el 2020 corresponde a una segunda fase del plan, con estrategias y acciones que deben desarrollarse mediante la concentración de los alcances y establecimiento de los compromisos con los actores tanto públicos como privados para lograr los impactos esperados en productividad, competitividad, disminución de la intensidad energética, disminución de los impactos ambientales, el mejoramiento de la calidad de vida y en el acceso de fuentes limpias y renovables para todos los ciudadanos8. El PROURE se basa en la Ley 697 de 2001 mediante la cual se fomenta el uso racional y eficiente de la energía, se promueve la utilización de energías alternativas y se dictan otras disposiciones y es un plan de acción que va del 2010 al 2015. El informe final del PROURE, sobre el cual se baso este proyecto, surge a raíz de la consultoría para la formulación estratégica del plan de uso racional de energía y de fuentes no convencionales de energía 2007-2025 realizado por el Consorcio Bariloche – BRP y entregado en Junio 15 del 2007. El PROURE es diseñado tomando como referencia esta consultaría y a la luz de la Ley 697 de 2001. “La priorización y enfoque de las estrategias, subprogramas y líneas de acción del programa de Uso Racional y Eficiente de Energía PROURE se orientan fundamentalmente a la disminución de la intensidad energética, al mejoramiento de la eficiencia energética de los sectores de consumo y la promoción de las fuentes no convencionales de energía, en función de la identificación de los potenciales y la definición de metas por ahorro energético y participación de las fuentes y tecnologías no convencionales en la canasta energética del país”9. El PROURE plantea como se deben aplicar gradualmente los subprogramas y acciones para que toda la cadena energética esté cumpliendo permanentemente con los niveles mínimos de eficiencia energética y sin perjuicio de lo

8 PROURE. Objetivos y Alcance, pagina 16.

9 PROURE pagina 1 Panorama energético nacional


dispuesto en la normatividad vigente sobre medio ambiente y los recursos naturales renovables.

El plan de acción del PROURE, se estructura en cuatro etapas fundamentales para su ejecución. La primera etapa corresponde con la creación de las condiciones de carácter institucional, la segunda es la etapa de impulso a los Subprogramas Estratégicos, la tercera es la etapa de condiciones para el desarrollo de subprogramas y proyectos, y finalmente viene la etapa de impacto y sostenibilidad. Al final del PROURE se deben haber alcanzado tres metas, las cuales son:

1. Eficiencia Energética: En 2008 el consumo final de energía en el país fue de 242.575 Tcal, de las cuales el 15,3% corresponde a energía eléctrica y el restante 84,7% en otros energéticos (derivados del petróleo, carbón, biocombustibles, biomasa, etc). En 2008 el consumo final de energía eléctrica fue de 37.079 Tcal o 43.116 GWh, lo cual corresponde al 15,3% del consumo final de energía. Al 2015 la UPME estima un consumo de energía eléctrica de 66.906 GWh y un potencial de ahorro de 13.515 GWh (20.2%) y en consecuencia, de acuerdo con la ejecución del plan de acción se establece una meta de ahorro de 9.900 GWh (14.8%). Dicha meta equivale a un ahorro de 2.26% sobre el total del consumo final de energéticos, si se mantiene la participación del 15,3% de energía eléctrica en 2015. La Tabla 4.2.2.1 muestra los potenciales y metas de ahorro en energía eléctrica del programa de eficiencia energética a 2015 [10].

Tabla 4.2.2.1. Potenciales y metas de ahorro en energía eléctrica [10].

Se estima un potencial de ahorro total en energía eléctrica a 2015 del 20,2% y una meta de ahorro de energía eléctrica en un escenario alto de 14,8%, en un escenario medio de 10,1% y en un escenario bajo de 5,1%. El escenario alto de meta incluye los subprogramas estratégicos de capacitación y etiquetado, más la aplicación de los subprogramas sectoriales prioritarios más representativos en función de las variables de mercado [10]. En 2008 la participación de otros energéticos fue de 84,7%, lo cual corresponde a 205.496 Tcal con una meta de ahorro del 0,81%. Dicha meta estimada considera solo medidas en los sectores residenciales (hornillas eficientes) e industrial (combustión y calderas), ya


que, no existe información para estimar metas de ahorro en el sector comercial, público y servicios. La meta así estimada, equivale a un ahorro de 0,69% sobre el total del consumo final de energéticos si se mantiene la participación del 84,7% en 2015, como se muestra en la Tabla 4.2.2.2.

Tabla 4.2.2.2. Metas de ahorro en otros energéticos [10].

2. Metas de participación de las Fuentes No Convencionales: En relación con las Fuentes No Convencionales de Energía (FNCE), Colombia posee gran cantidad de recursos energéticos renovables identificados preliminarmente que requieren de mayor definición y estudio. No obstante, la UPME y el IDEAM han elaborado en los últimos años, el Atlas de Radiación Solar de Colombia y el Atlas de Viento y Energía Eólica de Colombia. En el año 2008 la participación en el consumo final de energía de energéticos renovables fue de 6,5% en biocombustibles, 10,4% en bagazo y 20,6% en la utilización de leña, con base en las estimaciones preliminares de inventarios y potenciales de los recursos energéticos renovables y su participación en el mix nacional. Para el 2015 se propone como meta global, un incremento en la participación de las FNCE en la canasta energética total del 5% de los cuales 4% en el uso de la biomasa y biocombustibles para aplicaciones térmicas y transporte y el 1% restante en energía eléctrica [10] (Figura 4.2.2.1).

Figura 4.2.2.1. Meta global de participación de las FNCE [10].

La participación del 1% en energía eléctrica, corresponde con una meta del 3.5% de participación en el SIN, compuesta por el 1.5% de capacidad actual instalada por generación eléctrica con residuos de biomasa, plantas hidroeléctricas menores de 10 MW y el parque eólico de Jepirachi interconectados al SIN, mas el 2% adicional, de acuerdo con escenarios basados en los resultados de estudios de empresas del sector y universidades y criterios adicionales relacionados con la seguridad energética, competitividad del país en


los mercados internacionales por la variable ambiental y curva de aprendizaje de las tecnologías. Al 2020 se espera una participación de la capacidad instalada de 6.5% del total, de acuerdo con tendencia en la disminución de costos de las tecnologías, las estrategias y los estudios y planes de los actores del sector energético, específicamente de los generadores de energía eléctrica. La Tabla 4.2.2.3 muestra las metas de participación de tecnologías de FNCE en la generación de energía eléctrica en el SIN del país a 2015 y 2020. Tabla 6. Metas de participación de las Fuentes No Convencionales de Energía en el Sistema Interconectado

Nacional a 2015 y 2020 [10].

La capacidad instalada para generación eléctrica en las Zonas No Interconectadas es de 118 MW, de los cuales el 108,5 MW instalados corresponden a la generación con plantas Diesel y el restante corresponde a generación con PCH’s y Sistemas fotovoltaicos. La meta propuesta al 2015 en ZNI es del 20% compuesta por el 8% de capacidad instalada actualmente más el 12% por desarrollos con energía eólica, biomasa, PCH´s y energía solar. A 2020 la meta de participación de las FNCE en las ZNI será del 30%. Otros indicadores de eficiencia son la intensidad eléctrica y el consumo per capital de energía, el primero a 2008 es de 153,78 kWh/M col $ constantes de 2000 y el segundo de 5,39 Gcal/habitante.

3. Indicadores para la gestión y seguimiento de las metas: En la Tabla 7 de [10] se organizan los indicadores por medio de los cuales se medirán los resultados alcanzados por el PROURE en dos grupos principales: el primer grupo incluye la intensidad energética, el consumo per capital, y la participación sectorial a nivel país o sub-sectorial en el sector industrial y en un segundo grupo la participación de energéticos tanto a nivel nacional como por sectores. Estos indicadores se deben evaluar cada 5 años, con el fin de ajustar los potenciales y las metas correspondientes. La UPME sería la entidad encargada de realizar seguimiento y evaluación permanente. Además es necesario crear en los próximos cinco años nuevos indicadores sustentados en la caracterización y medición de los diferentes sectores de consumo, con el fin de incorporar nuevas variables de seguimiento y control para el programa como soporte para la formulación y seguimiento de los subprogramas y acciones en contexto de una matriz de eficiencia energética [10].


Los planes de acción para el PROURE se organizan en subprogramas estratégicos y subprogramas sectoriales. Los subprogramas estratégicos son seis y son los siguientes:

1. SPE 1: Fortalecimiento institucional. 2. SPE 2: Educación y fortalecimiento de capacidades en investigación, desarrollo

tecnológico e innovación – I+D+i – y gestión del conocimiento. 3. SPE 3: Estrategia financiera e impulso al mercado. 4. SPE 4: Protección al consumidor y derechos a la información. 5. SPE 5: Gestión y seguimiento de potenciales, metas e indicadores 6. SPE 6: Promoción del uso de Fuentes No convencionales de Energía.

En cuanto a los subprogramas sectoriales el PROURE enfatiza en el sector residencial, industrial, comercial, público y de servicios, transporte y otros. De cada uno se evalúan aspectos como el potencial de ahorro, las metas de ahorro, los indicadores y lo subprogramas prioritarios. La realización de este proyecto se justifica en el subprograma estratégico SPE 4: Protección al consumidor y derecho a la información en la línea de acción E-4i: Crear el sello de excelencia energética en concordancia con la etiqueta de Eficiencia Energética y el sello ambiental Colombiano10. En cuanto a los subprogramas sectoriales son de interés para este proyecto el sector industrial y el sector comercial, público y de servicios. Dentro del sector industrial las líneas de acción son:

1. Optimización del uso de la energía eléctrica para fuerza motriz. 2. Optimización del uso de calderas. 3. Eficiencia en iluminación. 4. Gestión de la energía en la industria. 5. Cogeneración y autogeneración. 6. Uso racional y eficiente de la energía en Pymes. 7. Optimización de procesos de combustión. 8. Optimización de la cadena de frio en el sector industrial.

Dentro del sector comercial, público y servicios las líneas de acción son:

1. Difusión sobre tecnologías y buenas prácticas en sistemas de iluminación, refrigeración y aire acondicionado en el sector comercial, público y servicios.

2. Caracterización, gestión de indicadores y asistencia técnica del sector comercial, público y servicios.

3. Actualización tecnológica en alumbrado público.

10

PROURE. Tabla 8: Matriz de priorización de Subprogramas estratégicos. Página 35.


Con base en estas líneas de acción para los dos sectores se desarrollará la metodología para mejorar la eficiencia energética en edificios no residenciales. En la metodología se busca plantear puntos que sirvan como referencia para poder ir alcanzando estas líneas de acción.

4.3 Marco Histórico

En el marco histórico, para este proyecto, se muestra como se ha avanzado en las construcciones verdes (Green Building Systems – GBS–) en el mundo y en Colombia para de esta forma tener un contexto más amplio de las dimensiones de este tema.

4.3.1 GBS Internacional Como el sistema de clasificación elegido es LEED Existing Building: Operation & Maintenance se realiza una revisión bibliográfica de las construcciones verdes (GBS) con este tipo de certificación. Se encontró que la gran mayoría se encuentran en Estados Unidos y España. En varios lugares del mundo donde cuentan con esta certificación la obtuvieron después de obtener la de LEED NC. La aplicación de cualquiera de las certificaciones LEED, pero en especial de la LEED O&M, permite importantes ahorros de energía, agua y residuos y mejora la calidad de vida de los ocupantes. El certificado LEED reúne un conjunto de estándares que permiten evaluar el grado de sostenibilidad de un inmueble. Las viviendas, oficinas, restaurantes o supermercados con este certificado son cada vez más numerosos, sobre todo en Estados Unidos (EE.UU.), origen del sistema. El Consejo de Edificios Verdes de este país (USGBC en sus siglas en inglés), creador del certificado en 1998, asegura que abarcan más de 14.000 proyectos en una treintena de países de todo el mundo [8]. El sistema LEED, acrónimo en inglés de "Liderazgo en Diseño Energético y Ambiental", evalúa el acabado de un edificio según seis criterios principales: sostenibilidad, eficiencia en el aprovechamiento del agua, energía e impacto atmosférico, materiales y recursos empleados, calidad del ambiente interior e innovación y proceso de diseño. El uso eficiente de la energía es el valor que más puntúa. En virtud de la calificación obtenida, el edificio se encuadra en uno de los cuatro niveles LEED: desde el certificado básico, que se consigue con la mínima puntuación, hasta llegar al nivel de plata, oro y platino, la máxima calificación. Según el tipo de certificado LEED logrado, un edificio reduce entre el 30% y el 70% de energía de uno convencional, del 30% al 50% de agua, entre el 50% y el 90% del costo de los residuos, y el 35% de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) [8]. Los edificios LEED ofrecen, según el USGBC, entornos más saludables que mejoran la calidad de vida y la productividad. Estos expertos han elaborado una larga lista de beneficios tras la aplicación de este certificado, como la mejora de la calidad del aire y del agua o la reducción de los desechos sólidos. Los costos de construcción y diseño suelen incrementarse con este certificado. Un edificio con nivel plata puede aumentar su presupuesto total en más de un


1,8%. Entre las razones de este sobrecosto, el USGBC indica que los constructores y diseñadores no suelen dominar las técnicas sostenibles, por lo que necesitan tiempo y esfuerzo para asimilarlas. Otro problema común es la falta de materiales y equipamientos específicos necesarios [8]. El proceso de calificación LEED supone, además, un gasto en sí mismo. Pero el esfuerzo inicial vale la pena. Los miembros del USGBC aseguran que el ahorro que supone amortiza los gastos a partir del tercer año, sin olvidar las mejoras en la calidad de vida. En algunos casos, afirman, el costo ha sido similar al de un inmueble convencional. A medida que estos sistemas de construcción ecológica se generalicen sus costos se reducirán. Los inmuebles con certificado LEED son cada vez más numerosos y variados, sobre todo en EE.UU., origen del sistema. Desde el año 2000, los miembros del USGBC se han cuadruplicado, con unas 20.000 organizaciones de todo tipo. Varios estados y ciudades, como Cincinnati, Nevada o Michigan, incluso han implantado programas para incentivar su adopción. En ellos se incluyen créditos ventajosos, reducción de impuestos o ayudas para la asistencia técnica. En Estados Unidos en cuanto a construcciones residenciales se destacan: la vivienda unifamiliar Sage, en Eugene, Oregón y el proyecto 100K House de Philadelphia. El primero es uno de los casos más destacados. Sus responsables, Arbor South Architecture, han logrado un LEED Platino con la máxima puntuación, gracias a su innovador diseño interior y exterior, su eficiencia energética y su impacto mínimo en el medio ambiente. Sus 134,5 m2 incluyen dos habitaciones y dos baños, y una gran variedad de sistemas ecológicos: agua caliente sanitaria con energía solar térmica y paneles fotovoltaicos en el techo, climatización natural, dispositivos con eficiencia energética ENERGY STAR, bajo consumo de agua, madera con certificación FSC y papel reciclado, aislamiento y ventanas de alta eficiencia para aprovechar la luz y el calor. Su precio: 315.000 euros. El segundo, en Philadelphia, un grupo de diseñadores daba a conocer en 2007 el proyecto 100K House. Su objetivo es edificar casas LEED que no superen los 100.000 dólares, aunque las primeras viviendas proyectadas llegan a los 250.000 dólares. Aprovechamiento del agua de lluvia, suelos radiantes, luces de bajo consumo o materiales ecológicos son algunos de los elementos que tienen estas viviendas11. Por otro lado para edificaciones no residenciales se tiene dos ejemplos sobresalientes. El primero es la empresa de supermercados Hannaford ha logrado para uno de sus establecimientos, en el estado de Maine, el certificado LEED Platino. Según sus responsables, es el primero en EE.UU. en lograrlo, gracias entre otras cuestiones a su sistema de refrigeración que utiliza la mitad de gas que uno convencional, a la tecnología de conservación de energía de sus neveras, o al sistema geotérmico para regular la temperatura del edificio. El supermercado ahorrará así un 50% de energía. El segundo es la cadena de restaurantes ecológicos Pizza Fusion construye todos sus locales (más de 60

11

Censolar. Centros de estudios de energía solar. Disponible en: http://www.eco2site.com/arquit/leed.asp. Recuperado el 15 de marzo del 2010.


en nueve estados) con la etiqueta LEED. Esto le permite reducir al año el consumo de agua en un 40% y el de electricidad en un 20%. En Estados Unidos este tipo de construcciones cuentan con gran apoyo técnico y financiero de las administraciones públicas; en Europa existen programas de financiación como el PAEE (FEDERIDEA), SAVE 3, THERMIE&, entre otros, los cuales además de ofrecer ayudas, certifican las edificaciones como Edificios Verdes, otorgando etiquetas ecológicas (LEEDS - Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental, ISO 14001, EEE, entre otras). España también cuenta con destacados edificios con etiqueta LEED. Según la Fundación Vida Sostenible, el Parque Empresarial Alvento fue el primer inmueble de Europa en lograrlo. Otros edificios se encuentran en proceso de certificación, como las oficinas de la planta 24 de Torre Picasso y el parque empresarial Las Rozas (Madrid); Torre Iberdrola (Bilbao); o el parque tecnológico Palmas Altas (Sevilla). En Latinoamérica, Argentina presenta una Construcción Verde muy interesante, el edificio Malecón de Buenos Aires. Este es un edificio de oficinas de 125.000 ft² que fue construido sobre un área industrial abandonada (su garaje fue construido sobre los cimientos de un almacén que data del siglo XIX) en Puerto Madero, un área de re-desarrollo en Buenos Aires. La construcción fue hecha como un bloque largo estrecho con el fin de minimizar la ganancia solar en la estructura y en las terminaciones de los lados este y oeste de los cuales están unidos. La ancha fachada norte, tiene forma para seguir el recorrido del sol y muchas pantallas con profundas sombrillas que virtualmente eliminan la radiación solar directa durante los meses de picos de enfriamiento12.

4.3.2 GBS Nacional Colombia actualmente no tiene ninguna construcción con una certificación LEED O&M, pero si cuenta con construcciones con certificación LEED NC. Colombia posee dentro de sus edificaciones verdes el Edificio Verde de la Cámara de Comercio de Bogotá, construido en Ciudad Salitre. Esta construcción posee 28 mil m2 distribuidos en dos sótanos, tres pisos de atención al público, cinco niveles para los funcionarios y 500 parqueaderos. Cuenta con accesorios electrónicos que permiten la entrada de las personas que llegan en sillas de ruedas o que poseen algún tipo de discapacidad que les impide la entrada por escaleras. Otro ejemplo de Green Building en Colombia es la Caja de Compensación Familiar Compensar, ubicada en el norte de Bogotá. En la obra sobresale el uso del vidrio en la fachada y en su interior se aprecia una mezcla de aluminio y madera. La construcción posee 16.579 m² y dentro de sus características más importantes se encuentra un sistema

12

Arquitectura Latinoamericana. Edificio Malecón Puerto Madero, Buenos Aires. Argentina. Disponible en: http://www.arquitectura.com/arquitectura/latina/obras/equipamiento/malecon/malecon.asp. Recuperado el 15 de marzo del 2010.


de enfriamiento evaporativo que permite recoger el aire natural que luego de un proceso al interior, llega a la parte alta y sale del edificio, de tal manera que la instalación mantiene una temperatura que puede oscilar entre los 18 y 21 grados centígrados13.

5 METODOLOGÍA PARA MEJORAR LA EE EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES

5.1 Planteamiento La metodología para mejorar la eficiencia energética en edificios no residenciales se orienta fundamentalmente a la disminución de la intensidad energética y al mejoramiento de la eficiencia energética en el sector no residencial, tanto industrial como comercial, y la promoción de las fuentes no convencionales de energía, en función de la identificación de los potenciales y la definición de metas por ahorro energético y participación de las fuentes y tecnologías no convencionales en la canasta energética del país14. Tomando como base la norma IEEE Std 739 – 1995 [11], el Programa de uso racional y eficiente de energía y fuentes no convencionales – PROURE [10] y el sistema de clasificación de edificios verdes desarrollado por la USGBC (U.S. Green Building Council) llamado LEED EB: O&M (Leader in Energy and Environmental Design – Existing Buildings: Operations & Maintenance) [12], se plantearon los lineamientos que debería seguir una metodología para el uso eficiente de la energía en edificaciones no residenciales para Colombia. Siguiendo los lineamientos expuestos por la norma IEEE Std 739 – 1995, los temas más importantes a tratar en una metodología de este tipo son: la planificación energética del edificio, una auditoría, economía de la energía eléctrica, diseño de la iluminación, eficiencia en los equipos, medición adecuada y gestión de carga. La auditoría energética es similar a un examen físico, la cual, debe ser diseñada para determinar la condición del edificio desde un punto de vista energético15. Una auditoría de energía adecuada dará un perfil del consumo eléctrico de la edificación, permitirá identificar las áreas o equipos que deben mejorarse, y proporcionará datos para un sistema de gestión de carga en el futuro. Los patrones de uso se obtienen a partir de facturas de servicios públicos antiguas y por la interpretación de los datos de medición instalados durante la auditoría y antes de esta. Otro ámbito importante de la auditoria es poder tener una idea de los desechos de energía por medio de una inspección visual, tener un registro de información y clasificación de diversos componentes de carga del edificio y la realización de pruebas en piezas específicas de ciertos equipos.

13

M.A. Perez. Green Building: Formas inteligentes de sontrucción. Disponible en: http://www.inpsicon.com/ elconsumidor/archivos/green_building.pdf. Recuperado el 15 de marzo del 2010. 14

PROURE, 1. Panorama energético nacional, pp. 1 15

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 6: Metering for energy management, 6.6 The importance of audits, pp. 214 – 218.


El equipo y los procesos deben ser identificados por el uso, y las oportunidades de conservación de energía (ECO – Energy Conservation Opportunities)16 deben ser clasificadas financiera y funcionalmente. El proceso de clasificación sirve para alertar al auditor de que tan posible sea la implementación de un ECO (ver sección 5.2). Durante la auditoria se debe realizar una clasificación de la totalidad de los equipos de la edificación en dos categorías17: clasificación del tipo de equipo y la categoría de uso. Los equipos según su tipo se clasifican en seis categorías: iluminación; calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC); motores; procesos; otros eléctricos y exterior del edificio. Las categorías de uso para los equipos son las cuatro siguiente18:

a) Equipo Crítico: Este equipo debe permanecer en todo momento activo o ser controlado para diversos procesos como para la producción, la seguridad, o por otras razones.

b) Necesario: Aunque este equipo se requiere para la producción o por otras razones, se puede cerrar en una cierta cantidad de tiempo con unas pérdidas financieras mensurables en condiciones extremas.

c) Aplazables: Este equipo es importante, pero se puede apagar durante períodos variables de tiempo.

d) Innecesarios: Este equipo ha sido generalmente utilizado aunque su uso no es estrictamente necesario. A veces el equipo se usa sólo ocasionalmente.

La lista completa donde se clasifiquen según estos criterios cada uno de los equipos se puede utilizar como un modelo de gestión de carga o para un análisis de la carga de la edificación. Con la metodología de la auditoria que se pretende implementar se buscan oportunidades para reducir el desperdicio de energía. Esto no es un proceso de una sola vez. Las auditorías deberán realizarse en forma periódica, tanto para verificar los resultados como para descubrir nuevos ECOs que podrían implementarse. Para el diseño de una metodología que permita realizar una auditoría en edificios no residenciales se tomaran en cuenta siete aspectos fundamentales basados en las necesidades expuesta por el PROURE:

1. Gestión de carga19: La gestión de carga se suele identificar con los controladores de la demanda basados en microprocesadores. Sin embargo, la gestión de carga

16

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 2: Organizing for energy management, 2.5 Energy conservation opportunities, pp. 28. 17

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 2: Organizing for energy management, 2.4 The six equipment audit categories, pp. 24 – 28. 18

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 2: Organizing for energy management, 2.3 Surveying energy uses and losses, 2.3.4 Establishing load type for demand control pp. 24. 19

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 4: Load Management, pp. 69 – 81.


también se puede lograr por medios manuales, automáticos o semiautomáticos. Un controlador de demanda confiable, debidamente instalado y programado correctamente tiene la ventaja de estar relativamente libre de errores humanos. El controlador de la demanda evalúa el uso de energía u otros factores ambientales para controlar el modo de encendido y apagado de las diversas cargas eléctricas.

2. Material y eficiencia del sistema20: La energía necesaria para operar un motor,

proceso o sistema se compone de tres componentes: la carga, las pérdidas de los equipos, y las pérdidas de la fuente de alimentación. La energía se puede conservar, simplemente controlando mejor el proceso de apagado, lo que eliminaría la carga y requisitos de energía de los equipos. Sin embargo, la mayoría de los procesos y funcionamientos de los equipos no están a plena carga o a la misma carga durante el todo el día, entonces, dado que la eficiencia varía con la carga, el motor o el proceso no puede ser definido por un solo punto la eficiencia y el ciclo de carga debe ser utilizado para definir la eficiencia del proceso. En cuanto a los materiales, el cambio de los fabricantes y el uso de equipos con etiquetas que respalden su máxima eficiencia, como una etiqueta verde o de excelencia energética o la implementación de los ECOs correspondientes, pueden aumentar el rendimiento disminuyendo la energía requerida para esto21.

3. Tarifas de servicios públicos22: La motivación principal para el ahorro de energía-dinero exige un conocimiento exhaustivo de los horarios o tarifas aplicables a una edificación en particular. El ahorro de energía debe traducirse en ahorro en pesos, y el tiempo que tome poner en funcionamiento los ECOs que reducen la carga se debe utilizar para determinar los costos de lograr esta mejora. Por lo tanto, un esfuerzo de conservación requiere un conocimiento completo de la tarifa que afecta a la instalación en estudio. También es necesario crear un plan de incentivos de tipo tributario, económico y de reconocimiento para fomentar el desarrollo de prácticas de ahorro energético23. En Colombia, la energía eléctrica se constituye en el energético más costoso de la canasta energética24, por esta razón, un ahorro dado por la mejora en el consumo eficiente de este energético significa en sí mismo una ganancia.

20

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 5: Energy management for motors, systems, and electrical equipment, pp. 81 - 211. 21

PROURE, 3. Plan de acción para el PROURE, 3.1 Subprogramas estratégicos, 3.1.1 Líneas de acción prioriparias. Tabla 8. Matriz de priorización de Subprogramas estratégicos, pp. 35. Ley 697 de 2001. 22

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 3: Translating energy into cost, 3.6 Calculating the cost of electricity, 3.5 Utility rate structures, pp. 56 – 68. 23

PROURE, 2. Programa de uso racional y eficiente de energía y fuentes no convencionales en Colombia, 2.5 Lineamientos estratégicos, pp 17. 24

PROURE, 1. Panorama energético nacional, 1.1 Oferta y demanda, 1.1.3 Precios de los energéticos, pp. 6.


4. Economía de la conservación25: Cualquier participación de un ECO genera cambios significativos que deben ser analizados durante una cantidad razonable de tiempo teniendo en cuenta la mejor aproximación del ahorro de energía durante un ciclo de carga que éste representa. Otros factores que deben ser tenidos en cuenta en este ámbito son: a) El balance de energía del edificio. b) El costo de lo que podrían costar unas modificaciones. c) El valor temporal del dinero. d) El costo de la mano de obra. e) Los costos de mantenimiento. f) Ver comportamiento histórico de la carga. g) Costo de la energía. h) Costo del equipo.

5. Costo de las pérdidas26: Es necesario evaluar el costo de un kilovatio adicional por

cada tipo de pérdida que se pueda presentar. Este costo debe entonces ser puesto sobre una base que se compara con un dólar de costo del equipo. Las formulas se desarrollan en la IEEE Std 739 – 1995 [11] y se pueden utilizar para determinar el valor de la reducción de la pérdida de una pieza de equipo.

6. Iluminación27: Un sistema de iluminación eficiente es aquel en el que la cantidad

necesaria de luz para iluminar un objeto está en el nivel apropiado con la cantidad mínima de energía. Un sistema de iluminación consiste en algo más que una lámpara y un objeto fijo sobre una estación de trabajo. Un sistema de iluminación bien diseñado considera el uso de luz natural, la dirección apropiada y dispersión de la luz de la lámpara, el efecto de los reflejos de las superficies diversas, la flexibilidad, la limpieza, alterna distintas, oscurecimiento, ambiente de trabajo frente a la luz, etc.

7. Generación en horas de demando pico28: muchas industrias deben utilizar en algunos casos sus suministros de energía de reserva. Estas fuentes se pueden utilizar para reducir la demanda eléctrica si se ejercen en los períodos de carga máxima y no solo en ciertas situaciones de emergencia, de esta forma se puede llegar a reducir el consumo de energía eléctrica de la fuente de alimentación y se utilizarían mejor los recursos propios.

25

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 3: Translating energy into cost, 3.3 Economic models—their applications and limitations, 3.4 Time value of Money, pp. 43 – 55. 26

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 3: Translating energy into cost, 3.7 Loss evaluation, pp. 62 – 67. 27

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 7: Energy management for lighting systems, 7.3 Concept of lighting systems, 7.4 The task and the working space, 7.5 Light sources, 7.9 Optimizing lighting energy, 7.10 Power factor and effect of harmonics on power quality, 7.11 Interaction of lighting with other building subsystems, pp. 244 – 280. 28

IEEE Std 730 – 1995. Capitulo 8: Cogeneration, pp. 282 – 297.


