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