Evaluación del impacto del uso de Cool Roofs en el ahorro de energía en edificaciones no-residenciales y residenciales en México.

Transcripción

1 Evaluación del impacto del uso de Cool Roofs en el ahorro de energía en edificaciones no-residenciales y residenciales en México. Taller Internacional: La Envolvente de la vivienda como elemento clave para la eficiencia energética en viviendas de clima cálido. Monterrey Nuevo León, Mayo 8, 2014 Ing. Francisco R. Rubin Zacarías. Grupo Cool Roofs ANAFAPyT. Dr. Gabriela del S. Álvarez García. Investigadora Cenidet. 1

2 COOL ROOFS Cool Roofs: Son materiales superficiales para techumbre que evitan el aumento de temperatura del techo, al reflejar la radiación solar y emitir el calor absorbido a la atmósfera. Ventajas: Económicos, fácil aplicación y mantenimiento. Ahorro de energía de enfriamiento y en el recibo de energía eléctrica. Reducción del efecto isla. Aumentan la duración del techo. Más confort en casas o edificios sin aire acondicionado.

3 COOL ROOFS EN MEXICO Por su clima, México es un gran candidato para la adopción de Cool Roofs. Desde hace muchos años existen productos tipo Cool Roofs en México. Algunas ciudades del país han adoptado su uso para mejorar condiciones de confort. En muchos casos, la falta de información al respecto ha limitado el uso de estos productos en la mayor parte del país. Actualmente los productos no están certificados y la comunicación al usuario final no es siempre clara. Como parte del estudio se observaron fotografías de satélite de varias ciudades de país, para estimar el porcentaje de techos por color en estas ciudades. Dado el estado actual de penetración, el potencial de mejora es muy alto.

4 AREA DE TECHOS POR COLOR EN VARIAS CIUDADES Se considera un área de 2500 hectáreas. Se considera el centro de la ciudad para el estudio. La intensidad de los pixeles varía de 0 (negro) a 255 (Blanco). Se usa GIS Manifold Systems. Se hizo el estudio para 5 ciudades. 4

5 AREA DE TECHOS POR COLOR EN VARIAS CIUDADES Acapulco blanco gris rojo Mexico City blanco gris rojo Guadalajara blanco gris rojo Merida blanco gris rojo Monterrey blanco gris rojo 5

6 ANTECEDENTES CEM (Clean Energy Ministerial): Iniciativa global que promueve la eficiencia energética, la expansión de fuentes de energía limpias y el acceso a las mismas. GSEP: Grupo del CEM encargado de eficiencia energética en edificaciones. 6

7 ESFUERZOS GLOBALES PARA LA ADOPCIÓN DE COOL ROOFS Una de las iniciativas más importantes de GSEP es la implementación de Cool Roofs, ya que son una forma sencilla y económica de reducir el impacto ambiental de las edificaciones. Mexico E.U.A. Europa Medio oriente India China Japón Zona Asia-Pacífico Brasil Sudáfrica Australia 7

8 ANTECEDENTES EN MEXICO Septiembre 2011, Washington: Primera sesión de trabajo del grupo Cool Roofs de GSEP. Febrero 2012, Ciudad de México: Conferencia Cool Roofs, se desarrollo plan de acción para implementar el uso de Cool Roofs en México. CONUEE solicitó un estudio de impacto de la adopción de Cool Roofs en México. Cenidet realizó el estudio de impacto, con el apoyo de GSEP y otros expertos técnicos. 8

9 ESTUDIO DE IMPACTO Los resultados de este estudio mostraron que en todos los casos analizados, el uso de Cool Roofs genera ahorros en energía de enfriamiento. En este estudio se evaluó el uso de Cool Roofs en complemento con aislamiento térmico en techos. Los costos de inversión en la mayoría de los casos se recuperan en menos de un año. Particularmente en edificios residenciales, el potencial de reducción de gases de efecto invernadero es muy importante. 9

10 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO Obtener información de las variables climáticas de ciudades localizadas en las 6 zonas climáticas definidas por INEGI. Definir las características de los modelos de edificios de referencia para México (Residencial y no residencial). Calcular las cargas de enfriamiento para diferentes valores de reflectancia solar del techo usando Energy Plus (Simulación dinámica). Calcular los ahorros de energía, costos y tiempo de retorno de la inversión debidos al uso de Cool Roofs para cada edificio de referencia. Mediante el uso de GIS, estimar el porcentaje de techos por color para 5 ciudades en México. 10

11 CLIMAS EN MEXICO CÁLIDOS SUBGRUPOS DE CLIMAS CALIDOS 1. Cálido húmedo 2. Cálido subhúmedo SECOS 3. Seco 4. Muy seco TEMPLADOS SUBGRUPOS DE CLIMAS TEMPLADOS 5. Templado subhúmedo. 6. Templado húmedo Tipo de clima Cálido húmedo Cálido Subhúmedo Seco Muy seco Templado húmedo. Templado Sub-húmedo (b) Templado Sub-húmedo (a) Ciudad Villahermosa Merida Monterrey Hermosillo Tulancingo Ciudad de México Guadalajara

12 EDIFICIOS DE REFERENCIA Los edificios de referencia se definieron de acuerdo con las normas oficiales mexicanas: No-Residencial (NOM-008-ENER 2001) Residencial (NOM-020-ENER 2011) De esta forma, los resultados de este estudio son fácilmente comparables con los estudios de impacto ya reconocidos por las autoridades mexicanas. 12

13 Ciudad de México Otros EDIFICIOS NO RESIDENCIALES BASE Edificio No-residencial Descripción Valor Número de pisos Ciudad de México - 5 Otros - 3 Área del edificio Cd. de México: 3125 m 2 Otros: 1875 m 2 Altura entre pisos 4 m Área por piso 669 m2 Altura entre pisos 4 m Relación de aspecto 01:01 Nivel de Iluminación 16 W/m2 Contactos 8 W/m2 Densidad ocupacional 9 m 2 por persona Índice de ventilación 0.46 m3/min-m2 Índice de infiltración 1 ACH Albedo Pared 0.25 Albedo Techo (Variable del estudio) Horas de ocupación y operación 8:00-22:00 (Lu-Vie) Set point de Temperatura 25 C Relación ventana/pared (WWR) 40%

14 Vista frontal Vista posterior EDIFICIO RESIDENCIAL BASE Descripción Número de Pisos 2 Ciudad Todas Área total 88 m 2 Altura entre piso y piso Relación ventana/pared (WWR) Relación de aspecto Índice de ventilación Índice de infiltración 2.5 m Valor Diferente para cada muro No aplica Sin ventilación 2 ACH Albedo pared 0.1 Albedo techo Horas de ocupación y operación (Variable del estudio) Definidas Setpoint de temperatura 25 C Contactos Densidad ocupacional Cargas de aire acondicionado (HVAC) Consumo de aparatos domésticos Dado por cargas de calor sensible y latente por actividad Lu-Vie (1-9)hrs y de (15-24)hrs Sa-Do (1-24)hrs

15 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES 15

16 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Ahorros anuales de energía de enfriamiento al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias Ahorro anual de energía de enfriamiento, MWh Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo Ciudad

17 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Costo de productos comerciales de diferentes reflectancias. Reflectancia Costo ($/m 2 ) Área (m 2 ) Costo total ($) 0.3 (Rojo) $ $ 17, $ $ 19, $ $ 27, $ $ 35,

18 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Ahorro en costo de energía de enfriamiento durante todo el ciclo de vida del Cool Roof (5 años mínimo). $55, $50, Ahorro total = Ahorro del periodo - costo recubrimiento ($) $45, $40, $35, $30, $25, $20, $15, $10, $5, $0.00 Merida Monterrey Hermosillo Mexico Tulancingo R=0.3 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 R=0.6 $48, $23, $24, $15, $24, R=0.7 $49, $20, $22, $15, $23, R=0.8 $46, $23, $27, $13, $23,412.43

19 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Ahorros anuales de energía de enfriamiento por ciudad al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias , (Considera número de edificios) Ahorro anual de energía de enfriamiento, GWh Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo Ciudad

20 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Ahorros anualizados de energía y reducción de emisiones de CO 2 en la Ciudad de México. Reflectancia Concepto Cantidad Cantidad Cantidad Unidades Ahorro en el consumo de energía GWh Ahorro en gasto de producción de energía* 3,034,800 4,515,400 5,572,800 Pesos Reducción de emisiones de CO2 1,990 2,950 3,650 Toneladas Equivalencia en vehículos automotores Vehículos * CFE, 2011 El costo promedio de producción de energía era:1.08 pesos/kwh. + EPA, Un vehículo automotor emite en promedio 5 ton de CO 2 /año. 20

21 RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Retorno de la inversión. Reflectancia, R Ciudad Mérida (Cálido sub-húmedo) Monterrey (Seco) Hermosillo (Muy seco) Cd. de México (Templado sub-húmedo) Tulancingo (Templado húmedo) Tiempo de retorno de Inversión Bimestre (año) 2 (0.3) 6 (1.0) 9 (1.5) 3 (0.5) 10 (1.7) 14 (2.3) 3 (0.5) 10 (1.7) 13 (2.2) 4 (0.7) 12 (2.0) 18 (3.0) 3 (0.5) 10 (1.7) 14 (2.3) 21

22 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES 22

23 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES Ahorros anuales de energía de enfriamiento al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias Ahorro de energía de enfriamiento, MWh Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo Ciudad