Para definir una forma de metodología para el caso Colombiano enfocada en la mejora de la eficiencia energética se tomo como base el LEED Existing Building: Operation & Maintenance (LEED EB: O&M). Se estableció una metodología para Colombia donde se busque como objetivo poder cumplir lineamientos del LEED EB: O&M, en cuanto a la eficiencia energética. Primero se realiza una descripción general del sistema de clasificación LEED EB: O&M y posteriormente se dan las pautas que se deben seguir en una metodología para Colombia basado en el aspecto “Energía y Atmosfera (EA)” de este sistema de clasificación. LEED® for Existing Buildings: Operations & Maintenance (LEED EB: O&M) es un sistema de clasificación que empezó en operación desde el 2003. El sistema está basado en el consenso para la certificación de rendimiento en los edificios verdes, el Sistema de Clasificación LEED EB: O&M proporciona una guía para los propietarios, los administradores y los proveedores que deseen bajar los costos operativos y aumentar la productividad de los ocupantes de una manera ambientalmente responsable. Todo con base en la afirmación de que un edificio sostenible maximiza la eficiencia operativa y reduce al mínimo los impactos ambientales [12]. El sistema de clasificación LEED EB: O&M es un conjunto de normas de cumplimiento voluntario para el funcionamiento sostenible de los edificios que ya se encuentran en operación y que no requieran reformas importantes. Proporciona directrices de sostenibilidad para las operaciones, actualizaciones periódicas de los sistemas del edificio, cambios de menor importancia en el uso del espacio, y los procesos de construcción. Su objetivo es proporcionar a los edificios existentes un punto de entrada en el proceso de certificación LEED. La certificación LEED EB: O&M, a diferencia de otro tipo de certificaciones LEED, se basa en el desempeño real del edificio, no en las expectativas de diseño. LEED EB: O&M da lineamientos para mejorar el exterior del edificio y los programas de mantenimiento del sitio, el uso eficiente y optimizado de la energía y el agua, la compra de productos ambientalmente preferibles, la gestión de residuos y el manejo de calidad ambiental en interiores. Además, LEED para Edificios Existentes: O&M proporciona pautas de sostenibilidad para la limpieza integral y mantenimiento de edificios, programas de reciclaje y actualización de los sistemas para mejorar el rendimiento energético de los edificios, el consumo de agua, calidad ambiental interior y el uso de materiales [12]. Para lograr la certificación LEED, los edificios deben cumplir todos los requisitos previos del sistema de clasificación y ganar un mínimo de 34 puntos. La flexibilidad de los sistemas de clasificación permite a los propietarios, gerentes y profesionales determinar qué créditos van a seguir sobre la base de los objetivos de rendimiento. La relación de puntuación para el LEED EB: O&M es:

Certified Silver Gold Platinum

34-42 puntos 43-50 puntos 51-67 puntos 68-92 puntos


El objetivo de LEED EB: O&M es ayudar a los propietarios a mejorar y operar sus edificios de una manera sostenible y eficiente, hoy y en el futuro. Para lograr este objetivo LEED EB: O&M proporciona la certificación y recertificación de la construcción para reconocer los logros de los propietarios actuales. Los aspectos evaluados por el LEED EB: O&M se presentan en el Anexo 2. Este proyecto de grado busca centrarse en la mejora de eficiencia energética de los edificios no residenciales en Colombia para poder llegar a una eficiencia que asegure que se cumplan los parámetros de un sistema de clasificación internacional como lo es el LEED EB: O&M. El presente trabajo se centra en la categoría “Energía y Atmosfera (EA)”.

Metodología para mejorar la EE para edificios no residenciales en Colombia Con las descripciones previas de la norma IEEE Std 739 – 1995 y el sistema de clasificación LEED EB: O&M, la metodología planteada es la siguiente: Prerrequisitos mínimos para que un edificio no residencial pueda entrar en un proceso de certificación: Los edificios deben cumplir los siguientes prerrequisitos mínimos para alcanzar la certificación:

El edificio debe estar completamente ocupados (definido como la ocupación media o típica donde se espera que se presenten las operaciones normales) durante al menos los 12 meses anteriores a la solicitud de certificación. Debe existir un porcentaje mínimo de espacio vacío en la edificación, el cual, siguiendo los parámetros del LEED EB: O&M debe ser del 25% o menos de la superficie de construcción. Para edificios de hoteles, dormitorios, centro de convenciones, salón de clases, instalaciones deportivas, o estructura similar, se permite la ocupación parcial ordinaria.

El edificio debe estar en conformidad con las leyes locales y reglamentos ambientales del país.

En cuanto a la documentación generalmente solicitada hay lineamientos básicos que se deben seguir en cuanto a la antigüedad de esta documentación. El periodo de vigencia de la documentación pedida se estipula dependiendo del caso que se esté evaluando y del aspecto, sin embargo, estos intervalos temporales deben estar sujetos a una serie de limitaciones:

Para la etapa inicial se deben tener mínimo los datos de ejecución y funcionamiento de las operaciones del edificio en cuanto al consumo de los recursos energéticos, excepto lo relacionada con la energía eléctrica de la cual se deben tener registro de mayor antigüedad. Cada uno de los criterios o requisitos a


cumplir pueden tener un plazo máximo de 24 meses después de la solicitud de la certificación, esto basado en el LEED EB: O&M.

Siguiendo los lineamientos del LEED EB: O&M en la categoría de “Energía y atmósfera”, una metodología para mejorar la Eficiencia Energética (EE) estaría definida de la siguiente manera. PREREQUISITOS Prerrequisito 1: Mejores Prácticas de Gestión de Eficiencia Energética: Planificación, Documentación y evaluación de oportunidades. Este prerrequisito cumple la función de promover la continuidad de la información para asegurar que las estrategias de funcionamiento eficiente de la energía se mantengan y proporciona una base para el análisis de la información del sistema. Para llevar esto acabo se debe:

1. Documentar todas las operaciones que consuman energía en el edificio. 2. Desarrollar un plan operativo del edificio el cual ofrece información detallada

sobre cómo debe ser operado y mantenido. Este plan incluye como mínimo: un calendario de ocupación del edificio, horario de equipos en tiempo de ejecución, diseño de puntos para la calidad del aire acondicionado, y los niveles de diseño de iluminación en todo el edificio. También se deben identificar los cambios en los horarios, los días de la semana y horas del día.

3. Elaborar un documento donde se relacionen los sistemas tanto mecánicos como eléctricos del edificio. Esta descripción de los sistemas deben incluir todos los equipos que son utilizados para cumplir el plan operativo del edificio, incluyendo: calefacción, refrigeración, ventilación, iluminación y sistemas de control del edificio

4. Desarrollar un plan de mantenimiento preventivo para los equipos descritos en el anterior punto.

5. Llevar a cabo una auditoría energética que cumple los requisitos del Nivel I de ASHRAE (ASHRAE Level I, walk-through analysis)29.

Todo lo anterior se debe desarrollar en un determinado periodo de ejecución. ASPECTOS A EVALUAR Aspecto 1: Optimizar el rendimiento de Eficiencia Energética. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 10)

29

ASHRAE: Energy audits by profesional engineers. [en línea] Disponible en: http://mwe2.com/p-651-energy-audits.html. Recuperado el 17 de Abril de 2011.


Se evalúa este aspecto para lograr un mayor nivel de rendimiento operativo de la eficiencia energética en relación con un edificio de características similar para reducir los impactos ambientales asociados con el uso excesivo de energía. Para cumplir esto se debe:

1. Lograr mayor eficiencia energética de los mínimos enumerados en el sistema de clasificación ENERGY STAR.

2. Tener un contador de energía que mida toda la energía utilizada en todo el período de ejecución de cada edificio a certificar. El rendimiento energético de cada edificio debe basarse en el consumo real de energía. Después de registrar los datos medidos por 12 meses se requiere:

3. Calibrar todos los equipos, a menos que por recomendaciones del fabricante este tipo de calibraciones se hayan realizado anteriormente.

Aspecto 2.1: Edificio existente en funcionamiento: Investigación y Análisis. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 4) A través de este aspecto se busca poder adquirir un proceso sistemático para el desarrollo y comprensión del funcionamiento de los principales sistemas que utilizan energía en el edificio, las opciones para optimizar el rendimiento energético y un plan para lograr ahorros de energía. Para cumplir esto se debe:

1. Llevar a cabo una auditoría energética que cumple con los requisitos de la ASHRAE de nivel II (ASHRAE Level II - Energy Survey and Analysis) 30.

2. Documento de la distribución del consumo de energía en el edificio. 3. Realizar un análisis de costos y ahorro de todas las medidas prácticas que

respondan a las limitaciones de los propietarios y de criterios económicos, junto con una discusión de cualquier efecto en las operaciones y procedimientos de mantenimiento.

4. Lista de las mejoras identificadas que proporcionen ahorro de energía rentable y documentar el análisis de costos y beneficios asociados con cada uno (ECOs).

Aspecto 2.2: Edificio existente en funcionamiento: Aplicación. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 4)

30

ASHRAE energy audits by profesional engineers. http://mwe2.com/p-651-energy-audits.html


Este aspecto se encarga de llevar a cabo mejoras de menor importancia e identificar los proyectos previstos rentables para asegurar que los sistemas del edificio que utilizan energía son reparados, operados y mantenidos para optimizar el rendimiento energético. Para esto se debe:

1. Implementar mejoras operativas de bajo costo y crear un plan de inversión para las modificaciones o mejoras.

2. Proporcionar capacitación para el personal de gestión que crea conciencia y habilidades en una amplia gama de operaciones de construcción sostenible de temas, lo que podría incluir la eficiencia energética y la construcción, las operaciones de equipos. sistemas y mantenimiento.

3. Demostrar lo observado y/o anticipado los costos financieros y beneficios de las medidas que se han implementado.

4. Actualizar el plan de operaciones del edificio según sea necesario para reflejar cualquier cambio en el calendario de ocupación, niveles de equipamiento horario de tiempo de ejecución, puntos de ajuste de diseño, y la iluminación dadas después de estos cambios.

Aspecto 2.3: Edificio existente en funcionamiento: Puesta en marcha. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 4) Este aspecto se encarga de seguir realizando la evaluación constante de las mejoras en eficiencia energética alcanzadas por los cambios menores hechos en los sistemas del edificio. Para esto se debe:

1. Crear un plan escrito que resume el ciclo global de puesta en funcionamiento del edificio. El ciclo de puesta en marcha no debe exceder de 24 meses. Este plan debe incluir una lista de equipo de construcción, la frecuencia de medición de desempeño para cada elemento del equipo, y medidas para responder a la desviación de los parámetros de rendimiento esperado.

2. Completar por lo menos la mitad del alcance del trabajo en el primer ciclo de puesta en marcha del edifico con las reformas estipuladas anteriormente (según lo indicado por el porcentaje del presupuesto total del plan). Sólo el trabajo realizado dentro de los dos años anteriores a la solicitud podrá ser incluido para mostrar el progreso en el ciclo en curso de la puesta en marcha.

3. Nuevamente, actualizar el plan operativo de edificio como sea necesario para reflejar cualquier cambio en el calendario de ocupación, horario de equipos en tiempo de ejecución, puntos de ajuste de diseño, los niveles de iluminación, o especificaciones de los sistemas.


Aspecto 3.1: Medición del desempeño del sistema de automatización de edificios. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 2) El cumplimiento de este aspecto permitirá contar con un sistema de automatización de edificios basado en computadora (BAS- Building Automation System), que supervisa y controla los principales sistemas del edificio, incluyendo: calefacción, refrigeración, ventilación e iluminación. Contar con un programa de mantenimiento preventivo ayudará que se realicen las pruebas y reparaciones o sustituciones de los equipos en intervalos óptimos, según el intervalo recomendado por el fabricante. Aspecto 3.2: Medición del Desempeño: Sistema de medición de nivel. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 4) Este aspecto proporciona información precisa sobre el uso de energía para apoyar la gestión de energía e identificar oportunidades para mejoras adicionales de ahorro de energía. Para cumplir esto se debe:

1. Se debe realizar un seguimiento de los consumos energéticos del edificio. Se puede realizar con base en los aspectos 2.1 y 2.2 o mediante el uso de facturas de energía, mediciones puntuales para determinar el consumo de energía de los principales sistemas mecánicos y otras aplicaciones de uso final.

2. Se requiere un registro permanente con el empleo de medición de nivel de sistema que cubra al menos entre el 40 al 80% del consumo total de energía prevista anual de la edificación.

Aspecto 4: Energía interior y exterior renovable. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 5) Este aspecto estimula y reconoce los crecientes niveles del uso de la energía renovable en el interior y el exterior del edificio, los cuales reducen los impactos ambientales asociados al consumo de energía de combustibles fósiles. Para cumplir esto se debe:

1. Demostrar que la energía renovable está siendo utilizada adecuadamente y está generando beneficios al medio ambiente.

2. Demostrar la eficiencia energética alcanzada por el uso de este tipo de energía y la rentabilidad para el edificio de su uso.

Aspecto 5: Gestión de Refrigerantes. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 2)


Este aspecto está encaminado a reducir el agotamiento de la capa de ozono y apoyar el cumplimiento de principios del Protocolo de Montreal y reducir al mínimo las contribuciones directas al calentamiento global. Para esto se debe:

1. No utilizar refrigerantes en el edificio que produzcan gases de efecto invernadero. Aspecto 6: Informes de Reducción de Emisiones. (En una escala del 1 al 10, este aspecto cuenta con una importancia de 2) Este aspecto se encarga de documentar los beneficios de reducción de emisiones de medidas gracias a las mejoras energéticas realizadas. Para cumplir esto se debe:

1. Identificar los parámetros de rendimiento de la construcción que reducen el consumo de energía convencionales y las emisiones, cuantificar las reducciones.

2. Reportar las mejoras operativas, las energías renovables y otras medidas de fomento de la reducción de las emisiones incluidas.

La metodología deberá adaptarse a cada uno de los edificios a los que se quiera aplicar con unos ajustes menores. En la Figura 5.1.1 se muestra el ciclo de vida de la metodología diseñada.

Figura 5.1.1. Ciclo de vida de la metodología diseñada.


5.2 ECOs

En esta parte del trabajo se realiza la investigación de las tecnologías que se pueden implementar en Colombia como ECOs (Energy Conservation Opportunities). Los ECOs descritos a continuación aseguraran que con su uso, un edificio pueda adquirir una cantidad de puntos suficientes para conseguir al menos la mínima puntuación necesaria sí aplicara a la certificación LEED O&M. Los ECOs pueden ser clasificados financieramente en dos grandes áreas: las medidas de limpieza y los cambios físicos. Las medidas de limpieza son los ECOs que no requiere inversión de capital importante. Ejemplos de medidas de mantenimiento son las siguientes:

a) Apagar los equipos que no están siendo usados. b) Realizar una limpieza adecuada o reemplazar los filtros de aire periódicamente. c) Reorganizar los horarios de operación los equipos mediante estrategias que

proporcionen un mejor uso. d) Cerrar las puertas, ventanas u otras aberturas que permiten que el aire

acondicionad no funcione eficientemente. e) Realizar un mantenimiento adecuado de todos los equipos.

Los cambios físicos incluyen la compra de nuevos equipos, los cambios en la estructura externa del edificio, los controles de la instalación o la separación de circuitos de iluminación. En general, las medidas de limpieza se pueden implementar casi de inmediato. La clasificación funcional de un ECO incluye uno o más de los siguientes literales:

a) Aplicación: Evaluar la energía necesaria para llevar a cabo la tarea con el objetivo de utilizar sólo la cantidad de energía necesaria.

b) Utilización: Examinar el proceso o el objetivo final del equipo con el fin de cambiar la forma en que se utilice y así reducir el consumo de energía.

c) Reclasificación: Evaluar el proceso general para el cual es usado el equipo y poder determinar la mejor ubicación desde un punto de vista energético.

d) Modificación: Mejora la utilización de energía por cambios físicos en el proceso donde es usado el equipo.

e) Mantenimiento: Determinar el tipo y cuantía de los elementos de mantenimiento del equipo que reducen el uso energía31.

31

IEEE Std 739 – 1995. Capitulo 2: Organizing for energy management, 2.3 Surveying energy uses and losses, 2.3.4 Establishing load type for demand control pp. 24.


Los ECOs se dividen en 10 tipos de equipos que componen un edificio. Estos son: central de aire acondicionado y sistemas de refrigeración, calderas y sistemas de calefacción, sistemas de bombeo, torres de enfriamiento, sistemas de tratamiento y distribución de aire, sistemas de iluminación, sistemas eléctricos del edificio, sistemas de automatización del edificio, la envolvente del edificio, y las fuentes de energía renovables – en algunos casos [9]. En el Anexo 3 se presenta una breve descripción de cada uno de los elementos de esta clasificación de ECOs.

Figura 5.2.1. Consumo de energía dependiendo de la medida de ahorro empleada [15].

Figura 5.2.2. Oportunidades de conservación de energía (ECOs) para edificios [15].

Se pueden buscar acciones para reducir la demanda de energía en 3 áreas:


1. Reducción del Consumo de Energía:

Todo tipo de energía en todos los aspectos de las operaciones de la empresa.

Las acciones que conducen a ahorro de costes y reducción de emisiones.

2. Optimización de costos de la energía:

Reducción a través de estrategias que optimicen o reducir el coste de adquisición de energía o la gestión del suministro de energía.

3. Mejora de la fiabilidad y disponibilidad:

Mantenimiento de las ganancias, con una operación del equipo confiable y eficiente.

Minimizar los riesgos de interrupción del suministro a través del diseño y la estrategia.

Mantenimiento de un programa de gastos de gestión de energía de 1 a 2% del presupuesto total de energía *. El consumo puede reducirse entre 10 y 40%.

Descritos los ítems donde se puede lograr un ahorro energético en edificaciones no residenciales, en el Anexo 4 se presentan soluciones para Colombia de las empresas Schneider Electric, ABB y Siemens.

6 CASO DE ESTUDIO: Edificio SD de la Universidad de los Andes La auditoria energética, que se realiza en el edificio SD de la universidad, buscaba ser un proceso integral para mejorar la eficiencia energética. Con ésta se quería dar a conocer la limitación de la demanda energética del edificio, las posibles mejoras a realizar para obtener una mayor eficiencia de los equipos de consumo energético, la posible inclusión de fuentes de energía renovables como recurso energético secundario y dar una idea para obtener un mejor manejo de recursos. Todo lo anterior en busca de un ahorro energético que conlleve a un ahorro económico y medioambiental. El objetivo que se quería alcanzar con este caso de estudio no se puedo llevar acabo completamente por limitaciones en la información suministrada por el Departamento de Planta física de la universidad. Con la información adquirida se realiza en análisis de esta sección.

6.1 Inventario Primero se realizo un inventario que incluye los elementos que afectan la demanda energética del edificio en mayor medida. La información facilitada por el departamento de planta física de la Universidad de los Andes se presenta en la Tabla 6.1.1 junto con una breve descripción de cada componente y su clasificación según el tipo y uso del equipo como lo estipula el capítulo 2 de [11] que se presento en la sección 5.1 de este documento.


Tabla 6.1.1. Clasificación de los equipos con mayor consumo de energía para el edificio Julio Mario Santo

Domingo (SD) de la Universidad de los Andes.

Equipo Descripción

Clasificación

Tipo Uso

Ascensores

Cuatro ascensores con capacidad para 20 personas Peso máximo de 1350 Kgr Velocidad 150m/m Motores de 20 HP con variador electrónico de velocidad

Motores Critico

Hidro bombas

Tres hidro bombas con sistema paralelo a portante de 15 HP Variador secuencial electrónico Bomba contra incendios de 50 HP

Motores Necesario

UPS

Tres UPS de: 20 KVA, 40 KVA y 50 KVA con un factor de potencia de 0.99

Procesos Critico

Sistema de iluminación

Sistema de iluminación controlado por horarios Automatización centralizada METASYS Luminarias T5 de 2X54 Fluorescente compacto de 2X32 y 2X42 Tiene sensores de presencia en las oficinas, salones, baños y salas de reuniones

Iluminación Necesario

Aire acondicionado

Aire acondicionado de 12 condensadoras y 45 caseteras 9600 BTU cada condensadora Interruptores de 40 A cada uno Se prende únicamente cuando se requiere

Calefacción, ventilación y aire acondicionado

Aplazable

Cargas menores

Se incluyen: computadores, teléfonos, impresoras, escaner, fotocopiadores y demás elementos de las oficinas y salones del edificio

Otros equipos eléctricos

Aplazable

En cuanto al consumo energético del edificio en kWh, la información proporcionada se relaciona en la Tabla 6.1.2 y en la Figura 6.1.1. De la información de la Tabla 6.1.2 solo se encuentra completo el cuadro para el periodo 2010, por esta razón la Figura 6.1.1 solo muestra el consumo para cada uno de los meses de este periodo, puesto que no se puede realizar comparaciones con el periodo 2009 al no estar completa la información. Del comportamiento de la demanda presentado en la Figura 6.2.1 se pude ver que los meses con mayor demanda son agosto, septiembre y octubre, mientras que los de menor, son enero y diciembre. Esta respuesta de la demanda era de esperarse, puesto que, los meses de enero y diciembre son los que presentan menos ocupación del edificio por ser una institución educativa.


Tabla 6.1.2. Consumo de energía del SD de los periodos 2009, 2010 y 2011.

CUENTA 700300520 JULIO MARIO SANTODOMINGO

PERIODO 2009 KWH/M TOTAL VALOR PRO.

MES TOTAL

FACTURA

enero

febrero

marzo

abril 72576 15.189.014 209,28 15.238.460

mayo

junio 90875 22.307.650 245,48 21.941.250

julio 94431 23.007.672 243,65 22.877.800

agosto 105026 25.584.612 243,60 25.857.990

septiembre 103004 31.374.786 304,60 28.034.980

octubre 108161 33.581.909 310,48 29.565.230

noviembre

diciembre 70859 23.301.751 328,85 20.133.050


MES TOTAL

FACTURA

enero 76233 20.752.812 272,23 19.504.210

febrero 95347 30.503.533 319,92 26.792.310

marzo 103039 32.241.037 312,90 29.191.080

abril 96743 29.516.981 305,11 26.641.390

mayo 97597 26.652.880 273,09 25.788.840

junio 99122 21.603.878 217,95 21.576.140

julio 98293 20.089.078 204,38 20.065.210

agosto 104631 21.071.700 201,39 21.108.470

septiembre 105195 25.207.903 239,63 24.953.720

octubre 106755 28.590.015 267,81 27.722.350

noviembre 101997 21.363.994 209,46 21.697.210

Diciembre 82136 15.306.280 186,35 92.695.100

KVW Consumido 1167088 292.900.091

Valor prom. Al año 97257 250,85


MES TOTAL

FACTURA

enero 85742 18.652.441 217,54 18.879.760

febrero 98167 23.115.871 235,47 23.212.710

Los registros de las mediciones en el edificio las realizan los comercializadores por GPRS y por esto no se tiene acceso a esos datos, además no es posible instalar medidores que permitieran tener una medida real de la energía consumida por el edificio. El comercializador actual de la energía del SD es la Empresa de Energía de Cundinamarca y el costo por KWH promedio para cada mes se muestra en la Tabla 6.1.2, el mes más costoso fue febrero, mientras que el más barato fue diciembre para el periodo 2010. En este periodo se presento un costo del KWH mensual promedio de $250.85.


Figura 6.1.1. Consumo energético del SD para el periodo 2010.

Para poder analizar la carga que representa cada uno de los equipos presentados en la Tabla 6.2.1 se realiza un estimativo del tiempo de funcionamiento de cada uno durante el mes para poder tener una aproximación más cercana de cómo es el consumo de cada uno de estos.

1. Ascensores: El SD tiene cuatro ascensores que están prendidos las 24 horas del día. Entonces se tienen cuatro motores de 20 HP que trabajan 720 horas al mes, para realizar el cálculo se asume que los motores trabajan el 60% de su capacidad. El resultado se muestra en la Tabla 6.1.3 donde el consumo mensual total para los ascensores es de 34.361,85 KWH/M.

Tabla 6.1.3. Consumo total mensual estimado de los ascensores.

Ascensores

Cantidad 4

Motores al 100% [Hp] 20

Motores al 100% [W] 14.914,00

Motores al 60% [W] 8.948,40

Consumo por hora [kWH] 35,79

Consumo Total [KWH/M] 25.771,39

2. Hidro bombas: para las hidro bombas se tiene una bomba contra incendios con un

motor de 50 HP, para el cálculo se asume que esta trabaja las 24 horas del día a una capacidad del 20% de su capacidad nominal. Para las dos bombas con motores de 15 HP que trabajan alternamente dependiendo del uso en los pisos superiores


se asume que trabajan las 720 horas del mes a una capacidad del 30% cada una (por lo que su uso es alterno).

Tabla 6.1.4. Consumo total mensual estimado de las hidro bombas.

Hidro bombas

Motor contra incendios 100% [Hp] 50

Motor contra incendios 10% [W] 3.728,50

2 Motores pisos superiores 100% [HP] 15

2 Motores pisos superiores 30% [W] 3.355,65

Consumo por hora bomba contra incendios [KWH] 3,73

Consumo por hora bombas pisos superirores [KWH] 6,71

Consumo Total [KWH/M] 7.516,65

3. UPS: las UPS son tres y sus capacidades son 20 KVA, 40 KVA Y 50 KVA, todas con un

factor de potencia de 0,9. Están prendidas las 24 horas y la carga que tienen son los equipos de cómputo del edificio. Para los cálculos se asume que trabajan al 50% de su capacidad nominal.

Tabla 6.1.5. Consumo total mensual estimado de las UPS.

UPS KVA cos θ Potencia al 100%[KW]

Potencia al 50% [kWH]

Consumo por mes [KWH/M]

1 20,00 0,99 19,80 9,90 7.128,00

2 40,00 0,99 39,60 19,80 14.256,00

3 50,00 0,99 49,50 24,75 17.820,00

Consumo total UPS 39.204,00

4. Sistema de iluminación: para el sistema de iluminación se sabe que el sistema de iluminación de los parqueaderos (del sótano 1 al piso 6) trabajan alternamente para aumentar el ciclo de vida de las lámparas, las lámparas son luminarias T5 de 2X54 W y fluorescente compactos de 2X32 W y 2X42 W. El sistema de iluminación está controlado por horarios con automatización centralizada METASYS. Además cuenta son sensores de movimiento en las oficinas, salones, baños y salas de reuniones. Por esta razón es más difícil calcular la carga que representa la iluminación.

Utilizando los planos de la planta física de los pisos del SD, donde se podía ver el sistema de iluminación y de tomas eléctricas de cada uno de los pisos, se calculó la cantidad de lámparas y su tipo para cada uno de los pisos. Posteriormente se establecieron dos tipos de horarios para el tiempo de funcionamiento de la iluminación. El primero corresponde al parqueadero (del sótano 1 al piso 6°) y el segundo a los pisos de salones y oficinas (del piso 7° al 10°).


Para los parqueaderos se estableció que de lunes a viernes el sistema de iluminación funciona durante 12 horas (de 5:00 am a 5:00 pm) a la mitad de su capacidad y durante 5 horas (de 5:00 pm a 10:00 pm) funciona todo el sistema de iluminación. Los sábados durante 12 horas (de 6:00 am a 6:00 pm) funciona la mitad del sistema. Para los demás pisos de toma que de lunes a viernes de 6:00 am a 10:00 pm (12 horas) todo el sistema esta a pleno funcionamiento y el sábado de 6:00 am a 6:00 pm (12 horas) también funciona todo el sistema. Se desprecia la carga del sistema de iluminación de seguridad que está activo las 24 horas porque representa una carga no significativa. Teniendo en cuenta estas consideraciones se tiene que la carga estimada para la iluminación es la que se presenta en la Tabla 6.1.6.

Tabla 6.1.6. Consumo total mensual estimado del sistema de iluminación.

Sistema de iluminación

Parqueaderos (sótano 1 al piso 6) 8.069,43

Salones y oficinas (piso 7 al piso 10) 18.820,10

Consumo total [KWH/M] 26.889,53

5. Aire acondicionado: en cuanto al aire acondicionado este es de doce condensadoras y 45 caseteras. Cada condensadora es de 9600 BTU y este sistema se prende solo cuando se requiere, es decir, depende de la ocupación del edificio.

Tabla 6.1.7. Consumo total mensual estimado del aire acondicionado.

Aire acondicionado

Cantidad 12

Condensadoras al 100% [BTU] 9.600,00

Condensadoras al 100% [kWH] 2,81

Condensadoras al 20% [KWH] 0,56

Consumo total [KWH/M] 4.858,44

6. Cargas menores: las cargas menores incluyen computadores, teléfonos, impresoras escaner, fotocopiadoras y demás elementos de las oficinas y salones. Para realizar el estimativo de las cargas menores del edificio se realizo una inspección piso por piso y se determino la cantidad estimada de cada uno de estos equipos, se investigo el consumo en [WH] de cada uno de los equipos y se obtuvo el estimativo de carga de la Tabla 6.1.8.


