Enfriamiento de techos como medio de mitigación de consumo energético y del efecto de isla de calor

Transcripción

1 Enfriamiento de techos como medio de mitigación de consumo energético y del efecto de isla de calor 27 de Septiembre de 2011 Ciudad de México Dra. Gabriela I. Burgos Solórzano Gerente Técnico Latinoamérica DuPont Titanium Technologies

2 Forzante radiativo Forzante radiativo Gases de efecto invernadero de larga duración CH 4 N 2 O CO 2 Halocarbonos Antropogénico Ozono Vapor de agua estratosférico Albedo de la superficie Estratosférico Troposférico Estratosférico Carbón sobre nieve Aerosoles totales Efecto directo Albedo de las nubes Estelas de los aviones Natural Irradiación solar Fuente: IPCC Cuarto Informe de Evaluación Resumen para Políticos

3 Emisiones Anuales de Gases de Efecto Invernadero Explotación, procesamiento y distribución de Combustibles Fósiles, 11% Desecho y tratamiento de residuos 3% Procesos Industriales 17% Estaciones eléctricas 30% Procesos Industriales 21% Uso de tierras y quema de biomasa 10% Fuentes Residenciales, Comerciales y Otras 10% Combustibles 14% Explotación, procesamiento y distribución de Combustibles Fósiles, 13% Fuentes Residenciales, Comerciales y Otras 13% Combustibles 19% Uso de tierras y quema de biomasa 9% Estaciones eléctricas 22% Subproductos de agricultura 13% CO 2 Producción total GEI Fuente: Emission Database for Global Atmospheric Research

4 Termografía global y local Temperatura anual promedio Fuente: ONU-FAO Departamento de Desarrollo Sustentable e INEGI

5 Distribución anual de entrada de calor en una casa típica mexicana Distribution of heat sources on a 40 m2 house in Mexico (Source: FIDE-CFE) Others 16% 40% Techo Walls 42% Windows 20% DUPONT CONFIDENTIAL 20% Techo Roof 22% En Verano y climas calurosos la entrada de calor es diferente. Consecuencias: - Menor confort térmico para el ocupante - Incremento en el pago de consumo energético - Mayor consumo de aire acondicionado - Impacto en gases de efecto invernadero - Efecto isla de calor Fuente: Comisión Federal de Electricidad. Programa de aislamiento térmico

6 Efecto de la Isla de Calor Temperatura de la superficie (día) Temperatura del aire (día) Temperatura de la superficie (noche) Temperatura del aire (noche) Temperatura Día Noche Mitigación anual del calentamiento global equivalente a 600 Kg CO 2 por cada 100 m 2 de techos recubiertos con pintura/impermeabilizantes altamente reflejantes Rural Suburbano Área Industrial Suburbios Centro de la ciudad Suburbios Parque Suburbano Rural Regional climate consequences of large-scale cool roof and photovoltaic array deployment, Environ. Res. Lett.6 (2011) Millstein, D., Menon, S.

7 Termografías Mexicali: Efecto Isla de Calor 30 C 40 C 50 C Termografía tomada al sur de la ciudad de Mexicali el 5 de julio de Temperatura ambiente = 39 C

8 Concepto de Techos Frescos Comparación de diferentes materiales para techos Emisividad: Cantidad de energía irradiada despues de ser absorbida 95% Reflectividad: Cantidad de energía reflejada 85% 90% 90% 5% 5% Asfalto negro Baja Reflectividad Alta Emisividad Recubrimiento de Aluminio Alta Reflectividad Baja Emisividad Recubrimiento Blanco Alta Reflectividad Alta emisividad

9 Techos frescos: Beneficios Sustentables y a la Sociedad Beneficios al Ocupante Incremento en el confort térmico del ocupante Menor consumo de energía: reducción de consumo de aire acondicionado Extensión de vida de techos Tecnología económicamente viable y al alcance de los usuarios Tecnología de fácil renovación Beneficios sustentables Salud pública: Reducción de exposición a temperaturas extremas Reducción de consumo de combustibles fósiles Reducción de gases de efecto invernadero Mitigación del fenómeno de efecto de Isla de Calor Tecnología de fácil replicación 9/27/2012 9

