Sostenibilidad y Eficiencia Energética en las Instalaciones Juan Alberto Pizarro Ruiz Schneider Electric España, S.A. juan-alberto.pizarro@es.schneider-electric.com Introducción La sostenibilidad es un concepto por el que la Administración ha hecho una clara apuesta, tanto desde el punto de vista social, como desde el punto de vista de herramienta incentivadora de la economía. Uno de los aspectos fundamentales de la sostenibilidad se centra especialmente en la Eficiencia Energética, hecho que debe tenerse en cuenta desde el principio de la concepción de cualquier instalación. El aumento del uso de la calefacción, el aire acondicionado, la iluminación y las tecnologías de la información están convirtiendo a los edificios cada vez en mayores devoradores de energía. Estos sistemas superan con creces a otras aplicaciones en cuanto a consumo de electricidad. De hecho, el consumo de electricidad es responsable de hasta un 50% de las emisiones de CO2 atribuibles a los edificios comerciales y residenciales. Tras firmar el protocolo de Kioto, los países industrializados acordaron reducir sus emisiones de CO2 en un 5,2% en 2012 y en un 75% en 2050. La Unión Europea, por ejemplo, estableció un firme compromiso en marzo de 2007 para reducir las emisiones de CO2 en un 20% en 2020. Como parte del paquete de medidas conocido como 3x20 en 2020, la reducción supondrá un aumento del 20% de la Eficiencia Energética y un cambio en la mezcla de energía de la UE al incluir un 20% de energía renovable. Otros países han adoptado un plazo de tiempo algo mayor y unos objetivos más ambiciosos: conseguir una reducción del 50% de las emisiones de CO2 en 2050. Para alcanzar estos objetivos se requerirá un cambio importante y los gobiernos están intensificando sus esfuerzos para legislar, regular y establecer una serie de normas que aumenten la Eficiencia Energética. Los edificios constituyen hoy en día una fuente fundamental de ahorro energético potencial que puede ayudar a cumplir estos objetivos y proteger el medio ambiente. Impulsar la Eficiencia Energética constituye la forma más rápida, económica y limpia de reducir tanto el consumo como las emisiones de CO2. Reducir el consumo energético de un edificio no implica necesariamente tener que realizar costosos y molestos cambios en la instalación. Partiendo de los sistemas ya existentes en el edificio, se puede reducir el consumo energético hasta en un 30% con la simple implantación de sencillos servicios y tecnologías ya disponibles.
Según datos del IDAE, el consumo energético final por sectores es el que se muestra a continuación: Según la misma fuente, el reparto de consumo eléctrico en una vivienda tipo con un consumo anual de 4000kWh es: Las nuevas normativas requieren ahora unas medidas de reducción del consumo y unos equipos que favorezcan el ahorro energético. La Eficiencia Energética ha dejado de ser opcional. Nueva legislación, nuevas normas Esta nueva tendencia hacia una legislación más estricta sobre la Eficiencia Energética se inició con el protocolo de Kioto. Algunas leyes como la Ley sobre política energética de EE.UU. y la Directiva sobre energía de la UE establecieron las reglas para el futuro de nuestra energía. Directiva de Eficiencia Energética de Edificios Directiva 2002/91/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 16 de diciembre de 2002 relativa a la eficiencia energética de los edificios Publicada en el año 2001 por el Parlamento Europeo como la Directiva 2002/91/CE, tiene como objetivo fundamental fomentar la eficiencia energética de los edificios, teniendo en cuenta las condiciones climáticas exteriores y las particularidades locales, así como los requisitos ambientales interiores y la relación coste-eficacia. En España, este proceso de transposición se ha realizado a través de la publicación de las siguientes disposiciones:
El Código Técnico de la Edificación El Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios Certificación de Eficiencia Energética de Edificios Observar que la Directiva de Eficiencia Energética de Edificios, ha sido recientemente revisada publicándose como la Directiva 2010/31/UE, destacando los siguientes aspectos: Los Estados miembro deben promover la instalación de contadores inteligentes y de sistemas de automatización y control. El cálculo de la eficiencia energética en todos los Estados miembros debe estar basado en los principios comunes recogidos en el Anexo I. Se elimina la barrera de los 1000 m2 por debajo de la cual no aplicaba la Directiva. Los Estados miembros deben implantar instrumentos financieros que incentiven la eficiencia energética en los edificios (informe para Junio de 2011). Los edificios públicos deben ser "edificios de consumo de energía casi nulo" (edificios con un nivel de eficiencia energética muy alto y cuyo consumo energético, muy bajo, está cubierto en gran medida por energía procedente de renovables producida in situ o en el entorno) a partir de 31/12/2018 y todos los nuevos a partir del 31/12/2020. Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios Aprobado por el Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, y en vigor desde el 1 de marzo de 2008, establece las condiciones que deben cumplir las instalaciones destinadas a atender la demanda de bienestar térmico a través de las instalaciones de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria, para conseguir un uso racional de la energía. Este Real Decreto deroga al antiguo RITE aprobado por el Real Decreto 1751/1998 y modificado por el Real Decreto 1218/2002 y destacan las siguientes exigencias en materia de eficiencia energética: Mayor rendimiento energético de equipos de frío y calor Mejora en el aislamiento de los equipos y conducciones Mejor regulación y control de los equipos para mantener las condiciones de climatización Utilización de energías renovables (solar y biomasa en especial) Incorporación de subsistemas de recuperación de energía y aprovechamiento de energías residuales Sistemas obligatorios de contabilización de consumos para instalaciones colectivas Desaparición gradual de combustibles sólidos más contaminantes Desaparición gradual de equipos generadores menos eficientes Certificación Energética de Edificios
Aprobada por el Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, y en vigor desde el 31 de octubre de 2007, obliga a poner a disposición de los compradores o usuarios de los edificios un Certificado de Eficiencia Energética, consistente en una etiqueta de eficiencia energética que asigna a cada edificio una Clase Energética de eficiencia que varia desde la clase A para los más eficientes hasta la clase G para los menos eficientes El procedimiento de calificación energética está basado en la norma europea de referencia EN15217 Energy performance of buildings: Methods for expresing energy preformance and for energy certification of buildings, desarrollada por el comité te normalización CEN/TC 89 Thermal performance of buildings and building components. La determinación del nivel de eficiencia energética de un edificio, de modo general, se realiza a través de un programa informático denominado CALENER, que compara un edificio de referencia con el edificio proyectado, generando al final del análisis la correspondiente calificación energética. Observar que en la actualidad, el proceso de certificación energética es obligatorio para edificios de nueva construcción o para aquellos existentes que sufran modificaciones de consideración. Con el objetivo de extender esta calificación energética a todos los edificios existentes, la Administración está preparando un texto regulatorio que hará obligatoria la calificación energética de los edificios existentes de modo que deberá estar a disposición cuando dicho edificio cambie de propietario o de arrendatario. Código Técnico de la Edificación Aprobado por el Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, y en vigor desde el 29 de septiembre de 2006 y de completa aplicación desde el 29 de marzo de 2007, tiene como objetivo principal el mejorar la calidad de la edificación, y de promover la innovación y la sostenibilidad. El Código Técnico de la Edificación (CTE), ya en su cuarta revisión, supera a su predecesora ordenación de la normativa de la edificación en España que se regulaba mediante el Decreto 1650/1977 que establecía las Normas Básicas de la Edificación. El CTE está compuesto por dos partes principales. La primera parte correspondiente al Código en sí y la segunda parte correspondiente a los denominados Documentos Básicos. La primera parte correspondiente al propio Código, es la parte prestacional e incluye las disposiciones generales, las condiciones técnicas y administrativas y establece las Exigencias Básicas de calidad relativas a: Seguridad Estructural (SE) Seguridad en caso de Incendio (SI) Seguridad de utilización (SU) Salubridad: higiene, salud y medio ambiente (HS) Protección frente al ruido (HR) Ahorro de energía (HE)
La segunda parte correspondiente a los Documentos Básicos, determina los procedimientos para el cumplimiento de las Exigencias Básicas, admitiendo soluciones alternativas a través de los denominados Documentos Reconocidos (documentos que deberán ser aprobados por una Comisión designada a tal efecto). Los Documentos Básicos que se encuentran en el CTE son los siguientes: DB SE: Seguridad estructural DB SI: Seguridad en caso de incendio DB SU: Seguridad de utilización DB HS: Salubridad DB HR: Protección frente el ruido DB HE: Ahorro de energía Norma EN 15232 de la UE Esta norma denominada Eficiencia energética de los edificios. Métodos de cálculo de las mejoras de la eficiencia energética mediante la aplicación de sistemas integrados de gestión técnica de edificios, se utiliza para calcular el impacto que ejercen los sistemas de automatismos de los edificios en la reducción activa del consumo energético y establecen el ahorro potencial en calefacción y electricidad según el tipo de edificio. La EN 15232 ha sido elaborada por el comité técnico CEN/TC 247 Building Automation, controls and building management y fue aprobada en Mayo de 2007. Diseñada para establecer convenciones y métodos orientados a estimar el impacto de los sistemas de control y gestión automático de un edificio en el consumo energético y necesidades de los edificios, provee una guía de funciones para BACS & TBM (Building Automation Control Systems & Technical Building Management) y complementa al resto de estándares referentes al rendimiento energético de los edificios. Aplica a edificios existentes así como nueva construcción o renovaciones, especifica métodos de cálculo del impacto en el rendimiento energético y orienta una simple clasificación de funciones de control y su evaluación utilizando factores de eficiencia.