Tabla 6.1.8. Consumo total mensual estimado de las cargas menores.

Equipo Cantidad Consumo c/u [WH] Horas de uso al mes Consumo total [KWH/M]

PC 100 104 360 3.744,00

TV 20 45 200 180,00

Teléfonos 100 10 360 360,00

Cafeteras 10 850 60 510,00

4.794,00

Sumando los estimativos para cada uno de los equipos realizada anteriormente se calcula el consumo mensual total estimado, el cual se muestra en la Tabla 6.1.9. El valor obtenido es consecuente con lo que se esperaba, puesto que, el consumo promedio para el periodo 2010 es de 97.257 KWH/M como se muestra en la Tabla 6.1.2, y el obtenido por el estimativo de carga es de 109.034,01 KWH/M.

Tabla 6.1.9. Consumo total mensual estimado del edificio.

Equipo Consumo [KWH/M]

Ascensores 25.771,39

Hidro bombas 7.516,65

UPS 39.204,00

Sistema de iluminación 26.889,53

Aire acondicionado 4.858,44

Cargas menores 4.794,00

Consumo total mensual 109.034,01

Junto con la información del SD se proporcionó información sobre el consumo del Centro de Prácticas de la Universidad, sin embargo, el consumo energético de ambos edificios es diferente y no representa un criterio de comparación para el caso de estudio.

6.2 Análisis de ECOs para mejorar la EE Con la información recopilada del edificio se procede a realizar el análisis de los ECOs (Energy Conservation Opportunities) que se puede implementar para mejorar el Eficiencia Energética (EE). Para realizar este análisis se parte de la misma división de la sección anterior para determinar las cargas por sistema. Los sistemas a analizar son: ascensores, hidro bombas, UPS, sistema de iluminación, aire acondicionado y cargas menores. El edificio SD de la Universidad lleva aproximadamente 3 años y medio de funcionamiento y se construyó con buena tecnología, aunque, no pensando en normatividades de construcción amigables ambientalmente. Los equipos eléctricos que lo componen son de última tecnología, y por esta razón, para este estudio solo se miran los ECOs para el sistema de iluminación y las posibilidades de incorporación de algún tipo de energía renovables. Cabe aclarar que la


metodología diseñada en la sección 5 de este documento presenta una gran cantidad de ECOs que se pueden aplicar a edificaciones existentes y en funcionamiento en los 10 ámbitos mencionados ahí, pero idealmente deben ser edificios con más años de funcionamiento.

1. Oportunidades de ahorro en el sistema de iluminación y equipos eléctricos:

La iluminación puede representar más del 35% del consumo de energía en los edificios en funcionamiento. El control de iluminación es una de las maneras más fáciles para ahorrar costos de energía y una de las aplicaciones más comunes [9]. La iluminación es un consumidor voraz de energía eléctrica, por lo que un objetivo primordial de todo el diseño debe ser reducir la dependencia de la luz artificial y para maximizar el uso de luz natural. Estos esfuerzos deben convertirse en una estrategia integrada, es decir, la combinación de luz natural e iluminación para proporcionar alimentación de alta calidad, iluminación de bajo consumo para los espacios del edificio. El SD ya cuenta con sistema de control de iluminación que se adapta según la iluminación del día. Actualmente se manejan dos tipos de iluminación para edificios: la iluminación fluorescente y la iluminación de fibra óptica. Otro tipo de iluminación que está entrando en el contexto de la iluminación en edificaciones es la de tecnología LED, sin embargo, su aplicación masivamente como tecnología de iluminación de un edificio está en evaluación por su alto costo, en este momento se utiliza con fines decorativos [18]. A continuación se describen los tres sistemas de iluminación mencionados:

Iluminación por fibra óptica Los sistemas de iluminación por fibra óptica tienen tres componentes [19]:

1) El iluminador: El iluminador se conecta a una toma convencional de 110 volts a 60hz y el consumo puede ser de 75, 100, 150, 200, 250 W empleando lámparas de halógeno o haluro metálico. El iluminador también puede emplear una lámpara de 12 o 24 V LED, dependiendo de la potencia de la lámpara y emisión de luz deseada. Los iluminadores tradicionales incorporan un ventilador para refrigerar continuamente y así poder funcionar las 24 horas del día sin ningún inconveniente. El iluminador es la fuente que inyecta la luz al cable de Fibra Óptica. Dentro del iluminador se puede instalar una rueda de colores o adaptarlo para conexión DMX permitiendo el cambio y/o programación de diferentes colores de iluminación a las Fibras Ópticas conectadas al iluminador.

2) El cable de Fibra Óptica: La emisión de luz que entregan los cables de fibra óptica puede ser lateral (generando una línea continua de luz al estilo de un cable de neón) o puntual (spot o end lit) permitiendo variar el haz de luz entregado dependiendo del foco (terminal) que sea instalado.

3) El foco (terminal): Pueden haber distintos tipos de focos (terminales) que se conectan al cable de fibra óptica. En el caso del cable de iluminación lateral


pueden instalarse guías de montaje permitiendo generar líneas curvas o rectas dado que el cable de fibra óptica es flexible. En el caso del cable de iluminación puntual la diversidad de focos (terminales) es mayor, dependiendo de las aplicaciones. Por ejemplo puede conectar lentes subacuaticos para iluminación de piletas de natación o focos (terminales) en una gran variedad de diseños similares en apariencia y funcionalidad a la disponibilidad que se encuentra en el mercado en lámparas equivalentes halógenas, incandescentes y fluorescentes. La disponibilidad es muy variada y limitada solo por su imaginación dado de que puede también crear y adaptar sus propias terminales sin riesgo alguno dado de que no existe riesgo eléctrico en la terminal de iluminación.

La primera característica del sistema de iluminación por fibra óptica es la ausencia de electricidad, calor o gases, como también de rayos ultravioletas e infrarrojos ya sea en el spot terminal de luz o en la línea de luz. Esto se debe a que el cable de fibra óptica se conecta delante de la lámpara del iluminador por lo cual no hay contacto físico ni eléctrico con la lámpara, de tal manera que el cable de fibra óptica toma la luz y la conduce hasta el lugar deseado sin transportar calor, electricidad ni gases [19]. La fibra óptica permite el cambio de color de la iluminación ya sea en forma de color fijo, cambio automático o programado permitiendo la adaptación de los iluminadores a controladores DMX para crear efectos únicos imposibles de realizar con un sistema de iluminación convencional. Dado que el cable de fibra óptica es manufacturado en polímeros especiales de alta resistencia encapsulado en una chaqueta protectora a prueba de los elementos su durabilidad es para todo los fines prácticamente eterna y libre de mantenimiento. La iluminación por fibra óptica es libre de corriente, no conduce rayos ultravioleta ni infrarrojos resultando en la iluminación más sana para el cuerpo humano y el medio ambiente disponible. Se puede instalar tanto en interiores como en la intemperie. Es completamente segura y de fácil instalación [19]. En la Tabla 6.2.1 se presentan las ventajas comparativas respecto a las distintas aplicaciones que puede tener la fibra óptica.

Tabla 6.2.1. Cuadro de las ventajas comparativas respecto a distintas aplicaciones [19].

Jardinería y Paisajismo Iluminación de 12 volts Iluminación por FIBRA ÓPTICA

Baja tensión (12 V) los sistemas dicen ser seguros

Utilizan menos electricidad que los sistemas de 110 V

Fácil instalación pero requiere periódicos cambio de lámparas

Las terminales de iluminación son más pequeñas que las de 110 V

No se puede cambiar el color de la iluminación

Los artefactos deben estar accesibles para realizar el recambio de la lámpara

Ausencia total de tensión en las terminales de iluminación. Seguridad total

Energéticamente es más eficiente consumiendo menos electricidad que los sistemas de 12 V

Fácil instalación. Elimina el cambio de lámparas en las terminales de iluminación

Los terminales de iluminación pueden ser miniaturizados al tamaño de la fibra

Permite el cambio de color de la iluminación

Los artefactos pueden estar en lugares inaccesibles ya que no requiere recambio


Iluminación de interiores

Iluminación Convencional Iluminación por FIBRA ÓPTICA Una lámpara por artefacto

No es posible el cambio de color

Emana calor provocando molestias

Mantenimiento periódico

Existe riesgo eléctrico

Muchos artefactos por lámpara

Posibilidad de cambio de colores

Ausencia de calor y rayos U.V. e I.R.

Virtualmente sin mantenimiento

Ausencia de riesgo eléctrico

Iluminación con líneas de luz

Iluminación con Neón Iluminación por FIBRA ÓPTICA Es frágil

Existe riesgo eléctrico

Un solo color por cable

Una vez dada la forma no se puede cambiarla (inflexible)

Altos costos de mantenimiento

No se puede instalar dentro del agua o alrededor del agua

Tramos cortos (hasta 4 metros)

Requiere instalación eléctrica complicada con transformadores

Virtualmente irrompible

Ausencia de riesgo eléctrico

Posibilidad de cambio de color del cable

Posibilidad de cambiar la forma cuantas veces uno quiera (totalmente flexible)

Costos de mantenimiento prácticamente inexistente

Permite instalarlo dentro y alrededor del agua

Tramos de hasta 30 metros continuos

No requiere instalación eléctrica. solo una toma de 110 V común y corriente

En promedio el neón tiene un costo mensual energético 3 veces mayor que el de la fibra óptica. El sistema EFO (Efficient Fiber Optics) permite reemplazar 8 lámparas halógenas de 50 W, representando 400 W de consumo, por un iluminador que consume 68 W y que emplea ocho accesorios de iluminación de fibra óptica, entregando una iluminación equivalente a las 8 lámparas halógenas ahorrando un 80% en el costo de consumo de energía eléctrica [18]. Ahora se aborda un poco el tema de la iluminación con tecnología LED. Los LED son dispositivos semiconductores de estado sólido lo cual los hace robustos, fiables, de larga duración y a prueba de vibraciones, que pueden convertir la energía eléctrica directamente en luz. El interior de un LED es un pequeño semiconductor encapsulado en un recinto de resina de epoxi [18]. En contra de otros sistemas, los LED no tienen filamentos u otras partes mecánicas sujetas a rotura ni a fallos por "fundido", no existe un punto en que cesen de funcionar, sino que su degradación es gradual a lo largo de su vida. Se considera que a aproximadamente a las 50.000 horas, es cuando su flujo decae por debajo del 70% de la inicial, eso significa aproximadamente 6 años en una aplicación de 24 horas diarias 365 días/año. Esto permite una reducción enorme de costes de mantenimiento ya que no se necesita reemplazarlas, por lo que el costo de Iluminación es mucho menor. Asimismo, por su naturaleza el encendido se produce instantáneamente al 100% de su intensidad sin parpadeos ni periodos de arranque, e independientemente de la temperatura. A diferencia de otros sistemas no se degrada por el número de encendidos. El control de los LED es otro de los factores importantes. Dada su naturaleza son fácilmente controlables,


pudiendo producir efectos y permitiendo controles de energía que con otros dispositivos son más difíciles y caros de obtener. Por otra parte los dispositivos LED son ecológicos ya que no contienen mercurio, tienen una duración mayor, ahorran gran cantidad de energía, un punto significativo a tener en cuenta en las instalaciones y especialmente en las de tipo público, y no producen casi contaminación lumínica, otro aspecto importante es su versatilidad en aplicaciones públicas y especialmente de tráfico [18]. El primer espectro visible práctico LED fue desarrollado en 1962, el desarrollo de los LED ha alcanzado un nivel tan alto, que ha sido escogido como la mejor alternativa al bulbo incandescente, a la luz de neón y al fluorescente en muchas áreas. Se predice que con el ya remoto desarrollo de LED las fuentes de iluminación mencionadas o convencionales actuales cederán el paso a los LED en el futuro próximo. Ventajas de la tecnología LED [18]

Los rasgos inherentes de los LED lo definen para ser la mejor alternativa a fuentes de iluminación convencionales, y proporcionar una más amplia gama de uso.

Un LED puede ser sumamente pequeño y proporcionar un haz de luz de altas prestaciones lumínicas.

Los LED tienen un consumo de electricidad muy bajo. Generalmente, un LED está diseñado para funcionar en la corriente 2-3.6 V, 0.02-0.03 A, esto significa que no necesita más de 0.1 W para funcionar.

Con funcionamiento a una tensión nominal, la corriente y el ambiente adecuados los LED disfrutan de una larga vida aproximadamente 100,000 horas.

Los LED puede convertir casi toda la energía usada en luz, y por lo tanto el rendimiento de los mimos se traduce en una muy alta eficacia luminosa y baja emisión de calor. Uno de los mejores LED en el mercado actual emite 321m/W, que es casi dos veces tan eficiente como una bombilla de filamento de tungsteno equivalente.

Los LED están fabricados con materiales no tóxicos a diferencia de las lámparas fluorescentes con el mercurio que contienen y que plantean un peligro de contaminación. Los LED pueden ser totalmente reciclados.

El dispositivo electroluminiscente de los LED está completamente encajado en un recinto de resina epoxi, lo hace mucho más robusto que la lámpara de filamentos convencional y el tubo fluorescente; no hay ninguna parte móvil dentro del recinto de epoxi sólido, es más resistente a vibraciones o impactos. Esto hace que los LED sean altamente resistentes.

Las características propias de los LED mencionadas con anterioridad determinan su conveniencia ideal en una amplia gama de uso.

Debido a la variedad rica en colores, el pequeño tamaño, la durabilidad, los ahorros de energía, los led son la fuente de iluminación perfecta para el uso decorativo. Bien posicionados, sobre PCB, cable flexible, u otros materiales deseados; los LED pueden ser usados para iluminación arquitectural, perimetral, señalización, balizas, cartelería, etc,..


No es necesario usar sustancias químicas para la limpieza y mantenimiento de los led, el uso inapropiado de las mismas podría dañar el LED. Cuando la limpieza sea necesaria, simplemente aplicar alcohol, el tiempo de limpieza debería ser menos de 30 segundos en ambientes normales de temperatura.

El uso de la tecnología LED actualmente se ve bastante limitado ya que continua en un proceso de desarrollo. En [20] se muestra un estudio realizado por la Universidad de Manchester donde se busca desarrollar módulos de iluminación LED potentes y de bajo costo que puedan ser usados en grandes recintos y en vías públicas. Los sistemas de iluminación por LEDs tienen el potencial de reducir el consumo de energía entre un 25 y un 50 %, dependiendo de la aplicación [20]. La tecnología de los LEDs conquistó el sector de los displays de aparatos electrónicos a partir de los años setenta, pero ahora estamos al inicio de una nueva revolución, con cada vez más LEDs siendo usados en semáforos y en luces de automóviles. Sin embargo, a nivel de edificaciones sigue teniendo solo fines decorativos. El control de iluminación con el que cuenta el SD cumple con las siguientes características, las cuales son las mismas que se recomiendan en [13]:

Detecta movimiento y las luces de activar o desactivar en respuesta a la presencia o ausencia de los ocupantes.

Compensa los niveles de luz artificial con los de luz natural para no alumbrar más de lo necesario.

Para el sistema de iluminación del SD se propone un cambio a un sistema de iluminación de fibra óptica, puesto que mundialmente, se está internacionalizando su uso, además se está volviendo obligatorio en algunos países europeos para nuevas construcciones [18]. Sin embargo, esta alternativa debe ser contemplada en el mediano plazo porque es un edificio muy nuevo para una reforma tan significativa. El SD es un edificio muy nuevo con el que se adquirió tecnología de muy buena calidad para su funcionamiento. Los motores eléctricos son componentes importantes de los edificios modernos, como unidad de ventiladores, bombas, ascensores, y un sin número de otros dispositivos. Los motores suelen consumir 4 a 10 veces su costo de adquisición de energía cada año, los modelos para la eficiencia energética a menudo pueden solucionar un poco este inconveniente. Por ejemplo, una corriente de 20 HP, de funcionamiento continuo del motor utiliza casi $ 8.000 dólares en electricidad al año a los 6 centavos de dólar por kWh, aproximadamente nueve veces su precio de compra inicial [22]. Mejorar la eficiencia de los motores eléctricos y el equipo de la unidad puede ahorrar energía y reducir los costos operativos. En la compra de motores eléctricos eficientes en energía, hay tres factores a tener en cuenta:


No todos los motores de alta eficiencia son las mismas. La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) requiere que el método del promedio nominal de prueba de eficiencia se muestra en la placa. Internacional Electric Wire y Cable, Inc. (IEWC) método de ensayo 34-2 y japonés Comisión Electrotécnica (JEC), método de prueba número 37 en la eficiencia de un poco más alto que el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 112 método. Actuales códigos NEMA exigir que la placa del motor llevar a la eficiencia y los estándares de prueba.

Los motores funcionan mejor a plena carga. Un motor trabajando a baja carga es menos eficiente que un motor a plena carga.

Los motores de bajo consumo son más atractivas económicamente cuando los costos de energía y/u horas de funcionamiento al año son altas.

En cuanto a la corrección del factor de potencia y el filtrado de armónicos se puede hacer uso de alternativas como las propuestas por Schneider (ver Anexo 4). Se pueden intentar utilizar las soluciones de Schneider como VarPlus2, Varlogic Varpact, Rectimat2, y para soluciones en el filtrado Varset, Onda de UPS, Accusine. Aunque por los consumos reportados del SD no se justifica realizar correcciones del factor de potencia.

2. Uso de energías renovables

En cuanto a las energías renovables se contemplaron el posible uso de dos posibilidades para el SD: energía de biomasa y energía solar fotovoltaica.

OPCIÓN 1: Energía de biomasa El potencial de la extracción de la bioenergía a partir de biomasa es enorme. Con los avances en la aplicación de esta tecnología es posible convertir la biomasa en su estado natural en las diversas formas de energía como la electricidad, combustibles líquidos o gaseosos, o transformar combustibles sólidos que podrían dar lugar a importantes beneficios sociales y económicos para el mundo [14]. La tecnología de biomasa esta en un crecimiento muy rápido, sin embargo, en los países donde se desarrolla hasta el momento no ha podido llegar a un nivel muy competente. De las tecnologías disponibles en biomasa se pensó en generadores de microturbina para el SD. El principio de funcionamiento de una microturbina es la utilización de unas presiones de combustión internas muy altas generadas en una cámara que da potencia rotacional al eje. Este toque es transferido al generador de la microturbina por medio del cual se genera la corriente alterna. Los tamaños de generación de las microturbinas van desde 25 W a 1,0 kW y están diseñados de forma autónoma las unidades modulares de generación de energía que son capaces de tener una operación sincronizada o combinada que puede generar la salida deseada de energía eléctrica. Las microturbinas, en general, sirven para suplir demandas de máxima urgencia, o de energía de reserva, lo que añade la capacidad y reduce el cuello


de botella para el pico de consumo de la red. Las unidades ofrecen ahorros reflejados en los costos de energía, mientras da un suministro de energía limpia y confiable a las necesidades de mantenimiento. Las microturbinas son muy compactos y se almacenan fácilmente en compartimentos, con capacidad de generación de energía de 30 a 60 kW de electricidad, suficiente para las industrias de bajo consumo de potencia [14]. Sin embargo, la demanda del SD es bastante grande (ver Tabla 6.1.2) como para poder suplir toda su carga o una parte de esta con este tipo de tecnología, por esta razón se pasa a explorar la posibilidad de la energía eólica.

OPCIÓN 2: Energía solar fotovoltaica Por el avance tecnológico que se tiene hasta el momento y por la ubicación del SD se opta por diseñar un sistema paneles fotovoltaicos que se interconectan al sistema para suplir las necesidades del edificio. Esta opción se considera más viable tecnológicamente que la anterior y por esto se realiza su dimensionamiento completo Para realizar el dimensionamiento del sistema fotovoltaico conectado a la red para el SD se siguió el planteamiento de [28]. El objetivo principal en el diseño de sistemas fotovoltaicos conectados a la red es maximizar la generación de energía basados en las necesidades de energía locales, las condiciones climáticas, el impacto económico y social. En una instalación fotovoltaica conectada a la red (GCPVS – Grid-Connected Photovoltaic System) se pueden distinguir los siguientes seis bloques funcionales [21]:

1) Generadores de corriente continua, es decir paneles fotovoltaicos, y su estructura de soporte.

2) Inversores, los cuales son la interfaz entre la variable del generador de corriente continua y la red eléctrica.

3) Punto de Acoplamiento Común (PCC), es un punto de medición donde la red de suministro eléctrico y el consumidor puede acceder y se encuentran circuitos de protección para garantizar la seguridad GCPVS.

4) Contador de energía eléctrica Bi-direccional, es un contador con la capacidad de medir la cantidad de energía entregada por el generador fotovoltaico a la red o recibido de esta y registrarlos de forma separada.

5) Carga de la estación de GCPVS, está compuesto por todas las aplicaciones que necesitan energía para realizar tareas específicas en la estación.

6) Red eléctrica.

Para el diseño de GCPVS se debe tener en cuenta su funcionalidad arquitectónica. Unas de las ventajas eléctricas que representan un GCPVS son: reducir la saturación en las líneas de distribución, y la reducción de la carga vista desde el transformador de distribución que alimentan la red eléctrica pequeña y evitar la saturación de los transformadores de distribución [21]. Por otra parte, la generación de energía durante las horas pico suaviza la caída de tensión que se produce en los extremos de las líneas de energía de la red de


distribución durante las horas pico de consumo. Esta coincidencia con la demanda pico de electricidad durante el día ayuda a aplanar la curva de demanda. El diseño del sistema fotovoltaico para el SD se muestra en el Anexo 5, y los resultados para el inversor y los módulos fotovoltaicos se presentan en la Tabla 6.2.2. La Figura 6.2.1 muestra la configuración seguida para el diseño de este sistema.

Tabla 6.2.1. Resultados del diseño del sistema fotovoltaico del SD.

INVERSOR

Potencia de entrada máxima DC 240 kWp

Potencia de salida máxima AC 200 kWp

Cantidad requerida 2

MÓDULO PV

Voltaje Voc 58.46 V

Potencia máxima a STC 300 W

Cantidad requerida 1640

Dimensiones 1956 x 1322 mm

Figura 6.2.1. Configuración seleccionada para el sistema fotovoltaico [21].

Del diseño presentado en el Anexo 5 se tiene que se requiere de un área de 4344,2 m2 para poder instalar un sistema fotovoltaico que supla el 40% del consumo energético del SD con la topología y los componentes seleccionados.

6.3 Calculo de la rentabilidad/viabilidad de los ECOs Los ECOs para el edificio SD planteados en el numeral 6.2 presentan los siguientes cálculos de rentabilidad.


1. Sistema de iluminación: como se menciono anteriormente, hacer un cambio de

iluminación en el edificio por iluminación de fibra óptica sería muy costoso y no vale la pena en este momento teniendo en cuenta el tiempo de funcionamiento del edificio.

2. Energías renovables: Sistema de generación fotovoltaica para el 40% de la demanda.

El precio del sistema fotovoltaico se da en los aspectos de: dispositivos, instalación eléctrica y protecciones, obra civil, ingeniería y otros. Todos estos aspectos se relaciones en la Tabla 6.3.1.

Tabla 6.3.1. Presupuesto para el sistema fotovoltaico del SD [29]. Dispositivos

Equipo Cantidad Valor unidad [US] Montaje* Valor total [US]

Inverso central 2 31.692,00 6.338,40 69.722,40

Módulos fotovoltaicos 1.680 1.349,00 226.632,00 2.492.952,00

Contadores bi-direccionales 2 230,88 115,44 577,2

SUBTOTAL 2.563.251,60

(a) Dispositivos * El costo del montaje es el 10% del valor total

Instalación eléctrica

Equipo Cantidad Valor unidad [US] Valor total [US]

Protecciones CC

Caja conex. (16 entradas) 175,00 2.705,63 473.484,38



Protecciones AC

CGP (250A) 5,00 86,58 432,90

DDR’s 3P+N (250A) 300mA 5,00 620,49 3.102,45

PIA 3P+N (250A) 5,00 432,90 2.164,50

IGM (250A) 5,00 432,90 2.164,50

Bandejas* 394.324,28

Cable para CC y AC* 470.000,00

SUBTOTAL 872.188,63

(b) Instalación eléctrica * Para cableado y las bandejas del sistema fotovoltaico se estiman US 470.000 para todo el clave

correspondiente a CC y CA [29].

Obras civiles

Equipo Cantidad Valor unidad [US] Montaje Valor total [US]

Soporte 175,00 259,74 4.545,45 49.999,95

Cimentación 350,00 77,92 2.727,27 29.999,97

Caseta inversores 1,00 3.019,00 301,90 3.320,90

Tratado del terreno 1,00 90.250,00 - 90.250,00

SUBTOTAL 173.570,82

(c) Obra civil


Ingeniería

Proyecto y direccion de obra 126.048,94

(d) Ingeniería

Otros

Costos indirectos 123.424,12

(e) Otros

El costo total de sistema fotovoltaico para suplir el 40% de la demanda del edificio SD de la Universidad de los Andes es de 3.858.484,11 US. En [14] se encuentra un ejemplo de cómo se hace el análisis económico de un proyecto con características similares a este, y se obtiene un valor cercano al calculado anteriormente. A pesar de que la inversión inicial de un sistema de cogeneración de energía solar es alta, las ventajas a largo plazo, económicos y ecológicos son tan importantes que su uso masivo debe tener una consideración especial. Un sistema de cogeneración de energía solar, si se aplica según las recomendaciones y procedimientos expuestos, proporcionará un ahorro de energía en cuanta a los gastos durante la vida útil de las instalaciones y proporcionar una protección contra la inevitable escalada de los costos de energía. Del análisis realizado anteriormente se puede concluir que:

No se justifica como una medida de corto plazo el cambio del sistema de iluminación del edificio por un sistema de fibra óptica.

La incorporación de un sistema de energía renovable, en este caso la solar, puede que no de tantos beneficios en términos económicos, puesto que, el tiempo en el que se recupera la inversión es largo y al no ser un sistema diseñado para poner suplir ni el 40% de la carga del edificio el ahorro no va a ser significativo para recurar la inversión rápidamente.

El dimensionamiento del sistema fotovoltaico mostró que para suplir el 40% de la demanda del edificio no tiene la suficiente área disponible en el techo y por esta razón, un sistema de este tipo diseñado con la tecnología actual, debe ser diseñado para suplir una porción más pequeña de la demanda y tener a su cargo elementos no críticos de la operación del edifico.

7 VALIDACIÓN DEL TRABAJO

7.1 Metodología de prueba La validación completa de una metodología como la realizada en este proyecto es algo que puede tomar años hasta llegar a una versión completamente optimizada. Por consiguiente para realizar la validación de resultados en este momento se compararon casos de metodologías de eficiencia energética en edificios para diferentes países


siguiendo las referencias [30], [31], [32] y [33]. Con base en estas experiencias en otros países se toma una comparación para validar la metodología planteada.

7.2 Validación de los resultados del trabajo En Singapur desde el 2008 está el código de sostenibilidad ambiental de edificios, el cual, no incluye sólo la eficiencia energética, también la sostenibilidad. Para esto se tiene en cuenta aspectos como la envolvente del edificio, la calidad del aire interior, iluminación, ventilación, HVAC, uso eficiente del agua y otras medidas de calidad ambiental como materiales respetuosos del medio ambiente y las prácticas de construcción. Además, se dan puntos adicionales para el uso de recursos renovables [31]. En [33] se encuentra la forma como se espera realizar un tipo de certificación energética para edificaciones más uniforme para toda la unión europea. El primer problema al que se enfrentan es la implantación de una metodología comparativa para el cálculo de los niveles de costo óptimo para los requisitos mínimos de eficiencia energética en Europa y para esto plantean los siguientes pasos:

1. Seleccionar los edificios de referencia y sistemas. 2. Establecer medidas de eficiencia energética. 3. Calcular la demanda de energía primaria y final. 4. Calcular los costos del ciclo de vida utilizando precios actuales. 5. Informe a la Comisión de cálculos y datos de entrada utilizados. 6. Comparación de los resultados con las normativas actuales y, si fuera necesario,

realizar los ajuste necesarios. Después de esto vienen las acciones para promover e intercambiar las mejores prácticas de eficiencia energética entre Europa y los estados miembros. Los principales retos a los que se deben enfrentar para la implementación de políticas de este tipo son:

No existen valores comunes para los certificados de eficiencia energética entre distintos Estados miembro, por tanto hay que prestar mucha atención a la información que proporcionan.

No existe una base de datos centralizada de los certificados

No existe una formación común para expertos certificadores

Deben estar visibles los certificados energéticos en los edificios públicos

Los ciudadanos deben convencerse de la inversión. Por ejemplo, para el caso Alemán se exige que cuando se vende un edificio existente se debe realizar una auditoría energética cambiando todas las recomendaciones y medidas que se encuentren o el primer propietario se encargara de financiar de por vida el consumo del edifico [30].


