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¿Qué es «energía eficiente» en el diseño y construcción de una casa?

Todos los productos ARKIHAUS tienen un diseño de energía eficiente

En ARKIHAUS hemos trabajado duro para desarrollar productos energéticamente eficientes como la clave principal para construir La Casa Ecológica. Pero, ¿qué es la eficiencia energética? Lea a continuación en detalle.

El uso eficiente de la energía, a veces simplemente llamado «eficiencia energética», es el objetivo de reducir la cantidad de energía requerida para proporcionar productos y servicios. Por ejemplo, aislar una casa permite que un edificio use menos energía de calefacción y refrigeración para lograr y mantener una temperatura confortable. La instalación de iluminación LED, iluminación fluorescente o ventanas de claraboyas naturales reduce la cantidad de energía requerida para alcanzar el mismo nivel de iluminación en comparación con el uso de bombillas incandescentes tradicionales. Las mejoras en la eficiencia energética generalmente se logran mediante la adopción de una tecnología o proceso de producción más eficiente o mediante la aplicación de métodos comúnmente aceptados para reducir las pérdidas de energía.

Hay muchas motivaciones para mejorar la eficiencia energética. Reducir el uso de energía reduce los costos de energía y puede resultar en un ahorro de costos financieros para los consumidores si el ahorro de energía compensa cualquier costo adicional de implementar una tecnología eficiente en energía. La reducción del uso de energía también se ve como una solución al problema de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Según la Agencia Internacional de Energía, la mejora de la eficiencia energética en edificios, procesos industriales y transporte podría reducir las necesidades energéticas mundiales en 2050 en un tercio y ayudar a controlar las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Otra solución importante es eliminar los subsidios de energía liderados por el gobierno que promueven un alto consumo de energía y un uso ineficiente de energía en más de la mitad de los países del mundo.

Se dice que la eficiencia energética y las energías renovables son los pilares gemelos de la política de energía sostenible y son altas prioridades en la jerarquía de energía sostenible. En muchos países, también se considera que la eficiencia energética tiene un beneficio de seguridad nacional porque puede usarse para reducir el nivel de importaciones de energía de países extranjeros y puede disminuir la tasa de energía a la que se agotan los recursos energéticos nacionales.

La eficiencia energética ha demostrado ser una estrategia rentable para construir economías sin aumentar necesariamente el consumo de energía. Por ejemplo, el estado de California comenzó a implementar medidas de eficiencia energética a mediados de la década de 1970, incluyendo códigos de construcción y estándares de electrodomésticos con estrictos requisitos de eficiencia. Durante los años siguientes, el consumo de energía de California se ha mantenido aproximadamente plano per cápita, mientras que el consumo nacional de EE. UU. Se duplicó. Como parte de su estrategia, California implementó un «orden de carga» para los nuevos recursos energéticos que prioriza la eficiencia energética, el suministro de electricidad renovable en segundo lugar y las nuevas centrales eléctricas a base de combustibles fósiles. Estados como Connecticut y Nueva York han creado Bancos Verdes cuasi públicos para ayudar a los propietarios de edificios residenciales y comerciales a financiar actualizaciones de eficiencia energética que reducen las emisiones y los costos de energía de los consumidores.

El Instituto Rocky Mountain de Lovin señala que en entornos industriales, «hay abundantes oportunidades para ahorrar del 70% al 90% de la energía y el costo de los sistemas de iluminación, ventiladores y bombas; 50% para motores eléctricos; y 60% en áreas como calefacción, refrigeración, equipos de oficina y electrodomésticos «. En general, hasta el 75% de la electricidad utilizada en los EE. UU. En la actualidad podría ahorrarse con medidas de eficiencia que cuestan menos que la electricidad en sí, lo mismo ocurre con la configuración del hogar. El Departamento de Energía de los EE. UU. Ha declarado que existe un potencial de ahorro de energía en la magnitud de 90 mil millones de kWh al aumentar la eficiencia energética del hogar.

Otros estudios han enfatizado esto. Un informe publicado en 2006 por el McKinsey Global Institute, afirmó que «existen suficientes oportunidades económicamente viables para mejoras en la productividad energética que podrían mantener el crecimiento de la demanda mundial de energía en menos del 1 por ciento anual», menos de la mitad del promedio del 2.2 por ciento crecimiento previsto hasta 2020 en un escenario de negocios como siempre. La productividad energética, que mide la producción y la calidad de los bienes y servicios por unidad de entrada de energía, puede provenir de la reducción de la cantidad de energía requerida para producir algo, o del aumento de la cantidad o calidad de bienes y servicios de la misma cantidad de energía.

El Informe de Viena sobre el cambio climático de 2007, bajo los auspicios de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), muestra claramente que «la eficiencia energética puede lograr reducciones de emisiones reales a bajo costo».

Las normas internacionales ISO 17743 e ISO 17742 proporcionan una metodología documentada para calcular e informar sobre el ahorro y la eficiencia energética para países y ciudades.

Desde el punto de vista de un consumidor de energía, la motivación principal de la eficiencia energética a menudo es simplemente ahorrar dinero al reducir el costo de comprar energía. Además, desde el punto de vista de la política energética, ha habido una larga tendencia a un reconocimiento más amplio de la eficiencia energética como el «primer combustible», lo que significa la capacidad de reemplazar o evitar el consumo de combustibles reales. De hecho, la Agencia Internacional de Energía ha calculado que la aplicación de medidas de eficiencia energética en los años 1974-2010 ha logrado evitar más consumo de energía en sus estados miembros que el consumo de cualquier combustible en particular, incluido el petróleo, el carbón y el gas natural.

Además, desde hace tiempo se reconoce que la eficiencia energética aporta otros beneficios adicionales a la reducción del consumo de energía. Algunas estimaciones del valor de estos otros beneficios, a menudo llamados beneficios múltiples, co-beneficios, beneficios auxiliares o beneficios no energéticos, han puesto su valor sumado incluso más alto que el de los beneficios energéticos directos. Estos beneficios múltiples de la eficiencia energética incluyen cosas como la reducción del impacto del cambio climático, la reducción de la contaminación del aire y la mejora de la salud, la mejora de las condiciones interiores, la mejora de la seguridad energética y la reducción del riesgo de precio para los consumidores de energía. Se han desarrollado métodos para calcular el valor monetario de estos beneficios múltiples, incluidos, el método de experimento de elección para mejoras que tienen un componente subjetivo (como la estética o la comodidad) y el método de Tuominen-Seppänen para la reducción del riesgo de precios. Cuando se incluye en el análisis, se puede demostrar que el beneficio económico de las inversiones en eficiencia energética es significativamente mayor que simplemente el valor de la energía ahorrada.

Electrodomésticos en el hogar

Los electrodomésticos modernos, como congeladores, hornos, estufas, lavavajillas y lavadoras y secadoras de ropa, usan significativamente menos energía que los electrodomésticos más antiguos. Instalar un tendedero reducirá significativamente el consumo de energía ya que su secadora se usará menos. Los refrigeradores actuales con eficiencia energética, por ejemplo, usan un 40 por ciento menos de energía que los modelos convencionales en 2001. Después de esto, si todos los hogares cambiaran sus electrodomésticos de más de diez años por otros nuevos, se generarían 20 mil millones de kWh de electricidad ahorrado anualmente, lo que reduce las emisiones de CO2 en casi 18 mil millones de kg. En los Estados Unidos, las cifras correspondientes serían 17 mil millones de kWh de electricidad y 27,000,000,000 lb (1.2 × 1010 kg) de CO2. Según un estudio de 2009 de McKinsey & Company, el reemplazo de electrodomésticos viejos es una de las medidas globales más eficientes para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Los sistemas modernos de administración de energía también reducen el uso de energía de los electrodomésticos inactivos apagándolos o poniéndolos en un modo de bajo consumo de energía después de un cierto tiempo. Muchos países identifican electrodomésticos de bajo consumo de energía mediante el etiquetado de entrada de energía.

El impacto de la eficiencia energética en la demanda máxima depende de cuándo se utiliza el aparato. Por ejemplo, un aire acondicionado usa más energía durante la tarde cuando hace calor. Por lo tanto, un aire acondicionado con eficiencia energética tendrá un mayor impacto en la demanda máxima que la demanda fuera de pico. Por otro lado, un lavaplatos de bajo consumo de energía utiliza más energía durante la noche cuando la gente lava los platos. Este aparato puede tener poco o ningún impacto en la demanda máxima.

Los edificios/casas son un campo importante para mejorar la eficiencia energética en todo el mundo debido a su papel como un importante consumidor de energía. Sin embargo, la cuestión del uso de energía en los edificios/casas no es sencilla, ya que las condiciones interiores que se pueden lograr con el uso de energía varían mucho. Las medidas que mantienen cómodos los edificios/casas , la iluminación, la calefacción, la refrigeración y la ventilación, todos consumen energía. Por lo general, el nivel de eficiencia energética en un edificio/casa se mide dividiendo la energía consumida con el área del piso del edificio/casa que se conoce como consumo específico de energía (SEC) o intensidad de uso de energía.

{displaystyle {frac {text{Energy consumed}}{text{Built area}}}}

Sin embargo, el problema es más complejo, ya que los materiales de construcción han incorporado energía en ellos. Por otro lado, la energía se puede recuperar de los materiales cuando se desmantela el edificio/casa reutilizando materiales o quemándolos para obtener energía. Además, cuando se utiliza el edificio/casa, las condiciones interiores pueden variar, lo que resulta en entornos interiores de mayor y menor calidad. Finalmente, la eficiencia general se ve afectada por el uso del edificio/casa: ¿el edificio/casa está ocupado la mayor parte del tiempo y los espacios se usan de manera eficiente, o el edificio/casa está en gran parte vacío? Incluso se ha sugerido que para una contabilidad más completa de la eficiencia energética, se debe enmendar la SEC para incluir estos factores:

{displaystyle {frac {{text{Embodied energy}}+{text{Energy consumed}}-{text{Energy recovered}}}{{text{Built area}}times {text{Utilization rate}}times {text{Quality factor}}}}}

Por lo tanto, un enfoque equilibrado de la eficiencia energética en los edificios/casas debería ser más integral que simplemente tratar de minimizar la energía consumida. Deben tenerse en cuenta cuestiones como la calidad del ambiente interior y la eficiencia del uso del espacio. Por lo tanto, las medidas utilizadas para mejorar la eficiencia energética pueden adoptar muchas formas diferentes. A menudo incluyen medidas pasivas que reducen inherentemente la necesidad de usar energía, como un mejor aislamiento. Muchos cumplen diversas funciones, mejorando las condiciones interiores y reduciendo el uso de energía, como un mayor uso de la luz natural.

La ubicación y el entorno de un edificio juegan un papel clave en la regulación de su temperatura e iluminación. Por ejemplo, los árboles, el paisaje y las colinas pueden proporcionar sombra y bloquear el viento. En climas más fríos, diseñar edificios/casas del hemisferio norte con ventanas orientadas al sur y edificios del hemisferio sur con ventanas orientadas al norte aumenta la cantidad de sol (en última instancia, energía térmica) que ingresa al edificio, minimizando el uso de energía, maximizando el calentamiento solar pasivo. El diseño ajustado del edificio, que incluye ventanas de bajo consumo, puertas bien selladas y aislamiento térmico adicional de paredes, losas de sótanos y cimientos, puede reducir la pérdida de calor en un 25 a 50 por ciento.

Los techos oscuros pueden calentarse hasta 39 ° C (70 ° F) más que las superficies blancas más reflectantes. Transmiten algo de este calor adicional dentro del edificio. Los estudios de los Estados Unidos han demostrado que los techos de colores claros usan un 40 por ciento menos de energía para la refrigeración que los edificios con techos más oscuros. Los sistemas de techo blanco ahorran más energía en climas más soleados. Los sistemas electrónicos avanzados de calefacción y refrigeración pueden moderar el consumo de energía y mejorar la comodidad de las personas en el edificio.

La colocación adecuada de ventanas y tragaluces, así como el uso de características arquitectónicas que reflejan la luz en un edificio pueden reducir la necesidad de iluminación artificial. Un estudio demostró que el uso creciente de la iluminación natural y de tareas aumenta la productividad en las escuelas y oficinas. Las lámparas fluorescentes compactas usan dos tercios menos de energía y pueden durar de 6 a 10 veces más que las bombillas incandescentes. Las luces fluorescentes más nuevas producen una luz natural, y en la mayoría de las aplicaciones son rentables, a pesar de su mayor costo inicial, con períodos de recuperación tan bajos como unos pocos meses. Las lámparas LED usan solo alrededor del 10% de la energía que requiere una lámpara incandescente.