Simulación de ahorros energéticos A tal efecto hay fabricantes que han desarrollado programas informáticos que basándose en la norma EN 15232, cuantifican los ahorros potenciales de los edificios en base a los equipos y las instalaciones eléctricas. Estos programas comparan la eficiencia energética de un edificio al simular el efecto que tienen el uso de diferentes sistemas tales como el control de la iluminación, control del clima, persianas, etc. Y teniendo en cuenta factores externos como pueden ser el grado de ocupación de edificios, las variables locales de temperatura y disponibilidad de luz solar, etc. Metodología a aplicar a las instalaciones para conseguir ahorro Las medidas de Eficiencia Energética denominadas pasivas como el aislamiento o los equipos de bajo consumo no resultan suficientes para afrontar los desafíos que nos tiene reservados nuestro futuro energético. Debe considerarse el consumo de energía neta de un edificio: la diferencia entre la energía consumida y la energía producida. Para asegurar que un edificios es productor de energía neta, debe reducirse el consumo y compensar la energía utilizada produciendo energía a partir de fuentes renovables. Para ello es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos relativos a la Eficiencia Energética de las instalaciones: Reducir el consumo mediante la implantación de soluciones de Eficiencia Energética activa. Producir energía limpia a partir de recursos renovables. Optimizar el consumo mediante el uso de las últimas tecnologías. Dentro del proceso de mejora energética deberá tenerse en cuenta los siguientes aspectos: Medición No se puede gestionar lo que no se puede medir.
La medición constituye el primer paso fundamental para aumentar la concienciación y cambiar los hábitos y comportamientos. Diferentes estudios demuestran que solamente midiendo los diferentes consumos e informando al usuario, pueden alcanzarse ahorros de hasta el 10%. En cualquier caso, la medición será el primer paso indispensable de cualquier auditoría energética. Reducción del consumo energético y de costes energéticos Podrá conseguirse instalando diferentes sistemas de control y automatismos que aseguren que sólo se utiliza la energía que realmente se necesita. Deberán añadirse servicios de supervisión y mantenimiento para lograr que las mejoras que se han implementado sean duraderas. Con la instalación de estos equipos pueden obtenerse ahorros de hasta el 20%. Se deberán utilizar estrategias que optimicen o reduzcan la adquisición de energía y los costes de gestión. Para este fin se podrá optar por una energía renovable, como la energía fotovoltaica para generar electricidad. De este modo pueden conseguirse ahorros de hasta el 30%. Asegurar y mantener el ahorro alcanzado Para determinar finalmente el ahorro alcanzado deberá utilizarse el protocolo de verificación y medición de rendimiento internacional (IPMVP) para medir y verificar el ahorro energético que se prevén con las aplicaciones instaladas: Auditoría previa a la instalación: etapa en la que se miden y se calculan los datos básicos de consumo energético. Auditoría posterior a la instalación: etapa en la que se comparan los datos básicos con los datos de consumo posteriores a la instalación para determinar el ahorro real.
Se debe prestar atención en asegurar el ahorro alcanzado eliminando especialmente los siguientes riesgos: Averías de equipos y procesos imprevistos y sin gestionar. Ausencia de automatización y regulación para aplicaciones como motores y calefacción. Comportamientos imprevisibles de los usuarios. Y cuidando que se mantienen: La instalación de un sistema de gestión para supervisar y analizar los datos. Mantenimiento de la instalación. Actualizaciones del sistema adecuadas durante todo el ciclo de vida de la instalación. Formación del personal en los productos y sistemas instalados.