Por otra parte el Ministerio de Energía del Gobierno de la India creó el esquema de clasificación para edificios (BPO) [32]. Los edificios comerciales en la India representan cerca del 8% de la electricidad total suministrada por las empresas. El uso de electricidad en los sectores ha crecido en alrededor de 11-12% al año. El consumo de energía de construcción ha registrado un aumento del 14% en el 1970 a casi 33% en 2004-05. La electricidad es destinada principalmente a la iluminación, el acondicionamiento del espacio (calefacción, ventilación y aire acondicionado), aparatos y equipos (incluidos los equipos informáticos) y calentar el agua. El esquema de la metodología de clasificación incluye, recopilación de datos de auditorías energéticas para poder caracterizar completamente el consumo de cada edificio. La metodología fue diseñada para ser implementada en cuatro zonas climáticas diferentes. Los componentes de los edificios que son tenidos en cuenta en esta metodología son la envolvente del edificio (paredes, techos y ventanas), el sistema de iluminación (interior y exterior), HVAC, sistema de bombeo de agua y calentamiento de agua y sistemas eléctricos (factor de potencia y transformadores) [32]. Para la definición de esta metodología en India se guiaron por el LEED y con base en este crearon el Green Rating for Integrated Habit Assessment (GRIHA), el cual es un sistema nacional que a junio del 2010 lleva dos edificios certificados y cuarenta en proceso de certificación. El departamento central de obras públicas de la India (CPWD) y la rama de construcción de Gobierno de la India ha adoptado el GRIHA como su estándar de edificios verdes. De las metodologías mencionadas anteriormente se puede ver que la metodología acá implementada sigue el mismo lineamiento, aunque en este proyecto solo se trabajo pensando en los sistemas eléctricos de los edificios y en la incorporación de energías renovables, se puede observar que cumple con los requerimientos internacionales y que podría hacer que edificaciones certificadas en Colombia aspiren en algún momento a certificaciones internacionales. En general, lo que se pretende con la implementación de este tipo de metodologías es reducir el consumo energético y aprovechar los recursos naturales, de tal manera que se logre prolongar la vida útil del planeta y que se reviertan fenómenos ecológicos como el efecto invernadero, entre otros. Las opciones de ahorro energético más importantes son la mejora en el aislamiento térmico y el diseño de edificios, el uso de maquinaria y transmisión eléctricas altamente eficientes, el reemplazo de los sistemas térmicos eléctricos anticuados por la producción térmica renovable (como colectores solares) y una reducción del consumo energético de vehículos utilizados para el transporte de mercancías y de pasajeros [34]. Los países industrializados, que utilizan actualmente la energía de la manera más ineficiente, pueden reducir drásticamente su consumo sin necesidad de perder confort doméstico, información o las diferentes actividades de recreación. Como análisis de las metodologías mencionadas en comparación con la planteada en este proyecto, se tiene que las medidas para reducir los gases de efecto invernadero (GEI) de los edificios se dividen en tres categorías: reducción del consumo energético y la energía


incorporada en los edificios; el cambio a combustibles con bajo contenido de carbono, incluyendo una mayor proporción de las energías renovables; y el control de las emisiones de gases de efecto invernadero como el CO2. Uno de los principales análisis es que las reducciones sustanciales de las emisiones de CO2 derivadas del uso energético en los edificios puede lograrse en los próximos años con las implementación de tecnologías maduras para la eficiencia energética que ya existen ampliamente y que se han utilizado con éxito en otros países. Sin embargo, debido a la prolongada vida útil de los edificios y su equipamiento, así como los obstáculos en el mercado en muchos edificios no se aplican estas tecnologías básicas para la reducción al mínimo nivel de costo del ciclo de vida que garantizan. Mientras que el comportamiento de los ocupantes, la cultura, la elección de los consumidores y el uso de tecnologías son también los principales factores determinantes del consumo de energía en los edificios y desempeñan un papel fundamental en la determinación de las emisiones de, la reducción potencial a través de las opciones no-tecnológicas rara vez son evaluadas y la influencia potencial de las políticas sobre estos es poco conocida [34]. Uno de los problemas fundamentales en la puesta en marcha de metodologías de este tipo son las barreras de mercado que hay que superar, y la necesidad de un ritmo más acelerado para la implementación de políticas bien aplicadas y programas llevados a cabo para la eficiencia energética. Estas barreras incluyen los altos costos de la recopilación de información fiable sobre las medidas de eficiencia energética, la falta de incentivos adecuados, las limitaciones en el acceso a la financiación, las subvenciones a los precios de la energía, así como la fragmentación de la industria de la construcción y el proceso de diseño en muchas profesiones, oficios, fases de trabajo y las industrias. Estas barreras son especialmente fuertes y diversificadas en los sectores residencial y comercial, por lo tanto, su superación sólo es posible a través de una amplia gama de instrumentos de política. La eficiencia energética y la utilización de las energías renovables en los edificios ofrecen una amplia cartera de opciones donde las sinergias entre el desarrollo sostenible y la reducción de gases de efecto invernadero existen. Una variedad de las políticas gubernamentales han demostrado tener éxito en muchos países en la reducción de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía en los edificios, y aunque esta no es prioridad para el contexto colombiano, es importante tener claro las consecuencias negativas para el ambiente. Por esto toma una importancia relevante el diseño e implementación de metodologías como la expuesta en este proyecto. El mayor desafío es el desarrollo de estrategias eficaces para la adaptación de edificios existentes debido a su baja versatilidad. Puesto que la alfabetización del cambio climático, la conciencia de las opciones tecnológicas, culturales y de comportamiento son condiciones importantes para las políticas en pleno funcionamiento, la aplicación de estos enfoques de política tiene que ir de la mano con los programas que aumenten el acceso de los consumidores a la información y la sensibilización y el conocimiento mediante la educación.


En resumen, las inversiones en Eficiencia Energética de los edificios industriales y comerciales existentes, y las tecnologías de energía renovable pueden producir un amplio espectro de beneficios más allá del valor de la energía ahorrada y la reducción de emisiones de GEI. Varios estudios de mitigación del cambio climático [34] que se centran en el sector de la construcción sostienen que, si los beneficios de las diversas opciones de mitigación se incluyen en el análisis económico, su atractivo económico puede aumentar considerablemente.

8 DISCUSIÓN El proyecto de grado inició con una revisión bibliográfica amplia del consumo de energéticos nacional e internacional para poder contextualizar la problemática del proyecto. La revisión del marco teórico acá expuesta mostró la realidad internacional en torno a la temática de Green Building Systems y su crecimiento a nivel mundial en cuanto a la familiarización del tema e implementación de prácticas y metodologías en torno a la eficiencia energética y la incursión masiva de energías renovables. Con base en esta revisión bibliográfica se opto por seguir el modelo del LEED EB: O&M para el diseño de la metodología de eficiencia energética en edificios existentes para Colombia debido a la gran acogida mundial que ha tenido este sistema de clasificación de GBS y a que es un sistema que ya ha certificado algunas edificaciones colombianas en su modalidad LEED NC. Sin embargo, el LEED es varias de sus versiones, incluida la guía de este proyecto LEED EB: O&M, ha recibido varias críticas por su mal análisis de ciclo de vida. Por esta razón también se tomo como guía el IEEE Std 739 – 1995 Recommended Practice for Energy Management in Industrial and Commercial Facilities, todo esto sujeto a la normatividad colombiana vigente en este tema, y especialmente, intentando cumplir los lineamientos del PROURE. Una vez definidos los modelos, estándares y normatividades a seguir se diseño la metodología concentrada únicamente en el ámbito de mejorar la eficiencia del consumo de energéticos en los edificios existentes por medio de la incorporación de medidas de ahorro de energía en sus diferentes sistemas eléctricos y en la incorporación de energías renovables. Primero se planteo la metodología con los ítems primordiales que deben ser evaluados si se quiere clasificar algún tipo de edificación existente, posteriormente se dan a conocer los ECOs que permiten lograr las metas de eficiencia energética que se hayan estipulado. Comprobar la validación de la metodología es algo que puede tomar años, ya que, es necesaria la recopilación de información del funcionamiento del edificio en sus condiciones de operación normal y con base en esto establecer medidas para mejorar, o determinar si ya se encuentra en un punto óptimo. La metodología diseñada se caracteriza por presentar un sistema de implementación cíclico donde no se termina llegando al último ítem sino que se realiza nuevamente un proceso iterativo para ir buscando mejoras hasta llegar a su punto óptimo.


El principal problema enfrentado en el momento de aplicar la metodología diseñada al caso de estudio fue la falta de información suministrada. No fue posible tener acceso a la información sobre el manteniendo de los equipos o sus horas exactas de funcionamiento, y aunque se realizaron estimativos, es necesario tener datos reales. Además, el edificio sobre el cual se permitió hacer el estudio tiempo una antigüedad inferior a 4 años y esto ocasionó que la aplicación de la metodología no diera buenos resultados, puesto que, no son necesarias muchas mejoras, y más aún, si no se puede tener acceso a la información completa para realizar este estudio. Los resultados sobre el caso de estudio permitieron ver que la incorporación de tecnologías renovables en Colombia tiene grandes limitaciones, en especial por barreras tecnológicas. Aunque la tecnología de generación fotovoltaica está ampliamente desarrollada en el mundo y se tienen avances muy buenos, su implementación en un país como Colombia sigue siendo muy costosa. Esto ocurre con muchas otras tecnologías para generación de energía con fuentes renovables. Es necesario mayores incentivos para la generación de tecnologías y de formas de implantación que hagan el uso de energías renovables una realidad más viable para el desarrollo del país. Con el trabajo realizado se obtiene un acercamiento a lo que puede ser una metodología para definir la eficiencia energética en edificaciones existes para Colombia, es necesario continuar con un mejoramiento de la metodología el cual solo es posible con casos de estudio de larga duración y donde haya un compromiso con las propietarios del edificio y se permitan todas la facilidades para acceder a la información que es necesaria para poder hacer una implementación adecuada de la metodología. En torno a los objetivos propuestos en este proyecto se considera que fueron alcanzados en la medida en que se realizo una completa revisión bibliográfica del tema y se diseño la metodología a la cual se esperaba llegar. En cuanto al caso de estudio, aunque se realizó y se obtuvieron una serie de resultados, no se logro el alcance que se deseaba principalmente por limitaciones en el exceso a la información y en la dificulta de tomar medidas eléctricas reales del funcionamiento de edificio. Sin embargo, se pudo hacer una aproximación de lo que sería la implementación de la metodología en un edificio no residencial con fin educativo como lo es el SD de la Universidad de los Andes. El trabajo futuro se puede concentrar en cuatro áreas principales. La primera es el fortalecimiento de los marcos de política nacionales. La segunda es ampliación de los servicios de energía a nivel rural. La tercera tiene que ver con la promoción del uso de tecnologías limpias y mecanismos de desarrollo limpio, en este aspecto se incluye soluciones provenientes de fuentes convencionales y no convencionales como, por ejemplo, el uso de energía proveniente de la biomasa, del sol, viento la cuales se consideran las más aptas para Colombia. La cuarta área de trabajo, se enfoca en ampliar el acceso a las fuentes financieras para temas de eficiencia energética.


9 CONCLUSIONES En este trabajo se presento una metodología para mejorar la eficiencia energética en edificios no residenciales para Colombia. Esta metodología ha sido comparada con metodologías internacionales pertenecientes a países como Alemania, Singapur, India, algunos países de la Unión Europea y Estados Unidos, del cual se tomo la metodología base para el planteamiento. Además la metodología fue aplicada en un caso de estudio con el edificio Julio Mario Santo Domingo de la Universidad de los Andes dando un primer acercamiento de las ventajas y desventajas que presenta la implementación de una metodología de este tipo en Colombia. Los resultados del caso de estudio pusieron en evidencia las limitaciones tecnológicas que se tiene en Colombia, por su alto costo para la implementación de energías renovables y cambio de equipos de tecnologías altamente eficientes. Además, las barreras institucionales con las que se cuenta actualmente dan muestra que falta una instauración de política más arraigada a las necesidad nacionales y que generen estímulos para que propietarios e inversionistas se vean atraídos hacia implementar mejoras que aparte de generar un beneficio económico para ellos reflejado en un ahorro energético generaren un beneficio a futuro para el planeta. La creciente preocupación internacional por el cambio climático y las consecuencias de su efecto en la vida del planeta ha hecho que se genere toda una serie de instituciones enfocadas a conservarlo, a lograr un desarrollo sostenible entre los humanos y el habitad, para que ambos puedan coexistir. Colombia no es ajena a esta preocupación y ya se está empezando a derrumbar algunas de las barreras existentes para poder hacer que la eficiencia energética en edificios existentes sea una realidad accesible para cualquiera, y en este contexto es necesario, basándose en la reglamentación vigente, establecer metodologías que permitan no solo certificar en eficiencia energética los edificios existentes, si no también, darles una competitividad internacional.

10 AGRADECIMIENTOS Por este trabajo agradezco principalmente a mi familia quienes me han apoyado durante todo este proceso de formación. A mi asesor PhD. Gustavo Andrés Ramos López por la constante orientación y consejos a lo largo del proyecto y a MSc. Elkin Eduardo Ramírez Prieto por su oportuna orientación. Finalmente quiero agradecer al Departamento de planta física de la Universidad de los Andes por la información suministrada.


11 REFERENCIAS

[1] Diario Oficial 44573. Ley 697 de 2001: Mediante la cual se fomenta el uso racional y eficiente de la energía, se promueve la utilización de energías alternativas y se dictan otras disposiciones. República de Colombia – Gobierno Nacional. Dada en Bogotá, D.C., a 3 de Octubre de 2001.

[2] Department of Energy (DOE). International Energy Outlook 2010, U.S. Energy Information Administration Office of Integrated Analysis and Forecasting. Washington DC, Julio 2010.

[3] International Energy Agency (IEA). Key World Energy Statistic 2010, Paris. [4] Beyond Petroleum (BP). Statistical Review of World Energy, Londres, Junio 2009. [5] Plan Energético Nacional 2006-2025 (PEN). Ministro de Minas y Energía. Unidad de

Planeación Minero Energética – UPME. Bogotá D. C., Abril 2007. [6] Greenpeace, European Renewable Energy Council (EREC). [r]evolución energética:

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[23] C. Binggeli, ASID. “Building Systems for Interior Designers” en Part V: Electrical and Lighting Systems, Segunda edición; Editorial John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey, 2010, pp. 239-326.

[24] IEEE, Practice for Utility Interface of Photovoltaic (PV) Systems, IEEE Std 929-2000. [25] Australia Committee EL42, A New Australian Standard For Small Grid-Connected

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[27] E. Contreras. “Confiabilidad de inversores integrados en sistemas fotovoltaicos conectados a red” Cenidet: Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Departamento de Ingeniería Electrónica. Cuernavaca, Morelos, México. Marzo 2008.

[28] C. Flores, “Parque fotovoltaico de 500 kW conectado a la red situado en El Prat” en Potencia de la instalación, Marzo 2011. [en línea] Disponible en: http:// upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/11378/3/C%C3%A0lculs.pdf. Recuperado el 31 de mayo de 2011.

[29] C. Flores, “Parque fotovoltaico de 500 kW conectado a la red situado en El Prat” en Presupuesto, Marzo 2011. [en línea] Disponible en: http://upcommons. upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/11378/3/P%R3%E0supuesto.pdf. Recuperado el 31 de Mayo de 2011.

[30] J. Cochran, S. Reategui, Building Efficiency, Part 2: In-depth Policy Review. Worldwide Energy Efficiency Action through Capacity Building and Training (WEACT). WEACT is a subtask of the International Partnership for Energy Efficiency Cooperation (IPEEC), Mexico, 29 September 2010.

[31] J. Cochran, S. Reategui, Building Efficiency, Part 3: Policy Design & Implementation. Worldwide Energy Efficiency Action through Capacity Building and Training (WEACT). WEACT is a subtask of the International Partnership for Energy Efficiency Cooperation (IPEEC), Mexico, 29 September 2010.


[32] Bureau of Energy Efficiency. Scheme for Star Rating for Buildings BPO, December 2009. Ministry of Power, Government of India.

[33] Seminario Internacional sobre la implementación de la nueva directiva de eficiencia energética de edificios (EPBD) en Italia y en la Unión Europea. Jornada técnica. Milán, Italia, Marzo 2011 [en línea] Disponible en: http://www.andima.es/wp-content/uploads/seminario-internacional-sobre-la-implementacion-de-la-nueva-directiva-de-eficiencia-energetica-de-edificios-epbd.pdf. Recuperado el 2 de Junio de 2011.

[34] M. Levine, D. Ürge-Vorsatz, K. Blok, L. Geng, D. Harvey, S. Lang, G. Levermore, A. Mongameli Mehlwana, S. Mirasgedis, A. Novikova, J. Rilling, H. Yoshino, 2007: Residential and commercial buildings. In Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [B. Metz, O.R. Davidson, P.R. Bosch, R. Dave, L.A. Meyer (eds)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

12 ANEXOS

12.1 Anexo 1: Contexto Internacional y Nacional A continuación se da a conocer, a grandes rasgos, el contexto energético internacional y nacional, donde, en cada uno se explora cómo es el consumo de energéticos actual en cuanto a su oferta y demanda, las proyecciones del aumento del consumo de energía, y el uso de energías no convencionales. CONTEXTO ENERGÉTICO INTERNACIONAL

1. Consumo de energéticos: Las fuentes energéticas son muy variadas. A continuación se muestran graficas que permiten ver como es la distribución y el consumo de energéticos para abastecer las necesidades mundiales de energía. La Figura 12.1.2.1 muestra el consumo de energía por fuente en QBtu entre los años 1635 a 2000. Se puede ver el gran aumento de consumo energético presente desde 1875 hasta estos días. Los energéticos con más participación son el petróleo, seguido por el gas natural y carbón. Al ser estos los energéticos más importantes para el abastecimiento energético mundial, estas son las tres fuentes de energía a analizar.


Figura 12.1.2.1. Consumo de energía por fuente entre 1635-2000 en QBtu. [2].

De la Figura 12.1.2.2 a la Figura 12.1.2.4 se puede apreciar los países productores, exportadores e importadores de petróleo, gas natural y carbón. Estas cifras permiten tener un conocimiento general de cómo estás distribuidos las fuentes de energía primarias en el mundo y de los países dependientes de estas. De las siguientes figuras se puede observar como países como Estados Unidos y Japón son altamente dependientes de las importaciones para poder abastecer sus necesidades energéticas, mientras que países como Arabia Saudita y Rusia son países exportadores netos. En general, se puede apreciar que los países latinoamericanos presentan una buena cantidad de reservas de estas energías primarias.

Figura 12.1.2.2. Países productores, exportadores e importadores de petróleo [3].


Figura 12.1.2.3. Países productores, exportadores e importadores de gas natural [3].

Figura 12.1.2.4. Países productores, exportadores e importadores de carbón [3].

La Figura 12.1.2.5 muestra la dependencia histórica de los precios del petróleo con respecto a los acontecimientos mundiales. Se puede apreciar como los picos recientes en el precio de este energético ocurrieron en eventos relacionados con Irán e Iraq, los cuales,


como se presento en la Figura 12.1.2.2, son exportadores netos importantes a nivel mundial. Esto se debe a que el medio oriente cuenta con 56.6% de las reservas actuales de petróleo del mundo (BP, 2009) y al ser esta una zona con constantes enfrentamientos políticos e ideológicos hace que el precio de este energético sea inestable.

Figura 12.1.2.5. Grafica de la evolución de los precios del petróleo [4].

La Figura 12.1.2.6 presenta el consumo de energía por regiones. Esta gráfica muestra que el petróleo y el gas natural son los principales energéticos del Medio Oriente, mientras que la región Asia Pacifica presenta una gran participación del carbón para su abastecimiento energético. La región con mayor participación de hidroelectricidad es Sur y Centro América. Sin embargo, cabe resaltar como las seis regiones de la gráfica – Norte América, Sur y Centro América, Europa y Eurasia, Medio Oriente, África y Asia Pacifica – presenta una gran participación del petróleo como fuente de energía primaria.

Figura 12.1.2.6. Gráfica del consumo de energía por regiones [4].


Para terminar esta visión del consumo energético mundial se muestra la Figura 12.1.2.7 donde se puede ver la intensidad energética de algunos países latinoamericanos. En la Figura 12.1.2.8 se observa el consumo de energía y electricidad por habitante para los mismos países.

Figura 12.1.2.7. Gráfica de la intensidad energética para algunos países latinoamericanos [5].

Figura 12.1.2.8. Comparación del consumo de energía por habitante en América Latina y el Caribe [5].

2. Proyecciones de la demanda:

Continuando con la visión del panorama energético mundial se muestran algunas proyecciones estimadas de la demanda hasta el 2030. En la Tabla 12.1.2.1 se puede ver el creciente aumento de las energías renovables para suplir la demanda energética mundial y la disminución considerable de la participación del petróleo y el carbón como fuentes de


energía. La Tabla 12.1.2.2 presenta el consumo proyectada para el sector industrial, en esta se puede ver como las mayor participación para suplir las necesidades energéticas se dará a través de la electricidad y por esta razón en la Figura 12.1.2.9 se presenta el consumo proyectado de electricidad por fuente.

Tabla 12.1.2.1. Consumo proyectado de energía por fuente [3].

Tabla 12.1.2.2. Consumo proyectado de energía para el sector industrial [3].

Figura 12.1.2.9. Consumo proyectado de electricidad por fuente [3].

En cuanto a la Eficiencia Energética (EE) se toma como referencia el reporte Revolución Energética [6] y se presenta la Figura 12.1.2.10. Acá se pude observar la proyección hasta el año 2050 de cuales serían las fuentes energéticas más utilizadas y cual es la proyección de EE que se pretende alcanzar con la incursión de tecnologías más limpias y eficaces.


“EFICIENCIA” = REDUCCIÓN COMPARADO CON EL ESCENARIO DE REFERENCIA

Figura 12.1.2.10. Desarrollo del consumo de energía primaria bajo el escenario de Revolución energética [6].

Las perspectivas energéticas más importantes en el contexto internacional son las siguientes:

• Según el DOE, el suministro de energía deberá incrementarse en por lo menos un 49%: 14% en países OECD y 84% en los no OECD, en el período 2007 – 2035.

• La electricidad aumentará en un 89% en el mismo periodo según la misma fuente. • Se esperan mejoras en la intensidad energética: reducción de ~ 20% en el 2020 y ~

35% en el 2050 de la cantidad de energía requerida para producir un dólar de valor agregado [2].

• El consumo de los países en desarrollo superará el de los países industrializados en el 2010 [2].

• La oferta energética será más diversificada – Los combustibles fósiles continuarán supliendo una fracción apreciable del

consumo energético. – Creciente importancia del gas natural y del carbón. – Incremento en la participación de fuentes y tecnologías limpias.

• Las nuevas opciones (renovables solar, eólica, biomasa renovable, geotermia, el hidrógeno y las celdas de combustible y eventualmente la energía nuclear), jugarán un importante papel en el abastecimiento de la demanda nueva en el largo plazo. Algunas de estas opciones tienen un largo camino por recorrer para ser competitivas.

• Las integraciones regionales son una alternativa para mejorar las asignaciones energéticas.

• El perfil tecnológico, ambiental y organizacional del sistema energético global tendrá en el largo plazo cambios sustanciales por una mayor flexibilización e incorporación de más agentes.

• La crisis económica actual (y tal vez los excedentes de la industria petrolera) muestran una mayor participación de la banca multilateral en el financiamiento de la infraestructura. En el caso energético, tendiente a financiar proyectos de cobertura e integración regional.

• Aumento de la demanda, concentrado en una alta proporción en los países en desarrollo y atendido progresivamente con fuentes más limpias y tecnologías más eficientes y flexibles.


• Disminución continuada de la intensidad energética, gracias a las innovaciones tecnológicas logradas en aras de una mayor competitividad económica y una reducción de la contaminación ambiental.

• Importancia creciente de las preocupaciones por la sostenibilidad del desarrollo que buscan un adecuado uso de los recursos naturales, bajo ópticas que pueden ir desde una extrema conservación hasta una profunda confianza en la tecnología.

• Inercia tecnológica que obliga a que el cambio hacia sistemas energéticos más productivos y con menores impactos ambientales requiera de continuadas inversiones en I&D, demostración y difusión.

3. Uso de energías renovables:

Finalmente se presenta un panorama general sobre el uso de las energías renovables exploradas en el mundo. Para esto se tomo como referencia un reporte del Consejo Europeo de Energía Renovable (EREC) y Greenpeace [6]. En el mundo se va visto la necesidad de la conservación de los recursos y del aumento de la Eficiencia Energética (EE) en los procesos actuales. Por esta razón, se pretende poder sacar un mayor partido del combustible y reducir las pérdidas durante la distribución realizando un mayor uso de energía descentralizada (ED), que es aquélla generada cerca o en el punto de uso, y aumentando el uso de las energías renovables. La Energía Descentralizada (ED) se conecta a un sistema de redes de distribución locales encargado del suministro a hogares y oficinas, en lugar de utilizar el sistema de transmisión de alta tensión. La proximidad de la planta generadora a los consumidores permite que las pérdidas térmicas procedentes de los procesos de combustión puedan ser canalizadas hasta edificios cercanos, en un sistema conocido como cogeneración o sistema combinado de calor y electricidad. Con este sistema se emplea casi toda la energía de entrada, no sólo una fracción, como ocurre con las centrales de combustible fósil tradicionales. La energía descentralizada cuenta con sistemas independientes completamente separados de las redes públicas [6]. Las tecnologías ED incluyen también sistemas dedicados como las bombas de calor y de aire acondicionado, sistemas de calentamiento termosolar y por biomasa que pueden ser comercializados a nivel doméstico a fin de lograr un calentamiento sostenible de bajo nivel de emisiones. Aunque puede considerarse que las tecnologías ED pueden llegar a romper el mercado debido a que no se adaptan al mercado y al sistema eléctricos existentes, con unos cambios convenientes contarían con un elevado potencial de crecimiento, prometiendo una ‘remodelación creativa’ del sector energético existente. Para 2050, una enorme cantidad de la energía global será producida por fuentes de energía descentralizadas, aunque será aún necesario el suministro de energía renovable por plantas de gran escala para conseguir una transición rápida a un sistema dominado


por las renovables. En la Figura 12.1.2.11 se puede ver lo que se espera sea el futuro de la energía descentralizada.

LOS CENTROS DE LAS CIUDADES DEL MUNDO CONECTADO DEL FUTURO PRODUCIRÁN LA ENERGÍA Y EL CALOR QUE CONSUMIRÁN. LOS TEJADOS Y FACHADAS DE EDIFICIOS PÚBLICOS SON IDEALES PARA PRODUCIR ENERGÍA SOLAR. ‘BAJO CONSUMO ENERGÉTICO’ SERÁ EL ESTÁNDAR PARA TODOS LOS EDIFICIOS. LOS GOBIERNOS CON OBJETIVOS RIGUROSOS DE PROTECCIÓN DEL CLIMA DEBERÁN IMPONER CONDICIONES ESTRICTAS Y OFRECER INCENTIVOS PARA LA RENOVACIÓN DE ESTOS EDIFICIOS. ESTAS MEDIDAS CREARÁN PUESTOS DE TRABAJO. 1. LAS FACHADAS DE PLACAS SOLARES FOTOVOLTAICAS SERÁN UN ELEMENTO DECORATIVO DE EDIFICIOS DE OFICINAS Y APARTAMENTOS. LOS

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS SERÁN MÁS COMPETITIVOS Y LA MEJORA DE SU DISEÑO PERMITIRÁ A LOS ARQUITECTOS EXTENDER SU USO. 2. LA RENOVACIÓN DE VIEJOS EDIFICIOS PUEDE RECORTAR EL CONSUMO ENERGÉTICO HASTA UN 80% - CON UN MEJOR AISLAMIENTO TÉRMICO,

VENTANAS AISLADAS Y SISTEMAS MODERNOS DE VENTILACIÓN. 3. LOS COLECTORES TERMOSOLARES PRODUCEN AGUA CALIENTE PARA SUS EDIFICIOS Y CONSTRUCCIONES VECINAS. 4. LAS ESTACIONES TÉRMICAS EFICIENTES (CHP) TENDRÁN DIFERENTES TAMAÑOS – ACOPLÁNDOSE A SÓTANOS EN VIVIENDAS INDEPENDIENTES O PROPORCIONANDO ENERGÍA Y CALOR A GRANDES COMPLEJOS DE EDIFICIOS O APARTAMENTOS SIN PÉRDIDAS DE TRANSMISIÓN. 5. LA ELECTRICIDAD LIMPIA PARA LAS CIUDADES PROVENDRÁ TAMBIÉN DE PUNTOS MÁS LEJANOS. LOS PARQUES EÓLICOS MARINOS Y LAS CENTRALES SOLARES UBICADAS EN DESIERTOS TIENEN UN ENORME POTENCIAL.

(a) Ciudades

1. FOTOVOLTAICA 2. MINI CENTRALES DE COGENERACIÓN = PLANTA COMBINADA DE CALOR Y ELECTRICIDAD [CHP] 3. COLECTORES SOLARES (CALOR) 4. EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGËTICO 5. CALOR GEOTÉRMICO - Y CENTRAL ELÉCTRICA [CHP]

(b) Zonas del extarradio Figura 12.1.2.11. Un futuro de energía descentralizada [6].

A continuación se describen las tecnologías en energías renovables disponibles hoy día y en el futuro para satisfacer la demanda energética mundial. Las energías renovables incluyen diversas fuentes naturales que se renuevan constantemente, por lo que, a diferencia de los combustibles fósiles y del uranio, no se agotarán nunca. La mayoría de ellas derivan de los efectos del sol y de la luna en los esquemas climatológicos terrestres. También son limpias, no producen emisiones peligrosas ni contaminación asociadas con los combustibles “convencionales”. Aunque desde mediados del siglo pasado se utiliza la energía hidroeléctrica a escala industrial, la explotación seria de otras fuentes de energía renovable tiene una historia más reciente [6].


Energía solar (fotovoltaica): Hay radiación solar más que suficiente en todo el mundo para satisfacer una elevada y creciente demanda de energía. La energía solar que llega a la superficie terrestre es suficiente para generar 2.850 veces más de la energía que se utiliza actualmente. A nivel general, cada metro cuadrado de la Tierra está expuesto a suficiente radiación solar para producir 1.700 kWh de energía cada año. La radiación media en Europa es de alrededor de 1.000 kWh por metro cuadrado, mientras que en Oriente Medio es de 1.800 kWh. La tecnología fotovoltaica (FV) genera electricidad a partir de la luz. El secreto de este proceso es el uso de un material semiconductor que puede ser adaptado para liberar electrones. El material semiconductor más utilizando en las células fotovoltaicas es el silicio, un elemento que se encuentra en la arena. Todas las células FV tienen al menos dos capas de este tipo de semiconductores, una con carga positiva y otra con carga negativa. Cuando la luz incide en el semiconductor, el campo eléctrico que se crea en la unión entre ambas capas hace que fluya electricidad. A mayor intensidad de la luz, mayor será el flujo de electricidad, aunque un sistema fotovoltaico no necesita luz solar potente para funcionar, ya que puede generar electricidad incluso en días nublados. El sistema solar FV difiere de un sistema solar basado en termocolectores donde los rayos del sol se utilizan para generar calor, empleado generalmente para obtener agua caliente en los hogares, calentamiento de piscinas, etc. Las piezas más importantes de un sistema FV son las células, que representan los componentes básicos, los módulos que unen grandes cantidades de células en una unidad y, en algunos casos, los inversores utilizados para convertir la electricidad generada a una forma adecuada para el uso diario. Cuando se habla de una instalación FV de una capacidad de 3 kWp (pico), se refiere al rendimiento o salida del sistema bajo condiciones de prueba estándar, permitiendo la comparación entre diferentes módulos. En Europa central, un sistema de electricidad solar de 3 kWp, con una superficie aproximada de 27 metros cuadrados, podría producir suficiente energía para suplir las demandas de electricidad de un hogar [6]. Existen varios tipos de sistemas FV, los cuales dependen de la forma como se conecte el sistema fotovoltaico a la red, dentro de estos se encuentran: conectado a la red, soporte de la red, aislada de la red y el tipo de sistema hibrido. La Figura 12.1.2.12 muestra un esquema de cómo es la tecnología fotovoltaica. Las plantas de concentración de energía solar (CSP), denominadas también centrales termosolares, producen electricidad de forma bastante similar a las centrales convencionales. La diferencia es que obtienen su energía concentrando la radiación solar y convirtiéndola en vapor o gas a alta temperatura para accionar una turbina o un motor. Se utilizan espejos de gran tamaño para concentrar la luz solar en una línea o un punto, y el calor acumulado se utiliza para generar vapor. Este vapor caliente, a alta presión, se emplea para accionar turbinas que generan electricidad. En las regiones bañadas por el sol, las plantas CSP pueden garantizar grandes cuotas de la producción de electricidad.


Para esta tecnología se necesitan cuatro elementos principales: un concentrador, un receptor, algún tipo de medio de transmisión o almacenamiento, y un conversor de electricidad. Pueden utilizarse diferentes sistemas, como combinaciones con otras tecnologías renovables y no renovables, pero las tres tecnologías termosolares más prometedoras son: cilindro parabólico, receptor central o torre solar y antena parabólica. Por otro lado se tiene los sistemas de colectores termosolares, los cuales, se basan en un principio de hace siglos: el sol calienta el agua contenida en un depósito oscuro. Las tecnologías termosolares en el mercado hoy día son eficientes y muy fiables y son capaces de crear energía para diversas aplicaciones: desde agua caliente para uso doméstico y calefacción en edificios residenciales y comerciales hasta calentamiento de piscinas, refrigeración solar, calor para procesos industriales y la desalinización de agua potable. También, la producción de agua caliente para uso doméstico es la aplicación más común. Dependiendo de las condiciones y de la configuración del sistema, la energía solar puede cumplir con la mayoría de los requisitos de agua caliente de un edificio. Sistemas más grandes pueden a su vez suplir una parte importante de las necesidades energéticas para calefacción. Existen dos tipos principales de tecnologías: los tubos de vacío y los paneles planos [6]. Para finalizar la tecnología FV es importante mencionar los sistema de aire acondicionado solar. Los refrigeradores solares utilizan energía térmica para producir refrigeración y/o deshumidificar el aire de una manera similar a la de un refrigerador o sistema de aire acondicionado convencional. Esta aplicación es perfectamente adecuada para energía solar térmica, ya que la demanda de refrigeración es casi siempre mayor cuando hace más calor. La refrigeración solar ha probado con éxito su funcionamiento y en un futuro cabe esperar su uso a gran escala.

• Energía eólica: Durante los últimos 20 años, la energía eólica se ha convertido en la fuente de energía de mayor crecimiento. Hoy día existe una sofisticada industria de producción a gran escala de turbinas eólicas que utiliza una tecnología eficiente, económica y fácil de instalar. Las turbinas tienen un tamaño desde unos pocos kW hasta más de 5.000 kW, con algunas de más de 100m de altura. Una turbina eólica grande puede producir suficiente electricidad para unos 5.000 hogares. Un buen parque eólico de alta mar hoy día puede estar formado sólo por unas cuantas turbinas y ser capaz de producir hasta varios cientos de MW. Las reservas mundiales de viento son enormes, capaces de generar más electricidad de la demanda total del mundo, y se encuentra bien distribuida en los cinco continentes. Pueden instalarse turbinas eólicas no sólo en las zonas costeras más ventosas, sino también en países sin costas, como regiones centrales de Europa del Este, el centro de Norteamérica y de Sudamérica y Asia central. La fuerza del viento en el mar es incluso más productiva que en tierra, por lo que se fomenta la instalación de parques eólicos de alta mar con cimentaciones en el lecho marino. En Dinamarca, un parque eólico construido en 2002 utiliza 80 turbinas para producir suficiente electricidad para una ciudad entera con


una población de 150.000 personas. Las turbinas eólicas más pequeñas pueden producir energía en zonas que no tienen acceso a la electricidad. Esta energía puede utilizarse directamente o almacenarse en baterías. Se están desarrollando nuevas tecnologías para el uso de la energía eólica para edificios en ciudades con alta densidad de población [6]. La Figura 12.1.2.13 presenta el esquema de una turbina eólica.

Figura 12.1.2.12. Tecnología fotovoltaica [6].

Figura 12.1.2.13. Esquema de una turbina eólica [6].

• Biomasa:

Biomasa es un término muy amplio utilizado para describir el material de origen biológico reciente que puede ser utilizado como fuente de energía. En este término se incluye la madera, cosechas, algas y otras plantas y los residuos agrícolas y forestales. La biomasa puede emplearse para muchos usos: calentamiento, generación de electricidad o como combustible para transporte. El término “bioenergía” se emplea para los sistemas energéticos de biomasa que producen calor y/o electricidad y “biocombustibles” para combustibles líquidos para transporte. El biodiesel fabricado a partir de diversas cosechas se utiliza cada vez más como combustible para vehículos, especialmente desde la subida de precios del petróleo. Las fuentes de energía biológicas son renovables, se almacenan fácilmente y, si se cultivan de forma sostenible, no producen emisiones de dióxido de carbono debido a que el gas emitido durante su conversión en fuente de energía útil es equilibrado por el dióxido de carbono absorbido durante su etapa como plantas [6]. Las centrales térmicas de biomasa para producción de electricidad funcionan igual que las de gas natural o las de carbón, con la excepción de que se debe procesar el combustible antes de poder quemarlo. Generalmente estas centrales eléctricas no son tan grandes como las centrales de carbón, debido a que su suministro de combustible debe cultivarse lo más cerca posible de la central eléctrica. La generación de calor de biomasa puede obtenerse utilizando el calor procedente de una unidad de cogeneración de calor y electricidad (PCCE), que canaliza el calor hasta hogares o centros industriales vecinos, o con sistemas calefactores especiales. Pueden utilizarse sistemas calefactores pequeños que utilicen pastillas de residuos de madera (pellets) producidos especialmente a partir de


madera de desecho, por ejemplo, para calentar hogares familiares en sustitución del gas natural o del gasóleo (ver Figura 12.1.2.13).

Figura 12.1.2.13. Tecnología de biomasa [6].

Figura 12.1.2.14. Tecnología geotérmica [6].

Las tecnologías de la biomasa pueden utilizarse en un gran número de procesos para convertir la energía obtenida de la biomasa en energía útil. Estos se dividen en dos sistemas térmicos, que implican la combustión directa de sólidos, líquidos o gas por pirólisis o gasificación, y los sistemas biológicos, que realizan la descomposición de la biomasa sólida en combustibles líquidos o gaseosos mediante procesos como la digestión anaeróbica y la fermentación [6].

• Energía geotérmica: La energía geotérmica aprovecha el calor procedente de las profundidades de la corteza terrestre. En la mayoría de las zonas, este calor llega a la superficie en un estado muy difuso, pero debido a la variedad de procesos geológicos, algunas zonas, como la parte occidental de EEUU, las zonas occidental y central de Europa, Islandia, Asia y Nueva Zelanda ofrecen recursos geotérmicos a profundidades relativamente pequeñas que se clasifican como energía geotérmica de baja temperatura (menos de 90°C), de temperatura media (90° - 150°C) y de alta temperatura (superior a 150°C). Los usos que pueden darse a estos recursos dependen de la temperatura: la energía geotérmica de temperaturas más altas se emplea generalmente para la generación de energía eléctrica. La capacidad de generación de energía geotérmica en el mundo es de unos 8.000 MW. Los usos para recursos de temperatura baja y moderada pueden dividirse en dos categorías: uso directo y bombas de calor geotérmico. Las centrales geotérmicas utilizan el calor natural de la tierra para vaporizar agua o un medio orgánico. El vapor obtenido activa una turbina que produce electricidad. En Nueva Zelanda e Islandia se utiliza esta técnica desde hace décadas. En Alemania, donde hay que perforar a muchos kilómetros de profundidad para alcanzar las temperaturas necesarias, se encuentra aún en periodo de prueba. Las centrales geotérmicas para producción de calor requieren temperaturas más bajas y el


agua calentada se utiliza directamente [6]. La Figura 12.1.2.14 muestra como es una planta con tecnología geotérmica.

• Energía hidráulica: El agua se utiliza desde hace un siglo para producir electricidad. Hoy día, del orden de 1/5 de la electricidad mundial se produce a partir de energía hidráulica, pero las grandes centrales hidroeléctricas con presas de cemento y grandes pantanos tienen, en muchos casos, unos impactos negativos para el medio ambiente y requieren la inundación de zonas habitables. Con estaciones eléctricas más pequeñas o minicentrales, que son turbinas accionadas por una sección del agua corriente de un río, puede producirse electricidad de una forma más acorde con el medio ambiente. El requisito principal para la energía hidráulica es crear una cabecera artificial para que el agua, desviada por un canal de descarga o una tubería hasta la turbina se distribuya de nuevo al río. Las centrales hidráulicas pequeñas o minicentrales no recogen grandes cantidades de agua embalsada, que requiere la construcción de grandes presas y pantanos. Existen dos tipos de turbinas: turbinas por impulso (Pelton) donde la tobera lanza un chorro de agua hacia la rueda que invierte el sentido del chorro y logra aprovechar la fuerza del agua. Esta turbina es ideal para cabeceras grandes y descargas ‘pequeñas’. Las turbinas de reacción (especialmente los modelos Francis y Kaplan) funcionan llenas de agua y generan fuerzas de empuje hidrodinámicas que propelen las palas de la rueda. Estas turbinas son aconsejables para cabeceras y descargas de medianas a bajas [6]. La Figura 12.1.2.15 ilustra este concepto de tecnología hidroeléctrica.

Figura 12.1.2.15. Tecnología hidroeléctrica [6].

• Energía Oceánica:

Energía mareomotriz: Puede obtenerse energía mareomotriz construyendo una presa o embalse en un estuario o bahía con una marea de al menos 5 metros. Unas compuertas en el embalse permiten que se acumule la marea de entrada en una cuenca tras él. Las compuertas se cierran para que, cuando fluya la marea, pueda ser canalizada por turbinas para generar electricidad. Se han construido modelos de este tipo en estuarios de Francia, Canadá y China, pero la combinación de unos costes elevados de los proyectos con


objeciones medioambientales sobre su efecto en los hábitats ha limitado la expansión de esta tecnología [6]. Energía de oleaje y mareomotriz: En la generación de energía de oleajes, una estructura interactúa con las olas, convirtiendo esta energía en electricidad mediante un sistema de aprovechamiento de energía hidráulico, mecánico o neumático. La estructura se mantiene en posición con un sistema de anclaje o se coloca directamente en los fondos oceánicos o en la costa. La corriente se transmite al fondo del océano mediante un cable flexible sumergido y a la orilla mediante otro cable submarino. Los convertidores de energía de oleaje pueden realizase a partir de grupos conectados de generadores pequeños de 100 – 500 kW, o varios módulos mecánicos o interconectados hidráulicamente pueden crear un generador de turbina individual más grande, de 2 – 20 MW. Las grandes olas necesarias para abaratar la tecnología se originan, en muchos casos, a grandes distancias de la costa, necesitando cables submarinos costosos para transmitir la electricidad. Los conversores también ocupan mucho espacio. La energía de las olas tiene la ventaja de ofrecer un suministro más predecible que la energía eólica y puede instalarse en el océano sin una gran intrusión visual. Actualmente no existe una tecnología comercialmente líder para la conversión de la energía de las olas. Se están desarrollando diferentes sistemas en el mar para pruebas de prototipos que incluyen un dispositivo de boya flotante PowerBuoy de 50 kW instalado en Hawaii, un dispositivo Pelamos de 750 kW, con secciones unidas cilíndricas semi-sumergidas, en funcionamiento en Escocia, una turbina de corriente mareomotriz subterránea de 300 kW que funciona en el suroeste de Inglaterra, un Stingray de 150 kW que también aprovecha corrientes mareomotrices, y un generador de energía por oleaje costero de 500 kW que funciona en la isla de Islay, Escocia. La mayoría del trabajo de desarrollo de estas tecnologías se ha realizado en el Reino Unido [6].

CONTEXTO ENERGÉTICO NACIONAL

1. Consumo de energéticos: Como se presento en el contexto energético internacional, en la Figura 12.1.2.16 se muestra el consumo de energéticos para Colombia. Este consumo está caracterizado por la alta participación del petróleo y sus derivados, el gas natural, la leña y el bagazo y el carbón.


Figura 12.1.2.16. Gráfica del consumo por fuente en Colombia [5].

La Figura 12.1.2.17 permite observar la evolución del consumo de energéticos en el país. La gráfica muestra como la hidroenergía (HE) para el 2008 tiene una participación considerable del 13.3%, el gas natural tiene una participación del 21.8% y el petróleo una de 48.1%. El carbón mineral ha disminuido su participación con respecto a 1975 en un 4.7%, sin embargo sigue siendo un energético con una participación considerable (8.1% en el 2008). Energéticos como la leña y el bagazo, al igual que el carbón mineral, disminuyeron su participación en la canasta energética del país.

Figura 12.1.2.17. Evolución de la oferta interna. Tomado del PEN 2007 [3].

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Petroléo & Derivados Gas Natural Leña & Bagazo Carbón Otros Electricidad


Figura 12.1.2.18. Gráfica del consumo por sector en Colombia [5].

La Figura 12.1.2.18 presenta el consumo de energéticos por sector, donde se puede ver que el sector transporte es el mayor consumidor de energéticos, seguido por el sector industrial y luego por el residencial para el 2005. La Figura 12.1.2.19 muestra la evolución de la demanda interna en Colombia para los años de 1975 a 2008. De esta gráfica se puede ver como la demanda de Energía Eléctrica aumento de 11% al 23%, el uso del Diesel Oil paso del 12% al 29%. Mientras que, fuentes de energía como el Fuel Oil y el Kerosene pasaron de 15% al 1% y del 9% al 4% respectivamente.

HE: Hidroenergía, GN: Gas Natural, PT: Petróleo, CM: Carbón Mineral, LE: Leña, BZ:Bagazo, RC: Refinación, EE: Energía Eléctrica, GR: Gas Refinerias, GL: Gas Licuado, GM: Gasolina Motor, AC: Avigas, KJ: Kerosene, DO: Diesel Oil, FO: Fuel Oil, CQ: Coque, CL: Carbón Leña, GI: Gases Industriales.

Figura 12.1.2.19. Gráfica de la evolución de la demanda interna [5]. El consumo de energía en el sector industrial se presenta en la Figura 12.1.2.20. Esta gráfica permite apreciar como el carbón es uno de los energéticos más utilizados para

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Otros Industrial Residencial Transporte


suplir la demanda energética en este sector, seguido del gas natural y con un poco de participación del petróleo.

Figura 12.1.2.20. Gráfica de la evolución del consumo de energía en el sector industrial (GBTU) [5].

La Figura 12.1.2.21 muestra la oferta interna de energéticos primarios en el país. En la figura se aprecia como la mayor oferta de energéticos se concentra en hidroenergía, gas natural y petróleo.

Figura 12.1.2.21. Grafica de la oferta interna de energéticos primarios en el 2000 y el 2005 [5].

La situación petrolera de Colombia ha sufrido constantes cambios a lo largo de la historia. Actualmente la demanda de combustibles fósiles crece sostenidamente, por ejemplo el diesel aumenta a una tasa promedio de 5.4% anual, los precios de combustibles aumentan progresivamente como consecuencia del comportamiento global de oferta y demanda y del desmonte gradual de los subsidios. En cuanto al gas natural Colombia cuanta con una


relación reservas/producción de 12 años [5], una demanda moderada en el 2010 y una alta demanda en el 2017. Por el lado del carbón se cuenta con una cantidad de recursos suficientes para abastecer la demanda interna del país, el problema de su utilización radica en los problemas medioambientales que esta explotación conlleva.

2. Proyecciones de la demanda: Para la proyección de la demanda Colombiana se cuenta con la Visión 2019 del Departamento Nacional de Planeación la cual muestra las siguientes características:

• Posicionar a Colombia como un clúster energético regional – Integración regional que garantice abastecimiento en el largo plazo con

precios eficientes, calidad y confiabilidad adecuadas. – Precios de los energéticos eficientes y coherentes – Regulación y supervisión estatal de los mercados – Desarrollo de infraestructura para realizar intercambios comerciales.

• Metas específicas para el sector eléctrico

– Elevar la participación de las energía alternativas mediante la instalación de 275 MW en zonas no interconectadas

– Aumentar la cobertura al 99.37% en las zonas interconectadas y al 75.5% en las no interconectadas

– Consolidar un mercado eléctrico andino y centroamericano

Figura 12.1.2.22. Grafica de la demanda de energéticos esperada en el 2025 por sectores [5].

Como lo muestra la Figura 12.1.2.22, el sector con mayor aumento de demanda energética será el industrial seguido en menor escala por el comercial.

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Tera

calo

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Industrial Otros Tranporte Comercial Residencial


3. Uso de energías renovables:

El uso de las energías renovables en Colombia ha ido aumentando progresivamente aunque no con los mejores resultados. En La Guajira, las Empresas Públicas de Medellín (EPM) instalaron generadoras eólicas que forman parte del Sistema Interconectado Nacional. Es un proyecto piloto de investigación y, por tanto, EPM ni busca ni obtiene utilidades, y asume riesgos sobre su sostenibilidad hacia el futuro. Es más un programa de responsabilidad social empresarial que de beneficio a los usuarios. Cuatro años después de su instalación, se ha profundizado en el conocimiento y se han entablado relaciones interculturales con los indígenas de la zona. Desde el punto de vista energético, su impacto sobre la oferta total de electricidad es insignificante (0,1%) y en ningún año pudieron generarse los megavatios esperados. Hay algunas regiones apartadas y con baja densidad de población, denominadas Zonas No Interconectadas, cuyos habitantes han tenido un servicio de energía subsidiado por el Estado, pero aun así éste se presta en condiciones precarias. Por esta razón el gobierno nacional, está buscando concesionarios que utilicen energías no convencionales en dichos territorios [7]. EPM, así mismo, quiere asociarse con algunas compañías para usar la basura orgánica en rellenos sanitarios: se empezaría en Medellín, y hay otros proyectos en Barranquilla y Pereira. Empresas agroindustriales vienen usando subproductos agrícolas de su proceso productivo para abastecerse de energía eléctrica. La Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB) aprovecha una pequeña caída de agua para generar parte de la electricidad que requiere para su operación. La energía solar se instaló en el Vichada en la década de los ochenta y por la misma época se impulsaron programas en conjuntos residenciales en Medellín para calentamiento de agua. En la zona de Caldas la empresa Chec ha analizado la posibilidad de generar electricidad con base en la energía geotérmica de su zona volcánica. La empresa Gas Natural construye una planta para producir un gas distinto de los ampliamente utilizados en el país, usando la biomasa del relleno sanitario de Bogotá. En las Zonas No Interconectadas de Colombia la eólica sí es competitiva frente al diesel: alrededor de un 60% más barata. La solar tiene un menor sobrecosto: tres veces más que el diesel [7].

12.2 Anexo 2: LEED-EB: O&M Los aspectos evaluados por el LEED EB: O&M se relacionan en la Tabla 12.2.1 donde cada inciso presenta cada una de las categorías tenidas en cuenta durante el proceso de certificación. Para cada una de estas se presentan la cantidad de puntos posibles y los puntos que se pueden alcanzar con cada uno de los criterios.


Tabla 12.2.1. Descripción por criterios de cada una de las categorías evaluadas por el LEED EB: O&M y los puntos posibles [12].

Sitios Sostenible 9 puntos posibles

SS Crédito 1: Certificado LEED Diseño y construcción. 1

SS Crédito 2: Fachada de edificio y Plan de Gestión del ambiente. 1

SS Crédito 3: Gestión Integrada de Plagas, Control de Erosión, y el Plan de Gestión del Paisaje 1

SS Crédito 4.1 a 4.4: Transporte Alternativo de trayecto. 1

SS Crédito 5: Reducción de la alteración del sitio: proteger o restaurar espacios abiertos. 1

SS Crédito 6: Gestión de Aguas Pluviales. 1

SS Crédito 7.1: Reducción de la isla de calor: sin techo. 1

SS Crédito 7.2: Reducción de la isla de ruido: Techo. 1

SS Crédito 8: Reducción de la Contaminación Lumínica. 1

(a)Categoría sitios sostenibles. Eficiencia de Agua 4 -10 puntos posibles

WE Prerrequisito 1: mobiliario de interior mínima de fontanería y de la Eficiencia de montaje. Requisito

WE Crédito 1.1 y 1.2: Medición de Funcionamiento. 1 – 2

WE Crédito 2.1 a 2.3: muebles de interior de fontanería y de la Eficiencia de montaje adicional. 1 – 3

WE Crédito 3.1 a 3.3: Agua Maestros, eficiente. 1 – 3

WE Crédito 4.1 a 4.2: Torre de Enfriamiento de Administración del Agua. 1 – 2

(b)Categoría eficiencia de agua. Energía y Atmósfera 13 -30 puntos posibles

EA Prerrequisito 1: Mejores Prácticas de Gestión de Eficiencia Energética: Planificación, Documentación y evaluación de oportunidades.

Requisito

EA Prerrequisito 2: Rendimiento mínimas de eficiencia energética. Requisito

EA Prerrequisito 3: Gestión de Refrigerantes: Protección del Ozono. Requisito

EA Crédito 1: Optimizar el rendimiento de Eficiencia Energética. 2 – 15, 2 puntos obligatorios

EA Crédito 2.1: Edificio existente en funcionamiento: Investigación y Análisis. 2

EA Crédito 2.2: Edificio existente en funcionamiento: Aplicación. 2

EA Crédito 2.3: Edificio existente en funcionamiento: Puesta en marcha. 2

EA Crédito 3.1: Medición del desempeño del sistema de automatización de edificios. 1

EA Crédito 3.2 y 3.3: Medición del Desempeño: Sistema de medición de nivel. 1 – 2

EA Crédito 4.1 a 4.4: Energía interior y exterior renovable. 1 – 4

EA Crédito 5: Gestión de Refrigerantes. 1

EA Crédito 6: Informes de Reducción de Emisiones. 1

(c)Categoría energía y atmosfera.

Materiales y Recursos 9 – 14 puntos posibles

MR Prerrequisito 1: Política de Compra Sostenible. Requisito

MR Prerrequisito 2: Política de Manejo de Residuos Sólidos. Requisito

MR Crédito 1.1 a 1.3: Adquisición sostenible: Consumibles consumidos. 1 – 3

MR Crédito 2.1 y 2.2. Adquisición sostenible: Bienes duraderos. 1 – 2

MR Crédito 3: Adquisición sostenible: Facilidad de reforma y adiciones. 1

MR Crédito 4: Adquisición sostenible: Reducir el mercurio en lámparas. 1 – 2

MR Crédito 5: Adquisición sostenible: Alimentación. 1

MR Crédito 6: Gestión de Residuos Sólidos: Auditoría del manejo de lo residuos. 1

MR Crédito 7.1.and 7.2: Gestión de Residuos Sólidos: Consumibles consumidos. 1 – 2

MR Crédito 8: Gestión de Residuos Sólidos: bienes duraderos 1

MR Crédito 9: Gestión de Residuos Sólidos: Facilidad de reforma y adiciones. 1

(d)Categoría materiales y recursos.

Calidad Ambiental Interior 16 – 20 puntos posibles

EQ Prerrequisito 1: Introducción de aire exterior y sistemas de escape Requisito

EQ Prerrequisito 2: Control del humo ambiental Requisito

EQ Prerrequisito 3: Política de limpieza verde. Requisito

EQ Crédito 1.1: Mejores Prácticas de Gestión de Calidad del Aire Interior (IAQ): Programa de Gestión de Calidad del Aire Interior.

1

EQ Crédito 1.2: Mejores Prácticas de Gestión de Calidad del Aire Interior (IAQ): Monitoreo del Aire Fresco.

1

EQ Crédito 1.3: Mejores Prácticas de Gestión de Calidad del Aire Interior (IAQ): Aumenta la ventilación.

1


EQ Crédito 1.4: Mejores Prácticas de Gestión de Calidad del Aire Interior (IAQ): Reducir las partículas en la distribución del aire.

1

EQ Crédito 1.5: Mejores Prácticas de Gestión de Calidad del Aire Interior (IAQ): Facilidad de reformas y adiciones para la calidad del aire interior.

1

EQ Crédito 2.1: Confort de los ocupantes: Reconocimiento de los ocupantes. 1

EQ Crédito 2.2: Confort de los ocupantes: control de la iluminación para los ocupantes. 1

EQ Crédito 2.3: Confort de los ocupantes: Control Térmico. 2

EQ Crédito 2.4 y 2.5: Confort de los ocupantes: Luz Natural y Vistas 1 – 2

EQ Crédito 3.1: Limpieza Verde: Programa de Alto Rendimiento de limpieza. 1

EQ Crédito 3.2 a 3.3: Limpieza Verde: Evaluación de la Eficacia de los servicios de limpieza. 1 – 2

EQ Crédito 3.4 a 3.6: Limpieza Verde: Compra de productos sostenibles de limpieza y materiales.

1 – 3

EQ Crédito 3.7: Limpieza Verde: Equipo de Limpieza Sostenible. 1

EQ Crédito 3.8: Limpieza Verde: Sistemas entrada 1

EQ Crédito 3.9: Limpieza Verde: Interior Manejo Integrado de Plagas. 1

(e)Categoría calidad ambiental interior.

Innovación en las operaciones 4 – 7 puntos posibles

IO Crédito 1.1 a 1.4: Innovación en las operaciones. 1 – 4

IO Crédito 2: LEED ® Profesional Acreditado. 1

IO Crédito 3: Documento del impacto sostenible impacto sobre los costos de construcción. 2

(f)Categoría innovación en las operaciones.

12.3 Anexo 3: Descripción de los ECOs En este anexo se presenta una breve explicación de cada una de las divisiones descritas en la sección 5.2 para los ECOs y se hace especial énfasis en los sistemas eléctricos de los edificios.

1. Central de aire acondicionado y sistemas de refrigeración:

Los sistemas de aire acondicionado en los edificios comerciales e institucionales son responsables de más del 50 % de la electricidad total consumida [9]. Sin embargo, son esenciales para el edificio en climas cálidos y húmedos, donde se utiliza aire acondicionado para proporcionar un ambiente interior cómodo a los ocupantes para que puedan trabajar y llevar a cabo sus labores de manera productiva. Los refrigeradores son los mayores consumidores de energía en los sistemas centrales de aire acondicionado. En los edificios comerciales, donde los sistemas de aire acondicionado representan más de la mitad del consumo total de electricidad, los refrigeradores terminan siendo los mayores consumidores individuales. Por lo tanto, su eficacia tiene un efecto significativo sobre la eficiencia energética global de estos edificios [9]. Los refrigeradores se clasifican según el tipo de compresor que se usa para comprimir el refrigerante. Los principales tipos de compresores utilizados son de pistón, de desplazamiento, el tornillo y centrífugo. Índice de eficiencia de los refrigeradores La eficiencia de un refrigerador se mide en términos de cuántas unidades de energía se utiliza para producir una unidad de refrigeración.