10 Concepto de reflectividad solar (Albedo) Material Reflectividad Aluminio Estaño Acero Tejas beige Tejas rojas Vidrio 5-10 Grava Asfalto 5-10 Radiación reflejada (30 %) Superficie Caliente Material Reflectividad Concreto Vegetación 5-30 Nieve sobre pavimento Madera Dióxido de Titanio 95 Pintura blanca Material con baja reflectividad DUPONT CONFIDENTIAL

11 Concepto de reflectividad solar (Albedo) Cómo incrementar el valor de reflectividad solar de las superficies? Material Reflectividad Aluminio Estaño Acero Tejas beige Tejas rojas Vidrio 5-10 Grava Asfalto 5-10 Radiación reflejada (90 %) Material Reflectividad Concreto Vegetación 5-30 Nieve sobre pavimento Madera Dióxido de Titanio 95 Pintura blanca Material con alta reflectividad Superficie No se sobrecalienta DUPONT CONFIDENTIAL

12 Propiedades de TiPure Polvo blanco finamente dividido No tóxico Fácilmente dispersable Insoluble Químicamente inerte No migra Brinda mayor durabilidad Reflectancia solar Ofrece la más alta reflectividad solar (95%) TiO 2 Reflectance Emisividad Ofrece la más alta emisividad (95%) DUPONT CONFIDENTIAL Figura:Lawrence Berkeley National Laboratories, Berkeley, Calif. y CCAS DuPont.

13 Cómo actúa TiPure? Radiación solar Aire Recubrimiento Con TiPure S U B S T R A T O Particulas de TiO 2 Luz reflejada de λ corta Luz reflejada de λ larga Refleja la mayor parte de la radiación solar

14 Otros pigmentos Radiación solar Aire Recubrimiento con pigmentos de baja reflectancia solar S U B S T R A T O Particulas con baja reflectividad Luz reflejada de λ corta Luz reflejada de λ larga Transferencia de calor al sustrato

15 Caso de Estudio: vivienda en Mexicali Mediciones de Confort Térmico y mediciones de ahorro de energía Mexicali, por sus altas temperaturas es una excelente referencia para realizar estudios de ahorro de energía relacionados al consumo de aire acondicionado y tecnologías de aislamiento: FIDE, INE, SEMARNAT, CFE

16 Casa piloto en Mexicali Torre Meteorológica Diferentes techos Sistemas de Aire acondicionado Localidad: Mexicali, B.C., Mexico Tipo de casa: Casa típica mexicana (concreto) Inicio de estudios: Diciembre 15, 2011 Materiales para techos a comparar:impermeabilizante altamente reflectivoblanco (Reflectancia = 0.78), Impermeabilizante rojo (Reflectancia=0.33) y Techo de concreto (Reflectancia Promedio = 0.33 ±5%) Mediciones:Confort térmico, condiciones climáticas, propiedades de emitancia, reflectancia y estudios termográficos Estudios a nivel laboratorio: termográficos, propiedades de emitancia y reflectancia

17 Imágenes termográficas: Paneles de acero galvanizado con recubrimientos blancos 103 C (avg.) 82 C (avg.) Recubrimiento Blanco SIN TiO 2 Reflectancia = Recubrimiento blanco altamente reflectivo CON TiO 2 TiPure Reflectancia = 0.805

18 Patrones termográficos en diversos materiales de construcción a)paneles de madera 90.2 C 69.8 C 56.4 C Recubrimiento negro Reflectancia= 0.05 Recubrimiento rojo Reflectancia: 0.33 Recubrimiento blanco Altamente Reflectivo Reflectancia: Recubrimiento altamente reflectivoblanco (reflectancia = 0.83 and emisividad= 0.91). Recubrimiento rojo (reflectancia = 0.33, emissiviidad= 0.9). Recubrimiento negro (reflectancia = 0.05, emisividad = 0.91). Mediciones de Heat Buildup usando ASTM D4803.