El futuro de las instalaciones Nuevos conceptos están apareciendo (y de hecho se está trabajando) que van a tener un impacto muy importante sobre las instalaciones, tanto desde el punto de vista del interior de los edificios tanto como desde el punto de vista de la distribución eléctrica. Las SmartGrids (redes inteligentes) La SmartGrid es una red eléctrica que puede integrar de manera inteligente las acciones de todos los usuarios conectados a la misma, para proporcionar un suministro eléctrico económicamente eficiente, sostenible, con bajas pérdidas y elevados niveles de seguridad y calidad. De este modo la SmartGrid no sólo transporta electricidad, sino también información, para convertirse en una parte activa en el sistema de suministro de electricidad, permitiendo introducir criterios de sostenibilidad, ahorro y eficiencia energética en la gestión de oferta y demanda energética. Gracias a la implantación de la SmartGrids será posible integrar en la red la generación distribuida (fotovoltaica, eólica, otras microgeneraciones, etc.) y su interconexión con la generación centralizada, activar la participación de los consumidores en el mercado eléctrico y favorecer la futura integración de vehículos eléctricos, considerando su capacidad para almacenar energía. El Vehículo Eléctrico La mejora de la tecnología, en especial en lo que a la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías se refiere (permitiendo a día de hoy autonomías superiores a los 150km), así como la necesidad de reducir los diferentes niveles de emisiones de CO2, están provocando que la implantación definitiva del vehículo eléctrico parezca inminente. Considerando que la eficiencia energética global del vehículo eléctrico desde el pozo hasta la rueda, es decir, desde que se genera energía eléctrica hasta que se utiliza en el vehículo (pasando por su transporte y las baterías), tiene un rendimiento, en el peor de los casos en torno al 24%, mientras que en el caso de un vehículo de combustión interna, desde que se obtiene petróleo hasta que se utiliza en el vehículo, se tiene un rendimiento máximo en torno al 16%, parece claro que la apuesta por el vehículo eléctrico es un elemento clave en la mejora global del ahorro energético. Otras de las bondades del vehículo eléctrico es la capacidad para aplanar la curva de demanda eléctrica: la carga en horas valles de los vehículos eléctricos e incluso la capacidad de devolver energía a la red en puntas de demanda pueden optimizar el uso y consecuentemente la eficiencia de las redes eléctricas. Consecuentemente, será necesario regular las tarifas eléctricas de modo que se incentive la carga del vehículo eléctrico a determinadas horas, así como adecuar las instalaciones eléctricas y su gestión para tener acceso a la recarga de los mismos.
El SmartMetering En marzo de 2009, la Comisión Europea lanzó el Mandato 441 en el que insta a los diferentes organismos de normalización europeos (CEN, CENELEC y ETSI), la creación de estándares europeos que garanticen la interoperabilidad de los equipos de medida (agua, gas, electricidad, etc.) y con determinadas funcionalidades de modo que el usuario pueda disponer de un contador independiente del proveedor de energía de modo que el consumidor pueda elegir de forma libremente su proveedor de energía. Entre las funcionalidades del contador, se encuentra la capacidad de actuar, ya sea de forma independiente o integrado en un sistema, sobre las diferentes cargas de la vivienda, informando en todo momento al usuario de sus consumos actuales así como ofreciendo la posibilidad de acceder a diferentes tarifas que promuevan el ahorro energético. Observar que en España el Real Decreto 1110/2007, de 24 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento de Puntos de Medida, ya establece los requisitos técnicos relacionados con la adecuación de estos equipos, los cuales deberán permitir la discriminación horaria así como la telegestión, permitiendo aplicar una política más afinada de gestión de la demanda y, en definitiva, suavizar los picos y los valles de las gráficas de la demanda eléctrica, promoviendo, de forma efectiva, el ahorro energético y la eficacia en el consumo. Paralelamente, los sistemas de telegestión permitirán el intercambio de información y actuaciones entre las empresas distribuidoras y los contadores eléctricos mediante el acceso remoto a éstos por parte de las compañías. Esto posibilitará, entre otras funcionalidades, el control de la potencia contratada y conocer la curva de consumo, lo que servirá para ofrecer a cada cliente un servicio más ajustado a sus necesidades. El plazo de implantación de estos sistemas tiene como fecha límite 2018 y están detallados en la la Orden ITC/3860/2007, de 28 de diciembre. Consideraciones finales A lo largo del documento se ha mostrado el papel que juegan las instalaciones eléctricas en edificios respecto a la eficiencia energética destacando: El compromiso de las diferentes Administraciones en torno a la Eficiencia Energética. Las diferentes y principales reglamentaciones en que afectan especialmente a las instalaciones eléctricas. Herramientas de simulación. La importancia de aplicar una metodología para implantar sistemas en las instalaciones para conseguir ahorro. Y el futuro papel que tendrán las SmartGrids, los SmartMeters y el vehículo eléctrico en la eficiencia energética.