En el sistema métrico inglés, la eficiencia de los refrigeradores se mide en kW/RT. Donde:

En el sistema métrico americano, la eficiencia del refrigerador se mide con el coeficiente de rendimiento (COP), donde:

El efecto de refrigeración es: El índice de eficiencia energética, que es el índice de la capacidad de enfriamiento en Btu/h a la entrada de energía eléctrica (W), se utiliza a veces para comparar los compresores de pistón y los compresores de desplazamiento en enfriadores de aire y unidades de refrigeración de expansión directa. Dado que la eficiencia varía con la carga de refrigeración, por lo general es nominal a plena carga (100 % de la capacidad nominal) y las condiciones de carga parcial (90, 80, 70 %, y así sucesivamente). Esta información, normalmente proporcionados por los fabricantes de refrigeradores, es útil en la selección de refrigeradores para diferentes aplicaciones [9].

2. Calderas y sistemas de calefacción: Las calderas son recipientes a presión utilizados en los edificios e instalaciones industriales para calentar agua o producir vapor. Se utilizan sobre todo para proporcionar la calefacción de edificios, así como para la producción de agua caliente y vapor que requieren los usuarios, tales como lavanderías y cocinas. Para la calefacción, las calderas funcionan como enfriadores en los sistemas centrales de aire acondicionado y el vapor para proporcionar agua caliente a diferentes partes de los edificios para la calefacción. Las calderas son calderas de agua caliente o calderas de vapor y son capaces de quemar combustibles fósiles como el petróleo, el gas y el carbón (algunos utilizan la corriente eléctrica). Calderas de agua son normalmente de baja presión y se utilizan principalmente para la calefacción y producción de agua caliente. Calderas de vapor se utilizan para la calefacción de espacio, así como en otras aplicaciones que requieren vapor [9]. En las instalaciones que utilizan las calderas, un gran porcentaje de la energía (combustible) el


consumo se explica por la planta de la caldera. Por lo tanto, un ahorro significativo de energía se puede lograr mediante la optimización de los sistemas de calderas Rendimiento de la caldera Un balance de calor típico de una caldera se muestra en la Figura 12.3.1. Como se muestra en la Figura, sólo una parte del contenido de calor del combustible se convierte en calor útil, mientras que el resto se pierde por los gases de escape, purga y las pérdidas de radiación. El rendimiento de las calderas es por lo general nominal basada en la eficiencia de combustión, la eficiencia térmica, y la eficiencia general [9].

Boiler

Exhaust

10% to 30%

Steam

65% to 80%

Blow down

1% to 2%

Radiation

losses

0.5% to 2%

Fuel heat

100%

Figura 12.3.1. Balance de calor típico de una caldera [9].

3. Sistemas de bombeo:

Varios sistemas de bombeo se utilizan en los edificios. Los sistemas más comunes son los que se utilizan para el bombeo de agua fría y el agua del condensador en los sistemas centrales de aire acondicionado y para el bombeo de agua caliente en sistemas de calefacción central. Los sistemas de bombeo también se utilizan en los edificios para el agua caliente sanitaria y agua fría. Para los sistemas de bombeo la atención se centra principalmente en los sistemas de bombeo utilizados en la zona central de aire acondicionado y sistemas de calefacción, ya que representan la mayor parte de la energía consumida por los sistemas de bombeo en los edificios. Sin embargo, algunas de las estrategias de gestión propuestas de energía también pueden ser aplicables otros sistemas de bombeo. En el agua fría y agua caliente, las bombas se utilizan para proporcionar la fuerza principal para distribuir y hacer circular agua fría o caliente a través de las bobinas, mientras que las pérdidas de la superación de la presión causada por los diferentes componentes del sistema. Del mismo modo, en los sistemas de refrigeración del condensador, el agua se distribuye entre los condensadores y las torres de refrigeración. Las bombas centrífugas son el tipo más común de las bombas utilizadas en los edificios. Las bombas centrífugas tienen un rotor montado sobre un eje, que es impulsado por un motor y gira en una carcasa espiral o difusor. En las bombas con carcasas espiral, el agua de la turbina se descarga perpendicular al eje, mientras que en las bombas con carcasas difusor (bombas en línea), el agua se descarga en paralelo al eje. Las bombas se clasifican generalmente de acuerdo con su régimen de instalación y características mecánicas. Las bombas más comunes utilizadas en los edificios son bombas de aspiración tipo axial, que están montados horizontalmente con impulsores de succión


simple, horizontal o verticalmente, las bombas es de cámara partida con impulsores de doble aspiración [9].

4. Torres de enfriamiento:

Las torres de refrigeración se utilizan para rechazar el calor del sistema de aire acondicionado y refrigerar los procesos. Rechazan el calor en la atmósfera a través de la transferencia de calor sensible y latente. En los sistemas de aire acondicionado, las torres de refrigeración se utilizan con sistemas de refrigeración por agua central y unidades paquete refrigerados por agua. Los sistemas de refrigeración de agua en general, consisten en sistemas de agua rociada, "llenar" el material de embalaje, y los fans. Sistemas de roció se utilizan para separar el agua caliente se enfría en el embalaje de relleno, que actúa como medio de transmisión de calor por el aumento de la superficie de contacto. Los fans se utilizan para inducir el flujo de aire ambiente a través de torres de enfriamiento para facilitar la transferencia de calor entre el agua caliente y el aire ambiente [9]. Las torres de refrigeración rechazan el calor, principalmente por el enfriamiento por evaporación. Cuando el agua se rocía en las torres de enfriamiento, algo del agua se evapora, absorbe calor del agua circundante, lo que hace que se enfrié. La cantidad de calor latente transferido depende de la humedad del aire, el más seco el aire (abajo a la temperatura de bulbo húmedo), el calor latente más que serán transferidos [9]. Además, el enfriamiento sensible también tiene lugar entre el agua caliente y el aire más frío. La cantidad de enfriamiento sensible depende de la temperatura del aire de bulbo seco. Por lo tanto, la cantidad de calor rechazado desde las torres de refrigeración depende, tanto la de bulbo seco y las temperaturas de bulbo húmedo del aire exterior. Las torres de refrigeración se fabrican en diferentes tamaños y capacidades para adaptarse a diferentes necesidades de refrigeración. Son seleccionados para aplicaciones concretas basadas en la temperatura de entrada del agua caliente se enfría, dejando la temperatura a la que el agua debe ser enfriada, el caudal del agua, y el bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco de la el aire ambiente. Las torres de enfriamiento utilizadas en los sistemas centrales de aire acondicionado son comúnmente clasificadas para recibir agua a 35°C y abastecer de agua a las cámaras de refrigeración de 29,4°C. Esta diferencia de temperatura entre el retorno y el suministro de agua se llama el "rango". Desde la torre de enfriamiento de rendimiento depende de la temperatura de bulbo húmedo del aire, normalmente son seleccionados para operar a una específica "enfoque" de temperatura, que es la diferencia entre la temperatura del agua que sale de la torre de refrigeración y la temperatura de bulbo húmedo del aire [9]. En teoría, las torres de enfriamiento son capaces de enfriar el agua a la temperatura de bulbo húmedo del aire. Sin embargo, esto requeriría una gran área de enfriamiento de la


superficie de la torre. Por lo tanto, las torres de refrigeración son normalmente diseñadas para enfriar económicamente agua a una temperatura de enfoque de cerca de 2.8°C [9].

5. Sistemas de tratamiento y distribución de aire:

En los edificios en los cuales se debe centralizar el frío o el calor, el aire se trata normalmente en unidades de tratamiento de aire (AHUs) para controlar el contenido de humedad y temperatura. Una vez que el aire se trata, es transportado y distribuido a diversas partes del edificio. Un sistema de distribución de aire típico consiste en ventiladores, conductos, amortiguadores, filtros, tomas de aire y salidas de aire, como se muestra esquemáticamente en la Figura. 12.3.2.

Figura. 12.3.2. Sistema de distribución de aire típico [9].

En estos sistemas, una mezcla de aire exterior (para la ventilación) y parte del aire que regresan de espacios acondicionado (aire de retorno) se filtra y luego tratados por las bobinas. Desde ese momento, el ventilador transporta el aire tratado a través del suministro de sistemas de conductos, que se distribuye en las cantidades necesarias a los espacios de estar condicionado a través de puntos de venta y amortiguadores. Después de realizar el enfriamiento necesario o calefacción, el aire se devuelve más adelante de los espacios condicionados a través de las entradas y vuelve a los conductos. Algunos de los de retorno de aire se recircula de nuevo a la AHU, mientras que el saldo es expulsado para que el aire fresco suficiente para ser añadido al sistema [9]. En un sistema de distribución de aire, el ventilador proporciona la energía necesaria para mover el aire superar perdidas que se producen por la fricción en los conductos y las pérdidas de presión debido a los componentes del sistema, tales como filtros, baterías, y accesorios varios. La energía eléctrica necesaria para operar el sistema puede ser minimizado si el diseño del sistema se ha optimizado para reducir estas pérdidas.


6. Sistemas de iluminación:

Los sistemas de iluminación que normalmente representan más del 20% de la energía eléctrica consumida en los edificios comerciales. Los sistemas de iluminación no sólo consume energía directamente para generar luz, en edificios con aire acondicionado, que también, indirectamente, representan alrededor de la energía consumida por los sistemas de aire acondicionado, ya que el calor absorbido por la iluminación tiene que ser eliminado por el sistema de refrigeración de la construcción [9]. Sin embargo, la iluminación es esencial para los edificios para garantizar la comodidad, productividad y seguridad de los ocupantes del edificio. Por lo tanto, los sistemas de iluminación deben ser cuidadosamente diseñados para lograr el nivel de iluminación deseado mientras utiliza la mínima cantidad de energía. El ahorro de energía de los sistemas de iluminación se puede lograr por medios tales como la optimización de los niveles de iluminación, la mejora de la eficiencia de los sistemas de iluminación, uso de controles, y la luz del día (con luz natural).

7. Sistemas eléctricos del edificio

Los sistemas eléctricos de un edificio están conformados por los transformadores, sistemas de distribución, interruptores, paneles de control, y los motores, que se utilizan para los equipos de operaciones, tales como la planta de aire acondicionado, bombas, ascensores, y los fans. El equipo de oficina como computadoras, impresoras, copiadoras, y la iluminación representan la mayor parte del balance de energía eléctrica usada en los edificios [9]. Las compañías de servicios públicos, suministran la energía eléctrica consumida en kWh. La tarifa que se paga por cada unidad de kWh utilizados pueden ser de interés fijo, por niveles (pico, fuera del pico, subasta, y así sucesivamente), o en base a la hora del día. Dependiendo de la estructura arancelaria, las empresas de servicios también cobran por la demanda de potencia máxima (kW) y factor de potencia. Para las cargas totalmente resistentes, la energía eléctrica es el producto del voltaje y la corriente utilizados.

La unidad básica de potencia es watt (W) y normalmente se mide en kilovatios (kW), que es de 1000 W. El voltaje se mide en voltios (V) y la corriente en amperios (A). La energía eléctrica es la energía utilizada durante un tiempo y es el producto de la energía y el tiempo.


Por lo tanto, la energía eléctrica de 1 kWh es de 1 kW utilizados en una hora. En los circuitos que contienen elementos inductivos tales como bobinas del motor, las bobinas de transformadores, balastros y lámparas fluorescentes, hay dos componentes principales. Uno de ellos es la potencia real absorbida por el componente para hacer un trabajo útil, llamado potencia real (o potencia activa), y la otra es la potencia reactiva utilizada para magnetizar los elementos magnéticos. La potencia aparente es la suma vectorial de la potencia reactiva y activa y normalmente se calcula en kVA (producto de los voltios y los amperios dividido por 1000) [9]. El factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Los rangos de factor de potencia están entre 0 y 1.0. El mayor factor de potencia de 1,0 se logra si no hay potencia reactiva, como en el caso de cargas totalmente resistente. El factor de potencia es:

Por lo tanto,

El factor de potencia para un edificio depende de los diferentes equipos y sistemas utilizados en ese edificio. En el caso de los motores, el factor de potencia también puede variar con la carga aplicada en el motor. Las empresas de servicios públicos por lo general penalizan a los consumidores si el factor de potencia total está por debajo de cierto valor. Eficiencia de los motores La eficiencia es la medida de lo bien que un dispositivo eléctrico convierte la energía consumida en trabajo útil. Algunos dispositivos, como calentadores eléctricos pueden convertir el 100 % de la energía consumida en calor. Sin embargo, en otros dispositivos tales como motores, la energía total consumida no se puede convertir en energía utilizable como una cierta parte se pierde y no puede recuperarse, ya que se gasta en las pérdidas asociadas con el uso del dispositivo. Por lo tanto, es necesario establecer más de 1 kW de potencia para producir 1 kW de potencia mecánica. La eficiencia del motor está dada por:

Las mayores pérdidas en un motor es la pérdida de resistencia del estator (estator I2R ), seguida por la pérdida de resistencia del rotor (rotor I2R). Estos son seguidos por las pérdidas en el núcleo (histéresis y corrientes de eddy) como resultado de los ciclos de las fuerzas magnéticas en el motor. Otras pérdidas de motor son la pérdida de fricción de los


rodamientos de la pérdida de compensación de viento debido a la fricción durante el enfriamiento y la rotación del motor, y las pérdidas parásitas [9]. La eficiencia de los motores depende del tamaño, y normalmente oscila entre el 78 al 93 % para los motores de eficiencia estándar. Además de estos motores estándar, algunos fabricantes de automóviles también se producen los motores de eficiencia superior, que operan a mayores eficiencias 3-7 % más que los diseños estándar. En estos motores de eficiencia energética, se reducen las pérdidas por:

El uso de cable con una resistencia más baja.

Mejoras en el diseño del circuito eléctrico del rotor.

Aumento de la permeabilidad magnética en los circuitos del estator y el rotor.

El uso de láminas de acero más delgada en los circuitos magnéticos.

Mejora de la forma de la base del estator y un rotor de acero circuitos magnéticos.

Menor diferencia entre el estator y el rotor.

Interior del ventilador, aletas de refrigeración y los conductos de aire diseñados para reducir la demanda de potencia de refrigeración.

El uso de rodamientos con menor fricción. Variadores de velocidad Muchos sistemas de construcción están diseñados para operar en condiciones de carga máxima. Sin embargo, la mayoría de los sistemas de construcción deben funcionar a su plena carga sólo por períodos cortos de tiempo. Esto se traduce a menudo en muchos sistemas operativos ineficiente durante largos períodos de tiempo. La mayoría de estas operaciones ineficientes de los edificios se encuentran en sistemas de aire acondicionado que normalmente se clasifica para cumplir con las condiciones de carga máxima, que tienen experiencia única para el día de período corto [9]. Algunos ejemplos de este tipo de operaciones son:

Agua fría y caliente de las bombas de distribución de agua.

Ventiladores de refrigeración de la torre.

Unidad de tratamiento de aire (fans).

Los sistemas de ventilación. La eficiencia de estos sistemas se puede mejorar mediante la variación de su capacidad de satisfacer sus necesidades de carga. Como todo lo anterior son las aplicaciones de par variable, la potencia necesaria (para conducir las bombas o ventiladores) varía con el cubo de la velocidad y, por tanto, de gran potencia resultado de las reducciones de pequeñas reducciones en la velocidad. El método más común consiste en modular la velocidad de


los motores de las bombas y ventiladores para variar su capacidad utilizando controladores de velocidad variable (VSD) [9]. El motores más utilizado en los edificios de hoy es el de tres fases, motor CA asíncronos (corriente alterna), que es barato y de construcción muy fiable. Ordinaria motores de corriente alterna asíncronos están diseñados para hacer la velocidad de operación depende de la frecuencia y la tensión relacionada con el motor [9]. Un VSD [a veces llamado una unidad de frecuencia variable (VFD)] es una unidad electrónica que proporciona control infinitamente variable de la velocidad de motores de corriente alterna trifásica mediante la conversión de tensión de la red fija y la frecuencia en cantidades variables. No tiene partes móviles y utiliza un rectificador que la corriente directa, que se pasa a un inversor para generar la frecuencia de la tensión del motor. Los principales componentes de una VSD son el rectificador, inversor, circuito intermedio, y los circuitos de control [9]. Las principales funciones de cada componente son:

Rectificador: Convierte el AC a DC (corriente directa)

Circuito intermedio: Estabiliza o suaviza la tensión continua pulsante y reduce las votaciones de los armónicos a la red eléctrica.

Inversor: Convierte devuelta la tensión continua en corriente alterna variable con una frecuencia variable.

Circuito de control: Controla el VSD, permite el intercambio de datos entre el VSD y los periféricos, recoge los informes y mensajes de error y lleva a cabo funciones de protección de los VSD.

Optimización de la Potencia de los Dispositivos Diversos dispositivos de optimización de energía, que son esencialmente "cajas de negras", están disponibles en el mercado. Por lo general, contiene circuitos electrónicos que controlan parámetros como la carga del motor y factor de potencia y continua adaptación de la oferta de potencia del motor para minimizar el consumo. Ensayo realizado en algunos dispositivos han demostrado que son capaces de ahorrar en el consumo de potencia del motor en aplicaciones de par variable, tales como ventiladores, bombas y escaleras mecánicas. Comparaciones de VSDs con dispositivos indican que la primera es capaz de proveer ahorros muy superiores para las aplicaciones, tales como bombas y ventiladores, que puede ser la velocidad de variar para adaptarse a las condiciones de carga. Prueba con un volumen de aire constante (CAV) AHU, donde la velocidad del ventilador no se puede modular, mostró que el poder de la optimización de dispositivos son capaces de lograr ahorros de energía. El ahorro real obtenido depende de la carga del motor. Para los motores cargados a sólo 60 a 70 % de la capacidad nominal, se logra un ahorro energético de más del 20 % [9].


Para escaleras mecánicas, las pruebas mostraron que se puede lograr un ahorro energético de cerca del 10 %. Dado que para las escaleras mecánicas del consumo de potencia del motor real es baja (promedio de 3 kW a 4 kW), el valor de los ahorros realizados no puede justificar económicamente la instalación de tales dispositivos. Pérdidas del transformador Los transformadores son equipos utilizados para cambiar el suministro del voltaje de corriente alterna. Normalmente, los edificios que suplen electricidad de la red en alta tensión, tales como 66 kV y 33 kV. La tensión de alimentación por lo tanto, tiene que ser reducida para que el equipo en el edificio puede hacer uso de la electricidad suministrada. La bobina primaria está conectada a la fuente de alimentación, mientras que el secundario está conectado a la carga. La energía eléctrica se transmite por la inducción y la relación entre la tensión primaria a la tensión secundaria es proporcional al número de vueltas de la bobina primaria al número de vueltas de la bobina secundaria. Por lo tanto, los transformadores pueden descender o step-up en función de si el voltaje secundario es inferior o superior a la tensión primaria [9]. Hay dos tipos básicos de transformadores: de tipo seco y de tipo líquido. En los transformadores de tipo seco el enfriamiento se logra a través de la libre circulación de aire, mientras que en el líquido, los transformadores utilizan un líquido que actúa como refrigerante y como un aislante dieléctrico. Los transformadores son generalmente eficaces y presentan bajas pérdidas de energía. Las pérdidas son normalmente de 1 a 2 % de la capacidad del transformador y dependen del tipo y tamaño del transformador. Las pérdidas del transformador se deben principalmente a pérdidas en el cobre, pérdidas por corrientes parásitas y pérdidas por histéresis. Las pérdidas de la bobina se deben a la energía disipada en forma de calor causado por la resistencia del conductor. La cantidad de energía disipada es directamente proporcional a la resistencia del conductor y el cuadrado de la corriente que fluye a través de él (I2R). Sin carga las pérdidas debidas a las pérdidas de corriente magnetizante, que se utiliza para energizar el núcleo del transformador, por lo general se pueden clasificar en pérdidas por histéresis, pérdidas por corrientes parásitas, las pérdidas I2R debido a la corriente en vacío, las pérdidas parásitas de eddy, y el dieléctrico. Las pérdidas de histéresis y pérdidas por corrientes parásitas contribuyen más y representan alrededor del 99 % de las pérdidas sin carga, mientras que las pérdidas parásitas de corrientes de eddy, las pérdidas dieléctricas, y las pérdidas I2R por cuenta corriente sin carga para el resto. Las pérdidas de histéresis provienen de las moléculas en las laminaciones núcleo resistir ser magnetizado y desmagnetiza por el campo magnético alterno. Esta resistencia de las moléculas de las causas de fricción, que se traduce en calor. La palabra griega, histéresis, significa "retraso" y se refiere al hecho de que el flujo magnético que va a la zaga de la fuerza magnética. Elección del tamaño y tipo de material de la base reduce las pérdidas de


histéresis. Las pérdidas se producen por corrientes de eddy en el núcleo del transformador debido al campo magnético fluctuante y voltaje inducido, que causan las corrientes al azar a fluir a través del poder central se disipa en forma de calor. Las pérdidas de histéresis son las pérdidas asociadas con los dominios magnéticos del material del núcleo. Ascensor Los ascensores pueden dar cuenta de una parte significativa del consumo de energía eléctrica en edificios de gran altura comercial. En los edificios con aire acondicionado, el ascensor generalmente representa más del 5 % del consumo total. Los dos tipos principales de los ascensores son de tipo hidráulico, que cuentan con sistemas hidráulicos para proporcionar el movimiento, y los ascensores de tipo tracción, que utilizan cables detenido poleas accionado por un motor. Los ascensores de tracción tienen contrapesos vinculados a la cabina del ascensor por un sistema de poleas para que el contrapeso disminuya cuando sube la cabina del ascensor y viceversa. Esto ayuda a reducir el peso a levantar [9]. En los ascensores, la energía es consumida principalmente por el motor elevador, los sistemas de frenos, luces y ventiladores. El motor del ascensor por lo general consume la mayor cantidad de energía. Sin embargo, bajo ciertas condiciones de funcionamiento los motores del ascensor pueden funcionar en modo regenerativo, por ejemplo, cuando el peso de la cabina del ascensor y los pasajeros es menor que el peso del contrapeso cuando se viaja hacia arriba. El consumo de energía eléctrica de los ascensores dependerá de factores como el tipo de unidad de motor usado, el número de arranques (apertura de puertas), la capacidad de carga, altura del edificio, y la ocupación del edificio. Disponibles a partir de estudios de los datos de ascensores utilizados en media y edificios de gran altura indican que el consumo promedio de los ascensores va desde 5 a 40 kWh/día. Máxima reducción de la demanda La demanda máxima de un edificio es la potencia máxima utilizada de la red en kW. La demanda eléctrica se suele calcular el promedio de la demanda de alimentación integrada en un intervalo fijo (normalmente 30 minutos) utilizando un medidor de demanda máxima. Este cálculo se realiza de forma continua durante el mismo intervalo de tiempo fijo. Si la demanda máxima durante un período de tiempo determinado es inferior al valor anterior, el medidor mantiene la lectura anterior [9]. Sin embargo, si la nueva lectura es superior a la previamente grabada mayor demanda máxima, entonces el nuevo valor se conserva. El valor máximo que permanece al final de un mes se toma como la demanda máxima para el edificio de ese mes.


Empresas de servicios públicos cobran a los consumidores para la demanda máxima de generación de energía como su equipo, el cableado de distribución, e interruptores deben ser de tamaño para satisfacer las necesidades de la demanda máxima de los usuarios finales. Por ejemplo, si un consumidor tiene la demanda de energía de alta por un corto período de tiempo durante el día en comparación con la demanda en otros períodos de tiempo, la compañía de servicios públicos todavía tiene que invertir en infraestructura adicional para satisfacer esta demanda a pesar de que sólo se requiere por un período de tiempo corto. Por lo tanto, para compensar esto y para alentar a los consumidores para reducir la demanda de energía, empresas de servicios públicos de carga basado en la demanda máxima. La atención de los cargos de la demanda máxima depende de la estructura arancelaria actual y puede representar una porción significativa de la factura de servicios públicos. Por lo tanto, un considerable ahorro se puede lograr mediante la reducción de la demanda de potencia máxima. Corrección del Factor de potencia El factor de potencia es la relación entre potencia activa y la potencia aparente. Los rangos de factor de potencia van de 0 a 1,0. El mayor factor de potencia de 1,0 se logra si no hay potencia reactiva, como en el caso de cargas totalmente resistente. Cargas eléctricas en edificios comerciales e instalaciones industriales no son totalmente resistentes y el componente de energía reactiva puede ser significativo. Aunque sólo la potencia real se consume, la empresa de servicio público tiene que poner a disposición del consumidor el requisito de potencia total consumida tanto de la potencia real y potencia reactiva. Dado que la energía reactiva, constituye una carga adicional en la transmisión de energía y sistema de distribución, empresas de servicios públicos penalizan a los consumidores si su factor de potencia es bajo [9]. Para las empresas de servicios públicos la lleva a una sobrecarga en la transmisión de potencia y sistemas de distribución, lo que lleva a la necesidad de una mayor capacidad de las plantas de energía, cables de transmisión y conmutación. Para los consumidores, bajo factor de potencia en los resultados de la sobrecarga de los equipos y mayores pérdidas de energía debido al aumento de flujo de corriente. Por lo tanto, el factor de potencia debe estar lo más cerca posible a la unidad y, en general, valores superiores a 0,9 se consideran buenos. El factor de potencia puede ser mejorado mediante la instalación de condensadores en paralelo para reducir la potencia reactiva. La corrección del factor de potencia puede ser la corrección estática, donde los condensadores están conectados en cada corrección de arranque o la mayor parte, cuando los condensadores están conectados en los tableros de distribución.


Perdidas del equipo de reserva En los últimos 10 años, la energía consumida en los edificios comerciales ha ido en aumento debido al mayor uso de aparatos de oficina, como computadoras, impresoras y fotocopiadoras. Oficinas comerciales de hoy en día ofrecen un PC o estación de trabajo durante casi todo el personal, muchos de ellos con monitores de 17'' o 21'' [9]. Además, debido al aumento del costo de espacio de oficinas, las oficinas están siendo comprimidas, con una mayor densidad de personal por unidad de superficie del piso y un mayor consumo de energía en edificios de oficinas. La mayoría de equipos de oficina se están realmente utilizando sólo unas pocas horas al día, lo que les enciende la pantalla en blanco para el resto del día mientras que el personal tome descansos, almuerzo, asistir a la reunión, y dejar la oficina para otras citas. Además, las computadoras impresoras, fotocopiadoras, e incluso a menudo se dejan encendido después de horas de oficina. La investigación ha mostrado que estos equipos pueden llegar a consumir hasta un 50 % del consumo normal de energía incluso cuando está en modo de espera o de reposo si no se apagan. En 1994, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) inició el programa ENERGY STAR para los equipos para tratar el problema del derroche de energía de los ordenadores y las impresoras láser cuando se quedan dentro y no se utiliza. El programa requiere que los monitores de ordenador tienen la capacidad de poder reducir los niveles de 30 W o menos. Las impresoras láser están obligadas a apagar cuando está inactivo a los niveles de potencia de 30 a 60 W, dependiendo de la velocidad de impresión. Un programa similar se presentó más tarde también para las máquinas copiadoras y de fax [9].

8. Sistemas de automatización del edificio Los sistemas de automatización de edificios (BAS) son sistemas informáticos basados utilizados para el seguimiento, control y gestión de equipos y sistemas en los edificios. La construcción de sistemas normalmente administrado por un BAS incluyen aire acondicionado, ventilación, iluminación, calefacción, protección contra incendios, eléctricas y sistemas de seguridad [9]. Debido a los avances en tecnología de la información, un BAS puede ser integrado con otros servicios del edificio como los sistemas de automatización de oficinas, instalación de sistemas de reserva, y la utilidad de medición y sistemas de facturación. Por lo tanto, además de la vigilancia y el control, un BAS puede ayudar en la gestión de instalaciones. Los principales componentes de un BAS incluyen, sensores, actuadores, controladores de red de comunicación de datos, equipo host, y el software. El sistema de automatización de una edificación es una herramienta de gestión de energía muy importante. Se pueden


utilizar para controlar varios sistemas consumidores de energía en los edificios y realizar muchas otras funciones necesarias para optimizar sus operaciones.