24 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES Costo de productos comerciales de diferentes reflectancias. Reflectancia Costo ($/m 2 ) Área (m 2 ) Costo total ($) 0.3 (Rojo) $ $ 1, $ $ 1, $ $ 2, $ $ 2,

25 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES Ahorro en costo de energía de enfriamiento durante todo el ciclo de vida del Cool Roof (5 años mínimo). $16, Ahorro total = Ahorro de energía en el peridodo - costo del irecubrimiento ($) $14, $12, $10, $8, $6, $4, $2, $0.00 Merida Monterrey Hermosillo Mexico Tulancingo R=0.3 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 R=0.6 $6, $5, $6, $4, $7, R=0.7 $7, $6, $9, $4, $9, R=0.8 $9, $8, $13, $5, $11,471.68

26 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES Ahorros anuales de energía de enfriamiento por ciudad, al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias (Considera número de edificios). Ahorro de energía de enfriamiento, TWh Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo Ciudad

27 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES Ahorros anualizados de energía y reducción de emisiones de CO 2 en la Ciudad de Monterrey. Reflectancia Concepto Cantidad Cantidad Cantidad Unidades Ahorro en el consumo de energía TWh Ahorro en gasto de producción de 51,840,000 71,280,000 90,720,000 Pesos energía* Reducción de emisiones de CO 2 : 340, , ,000 Toneladas Equivalencia en vehículos automotores+ 68,000 92, ,000 Vehículos * CFE, 2011 El costo promedio de producción de energía era:1.08 pesos/kwh. + EPA, Un vehículo automotor emite en promedio 5 ton de CO 2 /año. 27

28 RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES Retorno de la inversión. Reflectancia, R Ciudad Mérida (Cálido sub-húmedo) Monterrey (Seco) Hermosillo (Muy seco) Cd. de México (Templado sub-húmedo) Tulancingo (Templado húmedo) Tiempo de retorno de Inversión Bimestre (año) 2 (0.3) 3 (0.5) 4 (0.7) 2 (0.3) 4 (0.7) 5 (0.8) 2 (0.3) 3 (0.5) 4 (0.7) 2 (0.3) 4 (0.7) 7 (1.2) 1 (0.2) 3 (0.5) 4 (0.7) 28

29 CONCLUSIONES Este estudio demostró el potencial que tiene el uso de Cool Roofs de reducir el uso de energía y la emisión de gases invernadero si se usan extensivamente en áreas urbanas. Ambos edificios, (residencial y no residencial) localizados en los 5 climas, mostraron ahorros de energía de enfriamiento significativos siendo mayores en los climas cálidos y secos. El tiempo de retorno de la inversión siempre es menor que el tiempo de vida del Cool Roof. En la mayoría de los casos menos de 1 año. Muy pocas ciudades en México han adoptado parcialmente el uso de los Cool Roofs, Mérida es una de ellas, pero la mayoría no usa esta eco-tecnología todavía. Los Cool Roofs son probablemente la tecnología pasiva de ahorro de energía que se pueden implementar más fácilmente en una edificación. 29

30 NMX COOL ROOFS ANAFAPyT fue el organismo elegido para redactar la NMX de Cool Roofs. Los criterios más importantes para considerar en un Cool Roof son: Reflectancia Solar (SR). Emitancia térmica (TE). Índice de reflectancia solar (SRI). Vida útil del producto. Disminución de reflectancia por envejecimiento/ensuciamiento. La NMX se enfoca en la medición y reporte de estos parámetros para los productos para techo.

31 MÉTODOS DE PRUEBA Reflectancia Solar ASTM C1549 Emitancia térmica ASTM C1341 Índice de reflectancia solar (SRI) ASTM E1980 Relación de contraste extendida Método desarrollado por el grupo de trabajo Vida útil del producto Declarada por el fabricante, tendrá que justificarse de acuerdo con las características/normas del producto. Disminución de propiedades reflectivas por envejecimiento o ensuciamiento Protocolo para evaluación de resistencia al ensuciamiento desarrollado por el grupo de trabajo.

32 ESPECIFICACIONES PROPUESTAS

33 ESTATUS El grupo de trabajo incluye a más de 60 integrantes entre fabricantes de productos para techos, académicos, organizaciones gubernamentales y laboratorios de prueba entre otros. La norma lleva un 80% de avance. Se estima que salga a consulta pública en agosto de La NMX será publicada en conjunto por CONUEE y COTENNAREC. El organismo verificador será el ONNCCE. Ya hay un laboratorio independiente en proceso de acreditación para realizar la medición de reflectancia solar y emitancia térmica. Ya existen productos en el mercado mexicano que cumplen con los criterios que pedirá la NMX.

34 Preguntas? 34

35 Gracias 35