Diseño de casas energéticamente eficientes.

El diseño eficaz de una casa con eficiencia energética incluye el uso de infrarrojos pasivos (PIR) para apagar la iluminación cuando las áreas no están ocupadas, como inodoros, pasillos. Además, los niveles de lux se pueden monitorear utilizando sensores de luz diurna vinculados al esquema de iluminación del edificio para encender / apagar o atenuar la iluminación a niveles predefinidos para tener en cuenta la luz natural y así reducir el consumo. Los sistemas de gestión de casas (BMS) vinculan todo esto en una computadora centralizada para controlar los requisitos de iluminación y energía de todo el edificio.

La casa modelo Innova de ARKIHAUS

La elección de qué tecnología de calefacción o refrigeración de espacios utilizar en edificios puede tener un impacto significativo en el uso y la eficiencia de la energía. Por ejemplo, reemplazar un antiguo horno de gas natural con una eficiencia del 50% por uno nuevo con una eficiencia del 95% reducirá drásticamente el uso de energía, las emisiones de carbono y las facturas de gas natural.

El sector comercial está adoptando lentamente medidores inteligentes para resaltar al personal y para fines de monitoreo interno el uso de energía del edificio/casa en un formato presentable dinámico. El uso de los analizadores de calidad de energía se puede introducir en un edificios/casas existente para evaluar el uso, la distorsión armónica, los picos, las olas y las interrupciones, entre otros, para finalmente hacer que el edificio sea más eficiente desde el punto de vista energético. A menudo, dichos medidores se comunican mediante redes de sensores inalámbricos.

Panel de control de gasto energético de las casas ARKIHAUS

Una actualización de energía profunda es un proceso de análisis y construcción de todo el edificio que se utiliza para lograr ahorros de energía mucho mayores que las actualizaciones de energía convencionales. Las modificaciones de energía profunda se pueden aplicar a edificios residenciales y no residenciales («comerciales»). Una modificación de energía profunda generalmente produce ahorros de energía del 30 por ciento o más, tal vez a lo largo de varios años, y puede mejorar significativamente el valor del edificio. El Empire State Building se sometió a un proceso de modernización de energía profunda que se completó en 2013. El equipo del proyecto, formado por representantes de Johnson Controls, el Instituto Rocky Mountain, la Iniciativa Climática Clinton y Jones Lang LaSalle, habrá logrado una reducción anual del uso de energía de 38 % y $ 4.4 millones. Por ejemplo, las 6.500 ventanas se remanufacturaron in situ en superventanas que bloquean el calor pero dejan pasar la luz. Los costos de operación del aire acondicionado en los días calurosos se redujeron y esto ahorró $ 17 millones del costo de capital del proyecto de inmediato, financiando en parte otras modificaciones. Recibiendo una calificación de Oro de Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED) en septiembre de 2011, el Empire State Building es el edificio con certificación LEED más alto de los Estados Unidos. El edificio de la ciudad y el condado de Indianápolis se sometió recientemente a un profundo proceso de reacondicionamiento de energía, que ha logrado una reducción anual de energía del 46% y un ahorro de energía anual de $ 750,000.

Para evaluar la solidez económica de las inversiones en eficiencia energética en edificios, se puede utilizar el análisis de costo-efectividad o CEA. Un cálculo de CEA producirá el valor de la energía ahorrada, a veces llamada negawatts, en $ / kWh. La energía en tal cálculo es virtual en el sentido de que nunca se consumió sino que se ahorró debido a que se realizó una inversión en eficiencia energética. Por lo tanto, CEA permite comparar el precio de los negawatts con el precio de la energía, como la electricidad de la red o la alternativa renovable más barata. El beneficio del enfoque CEA en los sistemas energéticos es que evita la necesidad de adivinar los precios futuros de la energía para los fines del cálculo, eliminando así la principal fuente de incertidumbre en la evaluación de las inversiones en eficiencia energética.