9. Envolvente del edificio. Los edificios están diseñados para proporcionar un ambiente cómodo interior de los ocupantes durante todo el año a pesar de las variaciones en las condiciones climáticas externas. Esto se logra mediante el uso de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). La envolvente del edificio, que se compone principalmente de paredes, techos, ventanas, puertas y pisos, permite el flujo de calor entre el interior y el exterior de un edificio y, por tanto, desempeña un papel clave en la regulación del ambiente interior. Por lo tanto, las características térmicas de la envolvente del edificio tienen una influencia significativa en la calefacción, ventilación y sistemas de aire acondicionado, y afecta tanto, la capacidad del equipo y la energía necesarios para su funcionamiento [9]. La mayoría de las medidas para optimizar el rendimiento térmico de los sobres de construcción deben ser incorporados en la etapa de diseño de edificios o durante un ejercicio de mejora importante, ya que no son fáciles de aplicar y supondrá un coste considerable. A pesar de estas medidas de mejora son relativamente caros, ya que normalmente resultan en una menor carga de calefacción y refrigeración, lo que a su vez se traduce en reducción de equipos y un menor consumo de energía, por lo general cuando se considera económicamente viable sobre la base del ciclo de vida.

10. Energías renovables [13] Es necesaria la creación de un perfil de baja consumo energético para disminuir el consumo de recursos no renovables y adicionalmente integrar masivamente el uso de energías renovables. Por esta razón se considera que la integración de energías renovables es un ECO de vital importancia en la búsqueda de mejorar la eficiencia energética en las edificaciones colombianas. Al ritmo mundial del consumo de energéticos se va a llegar a un punto de no retorno donde la energía necesaria para extraer el petróleo sería mayor que su valor energético, afirma el eminente ecólogo HT Odum [13]. El mundo se acerca al momento donde los costos de la energía están aumentando dramáticamente como resultado de la demanda internacional y la competencia feroz, sin embargo se está a tiempo para tomar algunas decisiones muy importantes con respecto a la forma en que se vive y los tipos de edificios que se crean. El movimiento de la edificación sustentable y los proyectos para mejorar los edificios cobrar una importancia relevante y Colombia debe estar involucrando este tipo de sistemas en sus edificaciones. Los defensores de un cambio tan radical creen que los edificios deben ser de energía neutral o incluso los exportadores netos de energía [13]. Por esto se fomenta la utilización de la energía solar, el acoplamiento de tierra, de enfriamiento por radiación, y otros


enfoques radicales pueden permitir que los edificios generen por lo menos tanta energía como consumen. De las energías renovables se revisan las posibilidades en energía solar, calefacción solar pasiva, tecnologías de celdas de combustión, energía eólica, energías marítimas, energía geotérmica, biocombustibles y las tecnologías de biogás, y la energía hidroeléctrica [14].

Energía solar: Como premisa se tiene que, a pesar de que un sistema de cogeneración de energía solar requiere una inversión inicial, las ventajas a largo plazo, económicos y ecológicos son tan importantes que el despliegue en el proyecto existente se debe dar una consideración especial. Las células solares o fotovoltaica (PV) son dispositivos electrónicos que, básicamente, convertir la energía solar de la luz solar en energía eléctrica o la electricidad. Las células solares convierten la energía mientras hay luz del sol. Por la noche y en condiciones de nublado, el proceso de conversión disminuye. Las células solares no almacenan electricidad, pero las baterías se pueden utilizar para almacenar la energía. Uno de los aspectos más fascinantes de las células solares es su capacidad para convertir la forma más abundante y libre de la energía en electricidad, sin mover las piezas o componentes y sin producir ninguna forma adversos de la contaminación que afectan a la ecología, ya que se asocia con la mayoría de las formas de saber métodos de producción energética no renovable, tales como los combustibles fósiles, hidroeléctricas, nucleares o plantas de generación de energía.

Tecnologías de calefacción solar pasiva: El pasivo de largo plazo implica que la energía la energía solar es recolectada por la exposición directa de los líquidos, como agua o un medio líquido, que absorben la energía térmica y posteriormente convertir la energía de vapor o de vapor, que a su vez se utiliza para mover turbinas o proporcionar la evaporación de energía en refrigeración y aire acondicionado. La energía solar es la energía del sol, sin la cual la vida tal como la conocemos en nuestro planeta dejaría de existir. La energía solar ha sido conocido y utilizado por la humanidad a lo largo de los siglos. Como todos sabemos, concentrando los rayos solares con una lupa puede proporcionar energía intenso calor que puede quemar la madera del agua o calefacción a una temperatura de ebullición. Como se verá más adelante, los últimos avances tecnológicos de este sencillo principio, actualmente se utilizan para aprovechar la energía solar y proporcionan una abundancia de energía eléctrica.

Tecnologías de celdas de combustible: En general, las pilas de combustible son dispositivos, como la batería-que producen energía eléctrica por medio de reacciones electroquímicas. A diferencia de las baterías, siempre y cuando el combustible se suministra, las células producen electricidad con una degradación


mínima o recarga. La degradación de pilas de combustible, dependiendo del tipo de producto y tecnología, puede degradar el 1-4 por ciento por cada 100 horas, como resultado en un período de 5 a 7 años, las pilas se sustituyen o reconstruidas.

Energía eólica: Es la energía de los vientos y su uso depende de la ubicación de la edificación, no en todos los sitios se puede utilizar. Por lo tanto tiende a ser un poco más restrictiva que la energía solar.

Tecnologías Energéticas del mar: las tecnologías que se utilizan para la conversión de energía oceánica se manifiestan en muchas formas diferentes, tales como olas, mareas y corrientes oceánicas.

La energía geotérmica: El término geotermia es una composición de dos palabras griegas: geo significa "tierra " y termia que significa "calor". La palabra combinada, es el calor generado por la tierra. Centro de la Tierra se forma a partir de hierro fundido situado a unos 4.000 Km de su corteza. La temperatura estimada del núcleo de la Tierra es de unos 5000 ° C, el calor que lleva a cabo desde el centro se calienta las capas exteriores de piedra conocido como la chimenea. Cuando el manto se funde y es echado de la corteza, se llama magma. Filtraciones de agua de lluvia a través de grietas y fallas geológicas se sobrecalentado y emerge como géiseres y aguas termales, ya veces queda atrapada en los huecos subterráneos que se convierten en reservorios geotérmicos. La energía geotérmica como una tecnología implica la producción de energía eléctrica mediante el uso de estos depósitos de agua caliente. El proceso consiste en la perforación de pozos a una profundidad de 2 millas que llegan a los yacimientos geotérmicos, donde se trae el agua caliente a la superficie en forma de vapor y se calienta hasta 250 ° F si así se requiere. El vapor, a su vez se utiliza para accionar turbinas eléctricas del generador. En las zonas donde el agua no es tan caliente como para convertirse en vapor, agua caliente se hace circular a través de proyectos comerciales, industriales y residenciales para la calefacción y el proceso de secado. Después de ser utilizada, el agua se distribuye pasó de nuevo al depósito y el proceso se repite.

Los biocombustibles y las tecnologías de biogás: La biomasa es la energía solar almacenada en los tejidos vegetales y animales y materiales en forma química y es considerado como el recurso más vital en la Tierra. La biomasa, además de proporcionar sustento a las plantas y los animales es también la fuente más importante de energía y se utiliza en la construcción de la mayoría de los materiales hechos por el hombre, tales como telas, medicinas y productos químicos y materiales de construcción. El uso de biomasa como fuente de energía se remonta al descubrimiento del fuego por los humanos. En esta sección vamos a


revisar los combustibles de biomasa y las tecnologías que nos proporcionan los distintos tipos de energías utilizadas en las diversas formas de carburante para vehículos, la generación de energía, y la creación de componentes de la computadora.

La energía hidroeléctrica: la dinámica de la energía del agua es el resultado de la constante movimiento y transformación del ciclo global que resulta del efecto de la energía solar. El ciclo consiste en la evaporación de los océanos y aguas de mar que forma las nubes que a su vez crear las precipitaciones en forma de lluvia o nieve, y, finalmente, el ciclo se completa cuando el agua en los ríos fluye de regreso al océano. La energía de este ciclo del agua es aprovechado por una amplia variedad de tecnologías que se describen en los capítulos anteriores, incluidas las estaciones de energía hidroeléctrica.

Las civilizaciones antiguas ruedas hidráulicas utilizadas para aliviar los seres humanos de algunas formas de trabajo manual. La energía del agua fue utilizada por los griegos, alrededor de 4000 aC, que utiliza energía hidráulica para activar las ruedas hidráulicas para moler trigo en harina. Con la invención de la turbina de agua a principios de 1800 la tecnología de la energía hidroeléctrica se adelantó pronto para producir electricidad. La principal ventaja de la energía hidroeléctrica es que es renovable, no genera contaminación atmosférica durante la operación, y ha operación relativamente muy bajos y los costos de mantenimiento. Otro atributo positivo de los proyectos hidroeléctricos es que las presas y embalses que retienen el agua se puede utilizar como instalaciones recreativas. Las desventajas asociadas a la generación de energía hidroeléctrica son el alto costo de capital inicial y el potencial de sitios específicos impactos negativos ambientales y ecológicos, que será discutido en detalle.

12.4 Anexo 4: ECOs para Colombia A continuación se presentan soluciones para Colombia de las empresas Schneider Electric, ABB y Siemens. La información de este anexo es tomada de las páginas oficiales de cada una de las compañías y de sus respectivos catálogos del fabricante Los productos y soluciones de Schneider [15] están en cada aspecto de la cadena energética que permite 10 a 30% o más en el ahorro de energía. Sus productos se centran en que:

1. La tecnología es fundamental para lograr la eficiencia energética.: Las innovaciones en energía inteligente seguirán teniendo un impacto significativo sobre el consumo energético y permitirán una reducción de emisiones.


2. La información, la experiencia y el conocimiento son fundamentales para aplicar tecnologías de manera práctica y económicamente viable.

3. Comportamiento y la capacidad continúa de innovación en soluciones que faciliten las acciones de puesta en marcha y mantengan un nivel aceptable de ahorro.

Para mejorar el rendimiento de la red eléctrica y mejorar la eficiencia energética Schneider propone corregir el factor de potencia y realizar un filtrado de armónicos. La mayoría de los servicios públicos tienen políticas específicas para la facturación de energía reactiva. Generalmente, se aplican sanciones si la potencia activa/potencia aparente, no está dentro de las directrices establecidas.

Corrección del Factor de Potencia: la solución se centra en modificar y controlar la potencia reactiva para evitar sanciones de servicios públicos, y reducir la demanda global kVA. Estas soluciones dan como resultado la reducción de facturas de servicios públicos de energía en un 5 a un 10%. En este contexto se proponen los equipos:

Varplus2, Varlogic Varpact, Rectimat2 Cada una de estas máquinas eléctricas necesita de energía activa y reactiva para operar. La medición del factor de potencia identifica el nivel de potencia reactiva y lo optimiza para minimizar costos y evitar sanciones. Si el factor de potencia cae por debajo del límite establecido por la utilidad (por ejemplo en Colombia: 0,90), entonces el factor de potencia del banco de corrección modifica el nivel para evitar sanciones.

Soluciones de filtrado de armónicos son un medio para reducir y eliminar los armónicos. Aumentan la vida útil de los equipos hasta un 32% para las máquinas monofásica, hasta 18% para las maquinas trifásicas y de hasta un 5% para los transformadores.

Varset, Onda de UPS, Accusine Los equipos tales como discos, inversores, UPS, hornos de arco, transformadores, filtros y lámparas de descarga pueden generar distorsión de la tensión o armónicos. Estos armónicos de tensión en la red, los cables de las sobrecargas y transformadores, las interrupciones de la causa y molestar a muchos tipos de equipos tales como computadoras, teléfonos y máquinas rotativas. La vida de los aparatos puede reducirse considerablemente. El filtrado de armónicos es un medio para reducir y eliminar los armónicos. Estas soluciones aumentan la vida útil de los equipos de hasta 32% para máquinas de una sola fase, hasta el 18% para maquinas trifásicas y de hasta un 5% para los transformadores. En cuanto a los ítems de ECOs presentados anteriormente Schneider se centra principalmente en: las centrales de aire acondicionado y sistemas de refrigeración, sistemas de bombeo, iluminación, y automatización del edificio.


En cuanto a las centrales de aire acondicionado y sistemas de refrigeración, se ha definido que la calefacción, ventilación y aire acondicionado puede representar más del 40% del consumo energético en edificios e instalaciones en funcionamiento. Mejorar el control y la gestión de la ventilación, la temperatura y el uso del sistema reducirá el consumo de energía y ayudará a mantener el consumo en un nivel óptimo. Desde simples productos de control independiente a los sistemas mundiales de gestión de energía para edificios, las soluciones de climatización pueden ahorrar hasta un 30% del consumo de energía. Para aplicaciones de ventilación, las soluciones basadas en las unidades Altivar pueden ahorrar hasta un 50% en el consumo de energía en comparación a las instalaciones convencionales de motor de arranque y la regulación de flujo.

Multi 9: Esta solución se basa en una estrategia de desconexión de carga, termostatos para optimizar el consumo energético, y los contractores simplse para arrojar la carga en momentos de máxima demanda. Reduce las facturas de energía, reduce tarifas en horas punta la demanda, y evita tropiezos inesperados de las cargas. Esta solución se puede aplicar en el ámbito residencial para gestionar los sistemas de calefacción y los aparatos eléctricos y en el ámbito comercial para gestionar la iluminación, calefacción y otros procesos industriales pequeñas.

Altivar 21: Diseñado específicamente para aplicaciones de bombas de climatización y ventilador, estas soluciones son el ahorro de costos efectivos y la energía. Premontado, precableado y pre-programadas, que garantizan el tiempo de instalación rápida.

Altivar 21, ECO8, Twido, Magelis: Una plataforma abierta, escalable y de control de las comunicaciones en el sistema de gestión del edificio principal para el control avanzado de tratamiento de aire. Estándar de comunicaciones Modbus y Ethernet unidades pareja, controles y panel de operador para la gestión óptima de los sistemas HVAC de un puesto central de control. Desde el diseño hasta la implementación, los especialistas están disponibles para definir e implementar la arquitectura más eficiente en función de necesidades específicas.

Xenta 700: Xenta 700 es un controlador de gestión de edificios basados en IP que combina el control de edificios, la funcionalidad web, gestión de alarmas y gráficos increíbles en un paquete de gran alcance. Como solución independiente del controlador es ideal para las pequeñas instalaciones en las que las cuestiones de costos y la simplicidad. Además de ser una solución independiente, el Xenta 700 es una parte fundamental de la solución de gestión de Vista del edificio.

Vista y Continuo: Vista y continuo son el sistema de gestión de la edificación que proporcionan un control completo de la calefacción, ventilación y aire acondicionado. Se basan en estándares abiertos, amigables e incluyen software de gestión, una gama completa de controladores (específica de la red, programable y aplicación), dispositivos de comunicación y dispositivos de campo. Las soluciones permiten una gestión centralizada de alarmas, puntos de ajuste, horarios, registros, informes y gráficos. Puede monitorear y controlar uno o varios edificios -


in situ o de forma remota - a través de múltiples dispositivos. Los beneficios son considerables ahorros de energía, operaciones de las instalaciones más eficientes y un ambiente interior óptimo.

Para los sistemas de bombeo se sabe que, en la industria, el 60% de la electricidad consumida se emplea para encender los motores y el 63% de esta energía se utiliza para aplicaciones de fluidos, tales como bombas y ventiladores. Muchos de ellos están impulsados por motor de arranque. Esto significa que el motor funciona a toda velocidad, incluso cuando los niveles de flujo requeridos son muy bajos. A menudo estas sistemas de bombeo son ineficientes, ya que utilizan las misma energía en la operación para niveles bajos y altos de agua. La bomba y soluciones de tratamiento de agua equipados con pocas unidades inteligentes pueden proporcionar un ahorro significativo de energía en comparación con las soluciones convencionales: hasta 50% para los ventiladores con recuperación completa dentro de un año, hasta un 30% para las bombas con la recuperación de la inversión dentro de 2 años. Para esto Schneider presenta:

Altivar 61, M340, Advantys, ETG: Esta solución puede manejar las bombas múltiples y ofrecer funciones adicionales, como la cloración o la gestión del depósito. Permite una reducción en el consumo de energía de hasta un 30% dependiendo de las características de la bomba. Esta solución flexible proporciona una gran capacidad de diagnóstico a través de la funcionalidad de Transparent Ready y conectividad Ethernet.

PowerLogic, Compact NS, Altivar 61: Una solución innovadora para actualizar una instalación eléctrica y proporcionar nuevos servicios de análisis para reducir el consumo y reducir la factura de electricidad. Con base en las competencias electro-técnica y un sistema de medición web habilitada, esta solución permite a las recomendaciones de alto nivel para optimizar el proceso de bombeo, reducir el costo de servicios públicos eléctricos.

La iluminación puede representar más del 35% del consumo de energía en los edificios en función de la empresa. El control de iluminación es una de las maneras más fáciles para ahorrar costos de energía y una de las aplicaciones más comunes. Para el ahorro en los sistemas de iluminación las soluciones para el control de la iluminación pueden ahorrar hasta un 50% en la factura de electricidad, en comparación a las instalaciones tradicionales. Estos sistemas son siempre flexibles y diseñados para la comodidad de los usuarios. Las soluciones pueden ir desde muy pequeñas y locales, como con temporizadores y sensores de ocupación, hasta sofisticadas soluciones personalizadas y centralizadas que forman parte de sistemas completos de automatización de edificios.

MDL 360 detectores de movimiento: Un detector de movimiento de 360° garantiza el control automático de iluminación de acuerdo a los niveles de presencia y de la luz. Esta


solución proporciona un ahorro energético de hasta un 16%. Puesto que no hay interruptor de la luz, la iluminación no se activa cuando no se necesita. De manera opcional, un interruptor para anular el detector puede ser proporcionada. Fácil de instalar, la apariencia estéticamente agradable y discreto, resulta apropiada para todo tipo de instalaciones.

C-BUS: C-Bus soluciones de control de iluminación se combinan controles, sensores y únicos interfaces de usuario flexibles para ahorrar energía y satisfacer las necesidades a medida de la amplia gama de aplicaciones. El ahorro de energía puede ser importante - hasta un 65% con sensores de ocupación, hasta el 40% a través de regulación luz del día, hasta un 13% a través del control del flujo luminoso y hasta un 35% con la programación de tiempo.

IC Astro Light: El uso de un interruptor astronómico programable sensible a la luz permite automática el encendido y apagado de la iluminación según horas de salida y puesta del sol. Aumenta la confiabilidad de la operación de alumbrado público y ofrece un ahorro potencial de energía del 8% al 16% respecto a las soluciones tradicionales basadas temporizador. Es más confiable que un detector de luminosidad, ya que no se ve afectada por la suciedad y es fácil de instalar y mantener.

La combinación de la climatización y la iluminación contribuyen a más del 70% de la energía utilizada en muchos edificios. La ejecución del edificio, desde el diseño hasta la puesta en marcha, debería llevarse a cabo de una manera que logra de manera óptima guardar los resultados. La eficiencia energética requiere un enfoque estructurado. Medición, monitoreo y control proporcionan información confiable a la hora de tomar decisiones y ayuda a mantener el ahorro sostenido. Por esta razón, en cuanto a los sistemas de automatización del edificio Schneider tiene:

Vista y Continuo: La construcción de sistemas de gestión basados en abierto, estándares de TI agradable que proporciona integración total del control del medio ambiente y gestión de instalaciones. Las soluciones proporcionan un conjunto completo de creación de software de gestión, una gama completa de controladores, dispositivos de comunicación y dispositivos de campo y puede gestionar todas las instalaciones (uno de los edificios y sitios remotos) de un sistema central. Coordinados de control en todos los sistemas de instalación puede proporcionar hasta un 35% de reducción en el consumo de energía global. Paquetes de software adicionales oferta ampliada instalación/gestión de la energía y soluciones de información para ayudar con la gestión del ciclo de vida de las instalaciones y activos.

Adicionalmente se muestran algunas soluciones específicas para las edificaciones de la salud. En las edificaciones dedicadas a la salud el objetivo es garantizar la seguridad del paciente, reducir el riesgo de accidentes y sanciones. El mantenimiento de la política y las habilidades son también esenciales para garantizar el rendimiento de energía segura, y calidad de la energía debe contribuir a evitar las interrupciones y daños a equipos médicos sensibles.


Schneider presenta soluciones sanitarias las cuales se basan en fuentes de energía seguras y resistentes para garantizar la seguridad del paciente y la operación confiable de la edificación. Subcontratadas, si es necesario, el sistema de gestión de edificios avanzada le permite gestionar los riesgos para la salud pública (aire y control del agua), para reducir los costos de energía y contribuir a la "Verde" y "Safe" imagen de los edificios. Uno de los aspectos más importantes en los edificios dedicados a la salud son los sistemas de bombeo y de plantas de aguas residuales. Las soluciones en esta aérea buscan satisfacer un conjunto uniforme de las necesidades de los propietarios de estos tipos de edificios, de acuerdo a los niveles de complejidad del proceso de agua:

Garantizar el rendimiento y la fiabilidad del proceso.

Reducir los costos de mantenimiento y la factura de energía.

Modernización de las instalaciones.

Optimizar la operación del proceso con la comunicación inalámbrica. En cuanto a ABB [16], las soluciones presentadas se centran los sistemas de control y los sistemas eléctricos. Los sistemas de control de ABB ofrecen el nivel adecuado de control y seguridad para los procesos y la automatización de las necesidades de energía con el mejor soporte del ciclo de vida para proteger la inversión y maximizar el rendimiento de las inversiones de activos ya realizadas. Las soluciones ofrecidas por esta empresa son:

System 800xA Extended Automation: Este sistema ofrece una plataforma de automatización con gran capacidad de conectividad que crea un flexible entorno integrado de colaboración. Permite la integración de sistemas, aplicaciones y dispositivos en una arquitectura de información de gran alcance hace que toda la información disponible para su uso en el sistema y proporcionan información para la planta de personal en el contexto de acciones concretas. Este es el poder de la integración. Systems 800xA es la mejor solución para:

Promover la colaboración a través de sistemas integrados y aplicaciones de las plantas.

Mejorar la eficacia a través del operador integrado de información.

Generación de soluciones rentables a través de servicios integrados de ingeniería.

Lograr sin control a través de redes integradas, bus de campo unificado.

La construcción de caminos evolución flexible a través de plataformas de controladores integran a la perfección.

SymphonyTM Plus: es la nueva generación de la automatización total de la planta de ABB para las industrias de electricidad y agua. Está diseñado para maximizar la eficiencia y la fiabilidad a través de la automatización, integración y optimización de la planta entera.


Freelance (sistema de control híbrido): Ofrece el tamaño del PLC y el precio con la funcionalidad de un DCS. El entorno integrado facilita la ingeniería, puesta en marcha, mantenimiento y gestión de bus de campo. La interfaz intuitiva para el usuario permite un fácil manejo y diagnóstico de todo el sistema.

Compact 800: es una gama de productos que se pueden utilizar independientes o

combinados para crear soluciones rentables de control para cumplir con una amplia

gama de necesidades de los clientes. Este producto se desarrolla sobre la base de

normas para asegurarse de que se puede combinar con otros productos en el

mercado de la automatización. Safety Systems: la última generación de sistemas de seguridad, el 800xA SIL3

certificado de alta integridad, constituye una parte integral de la oferta de ABB. 800xA alta integridad está disponible en configuraciones de dos y cuatro, lo que permite a los usuarios finales para adaptar sus soluciones de seguridad del sistema para satisfacer las necesidades específicas de cada instalación y optimizar el costo.

En cuanto a los sistemas eléctricos para los edificios Siemens [17] ofrece sus productos de baja tensión:

Dispositivos de conexión: La experiencia de ABB cubre todas las tecnologías de conexión utilizadas en el mercado:

Bornas Mordaza: Abrazaderas por tornillo, las conexiones más estándares y más universales.

Bornas Resorte: Abrazaderas por resorte, para el crecimiento rápido y estándar en la conexión, con un cableado frontal que maximiza la ergonomía en la conexión.

Bornas ADO: Tecnología de conexión autodenudante, sistema exclusivo y que agiliza enormemente la rapidez en la conexión, especialmente adaptada a aplicaciones con ambientes severos, con vibraciones, choques y corrosiones (prensas, telares, química, petroquímica etc).

Multitud de nuevas tecnologías, como el perno prisionero, fast-on, pluggable, wrapping, utilizados en las industrias de locomoción, energía y petroquímicas. Miles de dispositivos de conexión, incluidos los montados en carril DIN o en placas de circuitos impresas. Todos los dispositivos de conexión de ABB mantienen los estándares más elevados de calidad (IEC, Vde, La UL y CSA) y obtienen aprobaciones mundiales.

Cuadros de potencia: Estandarizados por todo el mundo, es una línea común de producto de ingeniería, que asegura la mejor distribución de energía de baja tensión y control de motores.

Sistemas de baja tensión: Estandarizados por todo el mundo, es una línea común de producto de ingeniería, que asegura la mejor distribución de energía de baja tensión y control de motores.


Interruptores automáticos: ABB ofrece las mejores soluciones cuando es necesario restaurar las condiciones de servicio en caso de avería. De forma rápida y proporcionando a su vez una protección óptima en la instalación eléctrica.

Interruptores-seccionadores: La familia de interruptores consiste en interruptores-seccionadores desde 16 hasta 3150 Amp y los interruptores de levas desde 10 a 315 Amp. Están disponibles para diversas aplicaciones, en centros de control de motores, en cuadros de conmutación, y como interruptores principales equipamientos y máquinas. Desde 1 hasta 8 polos en combinación con interruptores-seccionadores, bypass.

Sistemas Inteligentes: NIESSEN EIB - KNX es el sistema de instalación inteligente que cumple con las más altas demandas de aplicaciones y control en viviendas modernas y edificios.

La domótica EIB - KNX ha sido aceptada como el primer estándar para el control de todo tipo de edificios inteligentes: industriales, comerciales o residenciales.

Con el sistema NIESSEN EIB - KNX , los edificios existentes son más fáciles de gestionar y controlar, lo que resulta en una mayor flexibilidad, seguridad, eficiencia y facilidad de uso.

La flexibilidad de funcionamiento del sistema EIB - KNX en instalaciones eléctricas nos permite que el entorno de trabajo o vida del día a día sea más fácilmente adaptable a las necesidades individuales, ahora y en el futuro.

La gama de productos EIB - KNX incluyen componentes que cubren aplicaciones necesarias en los edificios de hoy, que van desde control de iluminación y persianas a calefacción , ventilación, seguridad, gestión de energía y muchas más.

Motores y generadores: ABB ofrece una extensa gama de motores y generadores fiables y de alta eficiencia para todas las aplicaciones. ABB tiene lo necesario para ayudar a cualquier empresa y aplicación a alcanzar nuevos niveles de eficiencia y ahorros energéticos incluso en las condiciones más exigentes. Combinando los mejores materiales disponibles con una tecnología superior, los motores están diseñados para funcionar de forma fiable, sin importar cúan exigente sea el proceso de la aplicación, además de ofrecer un coste de ciclo de vida muy bajo.

Motores de Baja Tensión: ABB ofrece motores de baja tensión de corriente alterna siguiendo las últimas normativas de eficiencia energética y con la máxima calidad para todos los procesos industriales. ABB siempre ha apostado por ofrecer la máxima eficiencia energética en los motores. De este modo, los productos de alta eficiencia forman el núcleo de la amplia gama ABB.

Motores de Inducción de Alta Tensión: La amplia gama de motores de inducción AC de alta tensión consiste en motores de hierro refrigerados por aire, carcasas modulares con distintas opciones de refrigeración y motores de anillos rozantes modulares. Cada motor es diseñado individualmente para satisfacer los requisitos de aplicaciones específicas.

Motores para Atmósferas Explosivas: ABB ofrece una amplia gama de motores de alta y baja tensión para todos los tipos de protecciones, certificado según los principales estándares. Los motores de Baja Tensión cumplen con los requisitos de eficiencia de clase IE2.


Motores de tracción: ABB ofrece una gama completa de productos de motor y de servicio a la industria ferroviaria y se esfuerza por estar a la vanguardia de la tecnología en todos los aspectos de sus procesos y motores de tracción para la industria. ABB Motores de tracción operar de manera confiable y competitiva durante el ciclo de tiempo de vida del producto y están destinadas a tener un impacto ambiental mínimo. La gama de motores de tracción incluye las últimas unidades modulares en la gama de potencia media y las unidades a la medida en la gama de alta potencia. Los clientes son compatibles desde el concepto de diseño a la implementación. ABB Motores de tracción se suministran para satisfacer toda la gama de requisitos de diseño en términos de suministro de voltaje, velocidad y par motor. Los motores se pueden configurar con todos los métodos comunes de refrigeración. Teniendo transductores de temperatura pueden ser conectadas al sistema del constructor de vehículos de monitoreo de condiciones.

Motores CC: ABB ofrece una amplia gama de motores CC para casi todo tipo de aplicaciones. Los motores son diseñados siguiendo las siguientes pautas: proceso, confiabilidad y calidad.

Servomotors y servodrives: La amplia gama de Servodrives Brushless satisface a todos nuestros clientes complaciendo todos los requisitos de la industria de la automatización. La amplia gama de servomotores de ABB se caracteriza por un alto rendimiento dinámico y una sorprendente fiabilidad. Diseñados con la tecnología más avanzada, los servomotores ABB están a disposición de los clientes para satisfacer todo tipo de requisitos de la industria de la automatización.