19 b) SBS(asfalto elastomérico modificado) 97.0 C 81.4 C 68.2 C Recubrimiento negro Recubrimiento rojo Recubrimiento blanco Altamente Reflectivo c) Tejas de acero galvanizado 79.7 C 65.5 C 57.7 C Recubrimiento negro Recubrimiento rojo Recubrimiento blanco Altamente Reflectivo

20 Mediciones reales Mexicali: Qué pasa en verano? 41.9 C 58.0 C Impermeabilizante Altamente Reflectivo Impermeabilizante Rojo Termografía de la casa de pruebas tomada el 5 de julio de 2012 a 39 C de temperatura ambiente. Month Max avg Temperature, C Average Temperature, C Jan Feb Mar April May June July Aug Sep Oct Nov Dec

21 Consumo energético: resultados preliminares Caso de Estudio Real: Casa de 39 m 2 AC set point= 23 C Operación continua durante 12 horas (7am-7pm) Mediciones continuas Ausencia de generadores de calor dentro de casa DUPONT CONFIDENTIAL Ahorro Energético Anual [kwh/ m2, base 6 meses] en superficies de concreto Recubrimiento blanco (1 semana, 39m2) DUPONT CONFIDENTIAL kwh kwh Costo ($/kwh) Costo ($) kwh/m2/dia kwh/39m2/día kwh/100m2/día kwh/300m2/día Total Recubrimiento rojo (1 semana, 39 m2) DUPONT CONFIDENTIAL kwh kwh Costo ($/kwh) Costo ($) kwh/m2/dia kwh/39m2/día kwh/100m2/día kwh/300m2/día Ahorros totales (1 semana) [kwh/1 semana] Ahorros totales mensuales [kwh/mes] Ahorros totales anuales [kwh/xm2/año] ,374 7,121 DUPONT CONFIDENTIAL

22 Consumo energético: resultados preliminares Ahorro Energético Anual [$MXN, base 6 meses] en superficies de concreto Recubrimiento blanco (1 semana, 39m2) DUPONT CONFIDENTIAL kwh kwh Costo ($/kwh) kwh/m2/dia Costo ($/39m2/día) Costo ($/100m2/día) Costo ($/300m2/día) Total Recubrimiento rojo (1 semana, 39 m2) DUPONT CONFIDENTIAL kwh kwh Costo ($/kwh) kwh/m2/dia Costo ($/39m2/día) Costo ($/100m2/día) Costo ($/300m2/día) Ahorros totales (1 semana) [$MXN] Ahorros totales mensuales [$MXN] Ahorros totales anuales [$MXN] $ 648 $ 1,662 $ 4,985 Caso de Estudio Real: Casa de 39 m 2 Mediciones preliminares de 1 mes AC set point= 23 C Operación continua durante 12 horas (7am-7pm) Mediciones continuas Ausencia de generadores de calor dentro de casa

23 Kilogramos de CO 2 no generados por disminución de consumo eléctrico debido al cambio de reflectancia solar de techos Disminución del consumo energético con el aumento de la Reflectividad Solar del Techo Disminución anual de CO2 (Kg) por cada 100 m2 de techo cubierto Kg anuales de CO2 no generados por cada 100 m2 de techo cubierto Kg CO 2 producido por KWh Incremento en Reflectancia Solar del Techo Fuente: Florida Solar Center y Lawrence Berkeley National Laboratory Calculadora de Mexicana de CO 2 del INE

24 Conclusiones Beneficios generales de utilizar techos frescos Confort térmico para los ocupantes Disminución del efecto de la Isla de Calor Techos Frescos Reducción de Gases de Efecto Invernadero Beneficios financieros Ahorro de energía

25 Gracias por su Atención! DuPont Titanium Technologies Tlalnepantla, México Website: Dra. Gabriela Burgos Solórzano Teléfono: Dra. Angeles Torres Teléfono: Ing. Daniel Bustos Teléfono: