Caso de estudio Asociados en Diseño Integrado, INC San José, California Corporativo de diseño, primer edificio Net-Zero. Las nuevas oficinas centrales de Asociados en Diseño Integrado (IDeAs) Inc. Es una prueba del compromiso de la compañía para ayudar a los arquitectos a diseñar no sólo los mejores edificios, sino también los más eficientes energéticamente. Las nuevas oficinas centrales de IDeAs es el primer edificio comercial de oficinas construido en los Estados Unidos, diseñado para cumplir la meta de nivel cero de energía/ nivel cero de emisiones de carbón (ó C 2 ). Johnson Controls diseñó e instaló el sistema de aire acondicionado (HVAC) mediante bombas de calor (Heat Pump Chillers) junto con el sistema de control Metasys, colaborador clave para minimizar el consumo de energía del edificio. IDeAs, es una consultora que provee servicios de diseño de ingeniería eléctrica e iluminación para proyectos en inmuebles de diferentes sectores: salud, educación, comercial, bienes raíces, restaurantero y habitacional. Cuando la compañía compró un edificio de 2,195 mts 2 que solía ser un banco local, para instalar sus nuevas oficinas centrales, David Kaneda, director de IDeAs, vio la oportunidad de aplicar el concepto de nivel cero de energía en el edificio. (Nosotros sentimos que debíamos aplicar lo que decíamos, no sólo decirlo) dijo Kaneda. La meta era transformar un banco de concreto sin ventanas, de la era de los 60 s, en un inmueble altamente eficiente y confortable, utilizando una serie de técnicas y tecnologías de desarrollo sustentable. El resultado: un edificio de oficinas que usa energía renovable proveniente de celdas fotovoltaicas para satisfacer al 100% sus requerimientos de energía, sin quemar combustibles ni producir emisiones de gas.
David Kaneda, director, IDeAs y Jeff Crenshaw y John Coleman de Johnson Controls. Paneles solares fotovoltaicos son parte integrales del techo de membrana simple. Sistemas HVAC y controles, maximizan eficiencia, minimizan costos. Johnson Controls diseñó el sistema HVAC para maximizar el desempeño, la eficiencia energética y la calidad del aire interior; manteniendo los costos de construcción y de diseño, comparables con los más tradicionales. La eficiencia de energía para el sistema HVAC y el edificio se estima que es 40% menor que los 24 requerimientos de energía publicados en el 2005 en California. El diseño incluye una bomba de calor geotérmica, la cual toma ventaja del hecho de que la temperatura debajo de la tierra se mantiene constante por todo el año- cerca de 10 grados Celsius en este caso. El agua fluye a través de tuberías que pasan por debajo de un área abierta, entran en el edificio, donde un intercambiador de calor recolecta el calor del agua en el invierno y utiliza el efecto de enfriamiento del agua en el verano. Un sistema de suelo radiante con tubería de flujo en contracorriente, utiliza el agua para trasmitir calefacción y enfriamiento al espacio. El sistema utiliza menos energía para proveer el mismo nivel de confort que los sistemas tradicionales, debido a la variación de temperatura entre los ocupantes y el propio suelo. Los sistemas radiantes típicamente utilizan temperaturas más altas del agua para proveer un enfriamiento efectivo y temperaturas más bajas del agua para proveer calefacción efectiva, es decir, el equipo opera a niveles más altos de eficiencia. Desde que el sistema ha estado operando, hemos logrado tener un ambiente muy fresco y confortable, durante los días más calurosos, dijo Kaneda. Es un sistema muy eficiente que nos ayudará a cumplir con nuestro objetivo de nivel cero de energía. Mediante el sistema de integración y administración del edificio Metasys, de Johnson Controls, se logra controlar con precisión los rangos de flujo y bloquea la temperatura para proveer el máximo desempeño utilizando la mínima cantidad de energía. Las velocidades de la bomba son mantenidas a su mínima demanda de velocidad, utilizando la tecnología de trasformación de potencia que responde a la demanda actual. La condensación en el piso es monitoreada y esparce el humo de ser necesario, mediante la manejadora de aire, que utiliza el agua del sistema geotérmico. Un conjunto de técnicas de diseño sustentables. El sistema fotovoltaico integrado del edificio es la fuente principal de energía del inmueble. Los paneles en este sistema son parte del techo de membrana sencilla instalado en el edificio. El sistema eléctrico es vinculado a la red, para que de esta manera se alimente de energía en la noche cuando no
hay luz solar y devuelva potencia al sistema, cuando se genera más energía de la que se ha utilizado durante el día. El resultado esta diseñado para ser un un nivel cero en energía usada en conjunto Para reducir la cantidad de energía utilizada para iluminación el equipo de Kaneda agregó ventanas y tragaluces en el techo para tomar ventaja de la luz del día disponible. Ventanas de alta eficiencia permiten a la luz pasar, bloqueando los rayos infrarrojos y ultravioleta, lo cual ayuda a mantener la oficina a una temperatura ideal. Una pendiente sombrea las ventanas orientadas hacia el sur y aquellas orientadas hacia el este, se les incorporó un polarizado electro-crómico, controlado por un sensor que oscurece las ventanas cuando los rayos del sol las golpean directamente. Los bulbos fluorescentes de baja energía utilizados en todo el edificio, son controlados, por sensores de ocupación o balastras de oscurecimiento para reducir el consumo de energía. Sensores de luz apagan los bulbos cuando hay suficiente luz de día disponible. La conservación de energía también se extiende a computadoras y equipo de oficinas. Las pantallas planas LCD ocupan el lugar de los monitores tradicionales, los cuales usan 50 por ciento más energía, y las laptops reemplazan a las computadoras de escritorio en donde sea posible. El equipo de diseño integró el equipo de oficina con el sistema de seguridad del edificio, apagando automáticamente el equipo cuando el sistema de seguridad esté activado, restaurando la energía cuando el sistema esté desactivado. Todas las tecnologías que estamos usando ya están disponibles. Algunas de ellas son más caras desde un punto de vista de primer-costo, pero la reducción en el uso de energía va a pagar dividendos a largo plazo, dice Kaneda. Y, es lo correcto si buscamos reducir nuestro impacto sobre el medio ambiente. 1. Oficina privada 2. Oficina abierta 3. Toldo w/fotovoltaico integrado en edificio 4. Techo w/fotovoltaico integrado en edificio 5. Tragaluz 6. Sensor de energía eficiente y presencia controlando luces 7. Vidrio electro-crómico 8. Piso de calor radiante 9. Ventilación natural 10. Vidrio de alto desempeño 11. Reducción de contaminación de luz exterior 12. Eficiente agua de jardín 13. Bomba de calor subterránea
Más acerca de los sistemas mecánicos Los sistemas innovadores HVAC en las sedes IDeAs están diseñados para usar significativamente menos energía que los sistemas tradicionales. El diseño HVAC radica en maximizar el desempeño, la eficiencia energética y la calidad del aire interior, mientras mantiene los costos de construcción comparables a los diseños más tradicionales. Sistema de piso radiante. Una cubierta de losa se colocó sobre el piso existente, el cual consta de un sistema de tuberías radiantes de polietileno (PEX) de flujo cruzado para el enfriamiento y calefacción. Usando agua para transmitir el enfriamiento y calefacción a un espacio, el sistema, utiliza menos energía para producir el mismo acondicionamiento comparado a un sistema de aire forzado, debido al efecto creado por la variación de la temperatura del piso y el ocupante. Los sistemas de piso radiante usualmente utilizan temperaturas más elevadas para el enfriamiento del agua y temperaturas menores para la calefacción, comparado con los sistemas tradicionales, permitiendo al equipo que suministra el agua operar de manera más eficiente. Válvulas y tuberías PEX, visibles en gabinetes dentro de paredes, que permite la explicación a visitantes, del funcionamiento del sistema. Fui entrenado para ver a los edificios como un todo, donde eres responsable de asegurar que todos los sistemas de ingeniería en los edificios (eléctricos, iluminación, calefacción, ventilación, aire acondicionado, protección contra incendios, plomería, y sistemas estructurales) llenen sus funciones individuales, pero a su vez, trabajen como un todo. Es una extensión natural, que el rol de este edificio, tome en cuenta el entorno. De hecho, para mí, lo que hace un edificio verde a uno no verde, es la integración de los sistemas en el diseño del edificio. DAVID KANEDA DIRECTOR ASOCIADOS EN DISEÑO INTEGRADO INC La alta eficiencia de bombeo se obtiene, mediante el sistema de tuberías de baja presión, en conjunto con válvulas de control abiertas de tipo bola. El sistema Metasys de administración del edificio, controla los rangos de flujo de calefacción y enfriamiento del piso, así como la temperatura para proveer el máximo desempeño, utilizando el mínimo poder de bombeo y las temperaturas del agua más eficientes. Las velocidades de las bombas son mantenidas en su velocidad más baja, utilizando la tecnología de inversor de energía basada en la demanda actual. La condensación del piso es monitoreada por el sistema, el cual compara la temperatura del piso con la temperatura del punto de rocío del aire del cuarto. La des humidificación se da, si es necesaria, por la manejadora de aire, usando agua del enfriador y el condensador, para el control de la temperatura a través de tubos dobles en la manejadora de aire.
Bombas de Calor (Heat Pump Chillers). Las bombas eléctricas de calor (Heat Pump Chillers) de Johnson Controls, producen agua caliente y fría, para mantener la filosofía de cero-energía y cero emisión de carbón en este edificio. El agua fría y caliente se suministra a la cubierta radiante y a la manejadora de aire exterior, dedicada a acondicionar el espacio. La bomba de calor tiene un radio de eficiencia de energía de enfriamiento (EER) marcado arriba de 19. La parte trasera (abierta) del edificio, fue acondicionada para trabajar como una fuente terrestre de absorción y rechazo de energía, así como en un almacén para el sistema de la bomba de calor. La tierra debajo de ésta área cuenta con tuberías PEX, ubicada 1.8 m y 1.21 m debajo, para producir un campo de almacenamiento de energía. El sistema se vuelve más eficiente, al mantener la temperatura relativamente estable en el área abierta, en lugar de utilizar aire exterior para absorber y rechazar calor, lo que significa que las temperaturas pueden variar ampliamente. La capacidad térmica de almacenamiento de la tierra también permite mayor eficiencia entre modos de operación de calefacción y enfriamiento, los cuales cambian de la mañana a la tarde. Una manejadora de aire exterior con alto desempeño de filtración y control de temperatura constante, provee una ventilación de alto desempeño para el edificio. La operación de las puertas y ventanas abatibles instaladas en el edificio, permiten a los ocupantes ajustar sus niveles de confort. Pero cuando la temperatura exterior es muy fría o muy caliente, el agua provista por la bomba de calor a la manejadora de aire, es quien acondiciona el aire en el espacio y provee la ventilación requerida en el edificio. Metasys is a registered trademark of Johnson Controls, Inc. 2007 Johnson Controls, Inc. Printed in USA CSST-X08-001 www.johnsoncontrols.com.mx