Generadores para Turbinas eólicas: ABB le ofrece tanto generadores de inducción como generadores síncronos para aplicaciones eólicas. Los generadores se fabrican a medida de las especificaciones propias y exclusivas de los clientes. Para su fabricación, ABB utiliza avanzadas tecnologías las cuales han sido probadas en motores y generadores de otras aplicaciones industriales, incluyendo la tecnología de imanes permanentes.

Variable speed synchronous motor and drive package: ABB ofrece dos tipos de motor de alto rendimiento conjuntamente con un convertidor de frecuencia para aplicaciones industriales varias tales como ventiladores, bombas y compresores. Ambos conjuntos coexisten perfectamente gracias a la tecnología del motor síncrono sin imanes permanentes. El conjunto motor de eficiencia Super Premium IE4 con convertidor de frecuencia, está diseñado para satisfacer las crecientes demandas de energía renovable para aplicaciones industriales en general.

La última empresa consultada es Siemens [17]. Siemens es una empresa que centra sus posibilidades de ahorro en software que permiten el buen manejo de la carga y la


distribución de la demanda en la edificación. Además presenta algunas soluciones en cuanto a motores eficientes y bases de datos confiables. Lo primero en lo que trabaja Siemens es en definir las medidas óptimas basadas en el análisis económico, para posteriormente utilizar el potencial de ahorro de energía que se ha determinado de la manera más eficaz posible mediante la aplicación de medidas específicas. En este caso, se da especial énfasis a la tecnología utilizada. Siemens ofrece un amplio portafolio en herramientas computacionales para determinar el ahorro de energía, estas herramientas de ahorro de energía permiten determinar rápidamente la tecnología de accionamiento que amortiza con mayor eficiencia el gasto económico aumentando la eficiencia energética. Los software que siemens ofrece son:

SinaSave – Software para el cálculo de le eficiencia energética –: Este software permite realizar cálculos del potencial de ahorro de los costos de cierta tecnología. Sobre la base de los valores característicos de la planta o sistema, el software para la eficiencia energética SinaSave calcula el costo potencial de ahorro posible en las aplicaciones de una unidad específica. Reduciendo costos de energía hasta en un 70% este software se encuentra en una posición muy privilegiada para este tipo de operaciones. Este software toma las referencias de los motores y demás productos que Siemes tenga a la disposición de los usuarios y calcula el ahorro en costos y el tiempo de recuperacion con una clase de alto rendimiento IE2 o NEMA Premium - en comparación a los motores con la clase de eficiencia estándar IE1 o EPACT. Para el funcionamiento de SinaSave se tiene en cuenta todos los parámetros necesarios específicos de la edificación, así como los valores requeridos para el proceso. Otros datos requeridos por el programa incluyen el número de días de trabajo y turnos de trabajo, así como el perfil de carga durante el día y el año, los cuales son decisivos a la hora de determinar el impacto del ahorro de energía.

Calculadora de ahorro de energía para los motores de baja tensión: el programa permite de una forma muy intuitiva calcular los ahorros potenciales que se podrían hacer por medio de motores de ahorro de energía. Para ello, basta con introducir los valores característicos de la aplicación.

Datos B – sistema de gestión de un balance energético transparente – : Con los datos B se ofrece una completa herramienta para la gestión eficaz de la energía a un nivel empresarial. Los datos B permiten a los usuarios aplicar una gestión optimizada y rentable de la energía operacional en las esferas de la planificación de control y adquisición de energía - y de este modo, cubre las tres fases del proceso de gestión de la energía. Los datos B hace que todo sea transparente a través de la energía perfecta y el equilibrio de materiales, por lo tanto los costos de energía que permite que se asignen a los distintos consumidores.

SIMATIC powerrate – Gestión inteligente de la energía para el SIMATIC WinCC y PCS 7 –: Con powerrate SIMATIC, Siemens ofrece un complemento al sistema de visualización SIMATIC WinCC y nuestra SIMATIC PCS 7 sistema de control de procesos. Escalas SIMATIC powerrate, visual, y los archivos valores medios de la


energía y el poder y le asigna una marca de tiempo para el período objeto de examen.

SENTRON PowerManager – Gestión inteligente de energía para soluciones independientes –: El software PowerManager SENTRON es adecuado para aplicaciones en edificios comerciales y edificios industriales pequeños y medianas, donde está siendo utilizado un sistema de automatización SIMATIC o cuando es necesario separar la distribución de automatización y potencia. Con el paquete estándar de funciones para la recopilación, análisis y seguimiento de los diversos valores de medición, es fácil establecer un sistema de gestión de la energía. Otros requisitos específicos del cliente se pueden satisfacer con paquetes opcionales.

En resumen, Siemens ofrece un enfoque que aborda el tema de gestión de la energía de una forma muy completa. Los hardware inteligentes y soluciones de software permiten realizar una gestión transparente de los recursos energéticos, calcular el costo potencial de ahorro y optimización de la energía que se utiliza. En cuanto a las soluciones hardware, Siemens presenta las siguientes soluciones de baja tensión de distribución para lograr una mayor eficiencia energética:

- SENTRON aparatos de medición y dispositivos de maniobra y protección SENTRON: la capacidad de comunicación de los equipos es vital para Siemens, esto crea una base segura para la adquisición, evaluación y optimización de los flujos de energía - para facilitar un sistema de gestión de la energía verdaderamente profesional y que le proporciona ahorro de costos valioso. Dentro de estos se encuentran:

• SENTRON PAC dispositivos de control de potencia y contadores de energía: Siempre por completo en el conocimiento debido a los métodos de medición inteligente. El SENTRON PAC3100 / 3200 / 4200 dispositivos de control de potencia y contadores de energía SENTRON PAC1500 detectar y documentar los valores de energía de alimentaciones, alimentadores de salida o cargas individuales de una manera precisa, reproducible y confiable. También proporcionan importantes valores de medición que se pueden utilizar para analizar el estado del sistema y la calidad de la energía. Para procesar más los datos medidos, los dispositivos, debido a su capacidad de comunicación versátil, se puede integrar fácilmente en la automatización de rango superior y los sistemas de gestión de la energía.

• Aparatos de medición SENTRON, maniobra y protección de la distribución de baja tensión. Los SENTRON 3WL aire interruptores automáticos SENTRON 3VL y en caja moldeada automáticos son mucho más sencillos para el cambio y los dispositivos de protección. Dependiendo de la funcionalidad requerida, que proporcionan mediciones de datos y estados de conmutación para los sistemas de automatización de alto nivel o de gestión a través de los sistemas de bus normalizada. Los plug-in 3NJ62 SENTRON y 3NJ4 en seccionadores de línea no sólo se utilizan para proteger las plantas y las cargas: también proporcionan valores actuales de sus


transformadores de corriente integrado. Compatible con el dispositivo SENTRON PAC o por el SIMOCODE pro Manejo del motor y del sistema de control, los datos de este estado y datos adicionales (CERRADO / ABIERTO / fusible roto) se transfieren al nivel de gestión para su posterior procesamiento, por ejemplo, a nuestro PowerManager SENTRON software o el SIMATIC powerrate complementos para WinCC o PCS 7.

Todos estos productos desempeñan un papel en la optimización de la energía sostenible y ayudan a lograr una mejora significativa en la eficiencia energética con dispositivos fáciles de usar, seguros y de un funcionamiento fiable, así como colaborar reduciendo al mínimo el mantenimiento.

- Eficiencia energética arrancadores de motor y arrancadores suaves: Con la finalidad de evitar picos de corriente, Siemens ofrece los arrancadores de motor de bajo consumo y arrancadores suaves para todas las aplicaciones. Nuestros arrancadores SIRIUS con capacidad de comunicación de motor y arrancadores suaves son la mejor opción para el cambio, la protección y la vigilancia motores. Directo y arrancador inversor, así como arrancadores suaves manejar toda la gama, de un elevado número de maniobras para detener el arranque suave y suave sin picos mecánicos y eléctricos. Dentro de los dispositivos ofrecidos por Siemens se encuentran:

• SIRIUS arrancadores suaves: Gracias a sus funciones de medida y capacidad de comunicación, 3RW44 arrancadores suaves y de alta arrancadores de motor de características puede suministrar los datos de medición de energía a los sistemas de más alto nivel de gestión de la energía. También puede reducir los picos de carga mecánica y eléctrica hasta en un 60%, y tienen una pérdida intrínseca de energía extremadamente bajo. Con los arrancadores de Siemens que integran funciones inteligentes se puede reducir la pérdida de potencia intrínseca hasta en un 92%. Esto significa que para un funcionamiento continuo y en una velocidad fija, este motor de arranque representa una solución simple y práctica que desempeña un papel decisivo en la reducción de los costos de energía.

• SIRIUS conmutación y dispositivos de protección: Estos bajan los costos de energía y menos calor disipado en el armario de control. Con la nueva generación de nuestro sistema modular amplio, la pérdida de potencia intrínseca fue capaz de volver a ser reducido significativamente - en promedio un 10%. Como consecuencia de ello, no sólo reducir los costos de energía, también se reduce la cantidad de calor generado en el armario de control. Esto significa que se puede alcanzar una densidad de embalaje de alta en el armario de control y reducir la cantidad de energía de enfriamiento requerida.

• Contactores: Los contactores de bajo consumo tienen un control de la bobina electrónica. Esto reduce la pérdida de energía hasta en un 92%


• Arrancadores: Los arrancadores suaves tienen una función inteligente integrada de derivación de energía. Esto reduce la pérdida de potencia en funcionamiento hasta en un 92%

• Los relés térmicos: Los relés de sobrecarga con relé electrónico en lugar de la liberación de bimetal se caracterizan por un rango de ajuste más amplio, así como una pérdida de poder intrínseco que se ha reducido hasta en un 98%.

• Arrancador compacto: En comparación con ramas convencionales, la pérdida de potencia en nuestro compacto motor de arranque se ha reducido en un 80%. La base de esto es la combinación de productos de las tecnologías más eficientes en un solo dispositivo. En el "Identificar" fase, todos los conmutación con capacidad de comunicación y dispositivos de protección continua proporcionar los valores de la energía sin necesidad de instalación adicional - por ejemplo, a un sistema de gestión de mayor nivel de energía, y por lo tanto ofrecer la necesaria transparencia del uso de energía.

• Sistems de gestión de motores SIMOCODE pro: Con estos se puede reducir hasta en un 25% el gasto energético. Con SIMOCODE pro, se ofrece un sistema flexible y modular de gestión de motores. Se optimiza la conexión entre el sistema de control de procesos y la derivación a motor, aumenta la disponibilidad de la planta, y al mismo tiempo que permite importantes ahorros de costes que deben alcanzarse durante la construcción, puesta en marcha, operación y mantenimiento de instalaciones y sistemas. SIMOCODE pro se instala en las instalaciones de baja tensión y se utiliza para los motores de velocidad constante de baja tensión para establecer una relación inteligente entre el sistema de automatización de alto nivel y la derivación a motor, garantizando un funcionamiento fácil de usar, confiable y libre de perturbaciones.

• Motores de bajo consumo para todas las necesidades: Los motores que ofrece Siemens pueden alcanzar una eficiencia hasta del 7% más de los motores corrientes. Estos motores de alta eficiencia se fabrican en aluminio. Se pueden administrar tensiones de 230 V hasta 13,2 kV, así como potencias de 0,09 kW a 100 MW. Con estos se obtienen valores de eficiencia de hasta un 7% superior. Esto se ha logrado a través de un innovador diseño mecánico y la utilización de materiales muy especiales.

• Motorreductores de eficiencia energética MOTOX: Con MOTOX, se ofrece motorreductores eficientes de energía en el rango de potencia de 0,09 a 200 kW.

Por último es interesante mencionar PROFIenergy, el cual es un centro de información que permite apagar las cargas de manera coordinada. Esta es otra clave para la reducción de los costos de la energía que no es abordada ampliamente por proveedores de servidions como Schneider o ABB. El cierre de las cargas que no son necesarios en los períodos no productivos, así como la adquisición de valores de medición de energía a un


precio favorable y de una forma granular brindan una información muy valiosa durante a puesta en marcha de una edificación. Con este objetivo, PROFIBUS y PROFINET International (PI) han desarrollado un interfaz de datos estandarizados sobre la base de PROFINET: El uso de PROFIenergy, las cargas se puede cerrar el centro de forma coordinada independiente del fabricante y el dispositivo. Usando PROFIenergy, hardware y software se puede integrar fácilmente en la gestión de la energía a través de PROFIenergy con capacidad de ET 200S módulos de potencia, así como bloques de función en el controlador. En relación con la funcionalidad PROFINET I-dispositivos, PROFIenergy también permite que la planta completa y secciones del sistema que se apague y potencia-de nuevo de forma coordinada. Estos bloques de funciones que pueden ser posteriormente cargado garantizar bajos asociados configuración y los costes de ingeniería. Las fuentes de alimentación no se utilizan generalmente en la operación continua de 24 horas durante todo el año. En cambio, los consumidores individuales o componentes del sistema, se puede cambiar a un tipo de modo de espera durante el tiempo de no producción para ahorrar energía. La línea de productos SITOP compacto para la gama más baja es ideal para esta tarea. Además de su diseño extremadamente compacto, esta línea de productos se destaca del resto de la multitud, principalmente debido a su consumo de energía mínimo.

12.5 Anexo 5: Diseño del sistema fotovoltaico para el caso de estudio

Diseño del sistema fotovoltaico

1. Por el mapa de radiación solar global promedio multianual presentado en el PROURE Bogotá se encuentra en un rango de 4,0 – 4,5 kWh/m2 [10]. Este parámetro se denomina horas de sol standard (SSH).

2. Tendencia para el diseño del GCPVS: hay dos tendencias básicas que se utilizan

normalmente para encontrar el tamaño del sistema A. Por consumo de energía anual: Una tendencia de uso común para encontrar el

diseño óptimo de un GCPVS, es diseñar una que permita a la oferta total en un año normal, la demanda de energía eléctrica del lugar donde éste va a ser localizado.

B. Por recuperación de la inversión: en este caso, lo que se espera es recuperar con los programas de subsidios y fondos de estímulo, la inversión realizada en la instalación fotovoltaica y poder reducir los costos de la energía eléctrica supliendo la misma carga. Para el SD se utiliza la tendencia por consumo de energía anual.


3. Dimensionamiento de los componentes del GCPVS:

A. Generado fotovoltaico: Se compone de módulos interconectados en serie o

paralelo. La matriz de configuración depende del voltaje de CC que se necesite, esta es impuesta por el inversor. El pico de potencia que debe suministrar el generador fotovoltaico (PPVG) para resolver un determinado consumo de energía está dada por la siguiente ecuación [21].

Donde: PPVG Pico de potencia del generador fotovoltaico. Ei Es el promedio de la electricidad solar por mes [KWh/M] Ni Número de días al mes PR (Performance ratio) este factor es una medida del rendimiento de sistema. Este factor de rendimiento sobredimensiona el sistema entre un valor de 10% al 20%. Entonces, PR generalmente tiene valores entre 0,7 y 0,9.

B. Inversor: La principal función de un inversor es convertir la tensión continua que se puede obtener desde los paneles en corriente alterna. El inversor es la interfaz entre el generador de corriente continua y la red eléctrica. Dado que el inversor está conectado a la red, se deben cumplir los estándares propuestos por las empresas de servicios públicos [24 -26]. El inversor conectado a la red debe ser diseñado para atender la potencia de demanda pico y debe obedecer a las condiciones que tienen que ver con cuestiones como la calidad de la energía, detección de funcionamiento asilado, tierra, MPPT y duración por toda la vida.

Para el diseño de un sistema fotovoltaico (GCPVS) para el SD se plantea la posibilidad de suplir el consumo de los pisos 7, 8, 9 y 10 con este sistema. Se estima que el 40% del consumo energético del edificio es para estos pisos, entonces se tienen los siguientes parámetros para el sistema:

Tabla 12.5.1. Parámetros para el diseño y dimensionamiento del GCPVS para el SD.

Energía requerida* 38.000 – 42.000 [KWh/M]

SSH 4.0 [KWh/m2]

Potencia generada (PPVG) 452.38 – 500 [KWp] * Equivale al 40% del consumo energético del edificio para el periodo 2010.


Se define un promedio mensual del 40% del consumo de energía de 38.903 kWh/M con base en los datos suministrados por el departamento de planta física de la universidad para el periodo 2010. En [14] se encuentra una orientación para el diseño de sistemas fotovoltaicos. En el diseño de sistemas solares para la generación de energía, se debe prestar especial atención a la selección de módulos fotovoltaicos, inversores, y los gastos de material de instalación y mano de obra. Las siguientes son las principales características que se deben tenerse en cuenta: Parámetros de diseño del módulo fotovoltaico

1. Potencia nominal de panel (185,175, 750 W, y así sucesivamente) 2. Voltaje del panel por unidad (6, 12, 24, 48 V, y así sucesivamente) 3. Amperios nominales 4. Tensión nominal 5. Corriente de cortocircuito 6. Voltaje de circuito abierto 7. Ancho, longitud y grosor del panel 8. Peso del panel 9. Facilidad de interconexión entre paneles y el cableado 10. Unidad de protección de los inversiones de polaridad 11. Años de garantía del fabricante 12. Fiabilidad de la tecnología 13. Eficiente del panel por unidad de superficie 14. Periodo de garantía de la operación adecuada del panel 15. Longevidad del producto 16. Número de instalaciones 17. Proyectos de referencias y contactos 18. Viabilidad financiera de la fabricación del producto

Inversor y sistema de transferencia automática

1. Eficiencia de conversión de la unidad 2. Forma de onda de distorsión armónica 3. Características de protección de reinstalación 4. Características de las protecciones de entrada y salida 5. Servicio de mantenimiento, disponibilidad y costo 6. Forma de onda de la salida y porcentaje de contenido de armónicos 7. Función de sincronización de la unidad con la red pública 8. Longevidad del producto 9. Número de instalaciones en el mismo tipo de aplicación 10. Proyecto de referencia y contactos 11. Viabilidad financiera del fabricante del producto.


Cabe señalar que la instalación de energía solar, paneles fotovoltaicas y los inversores, están sujetos a devolución de la Comisión de Energía de California deben estar inscritos en la lista de elegibles de la comisión de los equipos. Calificación del contratista que realiza la instalación

1. Experiencia y calificación técnica 2. Años de experiencia en instalación de paneles solares y mantenimiento 3. Estar familiarizado con los componentes del sistema 4. Cantidad de experiencia con el producto determinado para el sistema 5. Trabajo de grupo y el número de empleados a tiempo completo 6. Experiencia en la solución de problemas 7. Viabilidad financiera 8. Cantidad de seguro de responsabilidad 9. Historia de los litigios anterior 10. Materiales, mano de obra, gastos generales y ganancias 11. Calendario de pago 12. Instalación de garantía de mano de obra y materiales

La integración de sistemas fotovoltaicos integrados en un edificio presentan los siguientes beneficios:

Reducción de costos: Se obtiene en los puntos de consumo, lo que reduce las pérdidas que se originan con el transporte de energía.

Gratuita: El único gasto que origina la energía solar fotovoltaica es el costo inicial de la instalación.

Bajo mantenimiento: Los módulos fotovoltaicos instalados hace 5-30 años continúan en perfecto estado de operación.

No contamina: Las emisiones de contaminantes son muy bajos y están originados en los procesos de producción de las células solares.

Fuente inagotable.

Se proporcionan nuevos materiales constructivos.

Permite dotar al edificio de una personalidad que combina tecnología, estética y ecología.

El dimensionamiento del sistema fotovoltaico para el edificio SD de la universidad tiene como objetivo dar una solución, implementada con energías renovables, para suplir la demanda del 40% del consumo energético correspondiente a la carga representada por los pisos 7, 8 ,9 y 10. No se puede realizar un diseño para suplir toda la carga del SD porque por reglamentación internacional [26] una instalación de las dimensiones que serian necesarias para atender la demanda de este edificio (95.000 kW a 105.000 kW) debe ser a ras del suelo.


Para este diseño primero se define el tipo de topología del inversor a usar, puesto que, es un limitante de la cantidad de paneles en serie o paralelo que se deben conectar. En [27] se describen varios tipos de topologías del inversor para sistemas fotovoltaicos. A continuación se presentan las cuatro más representativas actualmente.

Inversores centrales: Esta clase de inversores tiene como fuente de CD arreglos en los que los paneles solares están conectados en seria, formando cadenas, y las cadenas conectadas en paralelo formando así el módulo fotovoltaico (ver Figura 12.5.1).

Figura 12.5.1. Sistema fotovoltaico central [27].

Los inversores centrales diseñados para sistemas fotovoltaicos se pueden clasificar es inversores centrales auto conmutados e inversores centrales conmutados a partir de la tensión de línea. La mayoría de los sistemas fotovoltaicos con esta tecnología que permanecen en el mercado incluyen inversores auto conmutados con y sin transformador. Cuando la topología incluye transformador, éste pera en la frecuencia de línea. Se considera que los sistemas fotovoltaicos basados en inversores centrales son una tecnología barata, con un buen grado de madurez, robustos, eficientes, de alta confiabilidad, y con los cuales se logra un precio bajo por Watt generado. Otra ventaja de estos sistemas es que son el arreglo de paneles solares se puede generar la tensión necesaria para prescindir del uso del transformador. Las desventajas de los sistemas fotovoltaicos centrales son:

Se requiere de cableado de alta tensión, lo cual incrementa el costo y disminuye la seguridad. Al manejar alta tensión existe la posibilidad de que se presente un arco eléctrico entre los conductores de cableado de CD.

No existe una operación independiente de secciones dentro del arreglo de paneles. Esto impide lograr el punto máximo de potencia en cada una de las secciones que forman el arreglo.

En cuanto a la conexión de cadenas en serie, si la radiación solar en alguno de los panales de una cadena disminuye, entonces este operará con una carga, con la consecuente disminución en la potencia generada por la cadena ocasiona un incremento de su temperatura. Esto es una desventaja


importante, ya que un sobrecalentamiento del panel ocasiona rápidamente una disminución en su tiempo de vida.

En cuanto a la conexión de cadenas en paralelo, si el voltaje generado por alguna de las cadenas disminuye, necesariamente el voltaje de entrada al inversor disminuirá.

Poca flexibilidad, debido a la magnitud de la potencia (1-5 kW) no es factible realizar modificaciones en el sistema; además, se requiere de un diseño diferente para cada instalación.

No existe la posibilidad de producción en masa; por esta razón en términos de comercialización masiva el costo de manufactura puede ser elevado comprado con otras opciones.

Inversores para cadena: los sistemas fotovoltaicos centrales representan el pasado en la evolución. Los inversores empleados en sistemas fotovoltaicos de cadena tienen como fuente de CD un arreglo en serie de paneles solares. La tensión generada por el arreglo puede ser suficiente para evitar incluir un transformador en la topología inversora; sin embargo, en la mayoría de los casos se emplea un transformado de alta frecuencia. Las principales ventajas de los sistemas fotovoltaicos para cadena son:

Cada cadena se puede controlar de forma tal que opere en el punto de potencia máxima.

Flexibilidad y posibilidad de incrementar el tamaño del sistema conectando las salidas de varios sistemas a un mismo punto.

Minimiza el cableado en CD.

Permite el concepto de inserción en línea. No se requiere de un personal calificado para realizar la inserción de los sistemas.

Existe la posibilidad de producción en masa.

Eficientes. Las principales desventajas de los sistemas fotovoltaicos centrales son:

Alto costo por Watt generado.

En caso de fallo resulta costoso el reemplazo del inversor.

Dependiendo de las normas de seguridad, el costo del sistema se puede incrementar.

No se elimina el problema del aumento de temperatura en los paneles en los cuales disminuye la radiación de solar.

Los sistemas fotovoltaicos de cadena son la versión reducida de los sistemas centrales.


Figura 12.5.2. Sistema fotovoltaico de cadena [27].

Inversores multicadena: En la Figura 12.5.3 se emplea el concepto de sistemas en cadena en conjunto con el concepto de sistema central. Esta topología une las ventajas de los inversores centralizados y de cadena. Permite la conexión de varias cadenas por inversor con orientaciones e inclinaciones diferentes. Entre sus ventajas se encuentran que se obtiene la máxima potencia de cada panel ya que los conversores DC-DC a los que está asociado cada módulo poseen su propio algoritmo MPPT, además es una topología muy eficiente. Sin embargo, sus costos son muy elevados.

Figura 12.5.3. Sistema fotovoltaico multicadena [27].

Inversores en operación amo-esclavo: en la Figura 12.5.4 se presenta este esquema de conexión. Los paneles solares utilizados para esta configuración poseen un sistema de conversión embebido; además, requieren de dispositivos adicionales para ajustar la tensión de salida de los inversores. Su ventaja principal es evitar las


pérdidas por "mismatch" de potencia entre los paneles y los inversores. En general, este sistema presenta un costo elevado.

Figura 12.5.4. Sistema fotovoltaico conectado para trabajo en equipo (amo-esclavo) [27].

Por las características mencionadas anteriormente se escoge que la topología a seguir es la topología de inversor centralizada. Se escoge este tipo de tecnología por ser barata y, aunque presenta varios problemas comparada con las otras, es la que presenta un mayor avance tecnológico. Para el caso del sistema fotovoltaico para el SD los paneles solares estarían montados en el techo donde no sea terraza, en estructuras inclinadas hacia el sol. Para este caso el sistema está conectado a la red de baja tensión y, por lo tanto, los inversores centrales están conectados a la red mediante un transformador de baja tensión específico. Los sistemas típicos entregan del orden de cientos de kilovatios. La Figura 12.5.5 muestra el inversor central elegido para el dimensionamiento de este sistema fotovoltaico. Realizando una revisión de los módulos fotovoltaicos disponibles en el mercado se escogió el panel solar de silicio monocristalino Modelo S96M30032, cuyas características se presentan en la Tabla 12.5.2.

Tabla 12.5.2. Beneficios y características del modulo fotovoltaico seleccionado. Beneficios: Características:

Alta eficiencia. .

. robusto y confiable.

.

Voltaje de circuito abierto (Voc): 58.46 V. (Vmpp): 46.76 V.

Corrientes de cortocircuito (Isc): 8.23 A. (Impp): 7.54 A.

Pote (Pmax): 300 W. Más de 40 años de Vida Útil.

. Peso: 35 kg. Dimensiones: 1956 x 1322 mm. Precio: $1,349.00

32

Syscom. Sistemas de energía, paneles solares. Modelo S96MC300. [en línea] Disponible en: http://www. syscom.mx/principal/detalles/s96mc300-panel-solar-10281.html. Recuperado el 31 de mayo de 2011.


Figura 12.5.5. Inversor central de 200 kW

33.

Después de seleccionar el tipo de topología para el inversor, su tipo y el panel a usar, se calculan el número de paneles por inversor a colocar dependiendo del factor de escala. Tomando un factor de escala de 0,9 a 1 para Colombia34, se tiene [28]:

33

LUST LTI. PV master inversor central. [en linea] Disponible en: http://www.jhroerden.com/solar/descargas /LTi.pdf. Recuperado el 31 de mayo de 2011. 34

GARMIN. Para su uso con la Cartografía IGAC de Colombia (pre-MAGNA-SIRGAS). [En línea] Disponible en: http://www.silvanoforestal.com/Files/Config_GPS.pdf. Recuperado el 31 de mayo de 2011.


Donde: Pinv Potencia nominal del inversor (W) Fe Factor de escala adimensional que depende de la zona geográfica. PGF Potencia nominal del módulo fotovoltaico (W) Para determinar el número máximo de paneles en serie que se instalaran en cada cadena se recurre a los datos proporcionados por el fabricante del panel e inversor de la siguiente forma:

Donde,

Los datos para encontrar el número de paneles máximos y mínimos que se pueden conectar en serie se toman de las hojas de datos de los fabricantes para el inversor y el módulo fotovoltaico mostradas en la Figura 6.2.7 y la Tabla 6.2.1 respectivamente, obteniendo:

8,095 = 8

El número máximo de cadenas que se podrán instalar por cada inversor es de:

Donde,

Corriente máxima de entrada del inversor

Corriente de corto circuito del módulo fotovoltaico

Como se había mencionado anteriormente este dimensionamiento del sistema fotovoltaico se está realizando para suplir el 40% de la demanda del SD, la cual es aproximadamente la demanda de los pisos 7, 8, 9 y 10. Esta demanda corresponde a un rango entre 38.000 a 42.000 KWH/M y, por consiguiente, el sistema debe proporcionar entre 452.38 a 500 KWp.


Un inversor central puede tener máximo 840 módulos de una potencia nominal de 300 W, lo cual, hace que una configuración de un inversor central con sus módulos asociados genere 252 kWp. Entonces para suplir la carga del 40% del SD se necesitan dos inversores centrales con 840 módulos cada uno, lo que da un total de 1680 paneles. En la Tabla 12.5.2 se presentan las dimensiones del módulo fotovoltaico (1956 x 1322 mm), el cual tiene un área de 2,586 m2. El sistema fotovoltaico dimensionado necesita un área de 4344,2 m2. El SD está construido sobre un terreno de 3600 m2, por consiguiente es imposible instalar un sistema de estas dimensiones en el SD. Teniendo en cuenta que el sistema dimensionado está destinado a suplir únicamente el 40% de la carga se considera que no es viable una implementación de energía solar como fuente de energía renovable viable para este caso.

LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

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