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Edificios energéticamente neutros
2.1 Introducción
Los edificios energéticamente neutros (o edificios de energía neta cero) están representados por un método de construcción y diseño que tiene como objetivo final crear un edificio energéticamente eficiente conectado a la red, capaz de generar su propia energía para compensar la demanda de energía que crea [5, 6]. Esto significa que los edificios de energía neutra tienen un consumo de energía neto cero, lo que se traduce en el hecho de que la energía total requerida anualmente es casi igual a la cantidad de energía renovable generada en el sitio o cerca.
Los edificios energéticamente neutros hacen un uso eficiente de la generación de energía renovable para utilizar tanta energía como se pueda producir localmente. Si bien es difícil lograr un equilibrio completo entre la producción y el consumo de energía, este se está convirtiendo en un objetivo cada vez más alcanzable que está ganando cada vez más tracción en diferentes partes del mundo [7].
Los propietarios de propiedades comerciales privadas están cada vez más interesados en establecer edificios energéticamente neutrales para satisfacer sus objetivos corporativos, mientras que el gobierno avanza hacia objetivos de construcción neutrales desde el punto de vista energético en respuesta a las obligaciones reglamentarias [6].
Aunque los edificios energéticamente neutros se asocian con mayor frecuencia con edificios comerciales, cualquier estructura, incluidas las casas residenciales, puede ser energéticamente neutral, ya que el principio es escalable y relevante para casi cualquier tipo de estructura, ya sea una gran instalación de usos múltiples o una pequeña. hogar [6, 7]. El concepto incluso se puede utilizar para completar ciudades e instituciones consumo-neto-cero.
Fuente: https://www.energyintime.eu/nearly-zero-energy-standard-2050-eu-half-dream-half-reality/
2.2 Materiales de construcción
La creación de materiales y bienes de construcción requiere materias primas y energía en forma de madera, piedra, minerales, productos químicos y electricidad, petróleo, carbón y gas, respectivamente [8]. La fabricación y el transporte de materiales de construcción están estrechamente vinculados y provocan la emisión de gases de efecto invernadero que, a su vez, tienen consecuencias medioambientales relacionadas [8, 9].
El uso excesivo de materiales que consumen mucha energía y la sobreexplotación pueden agotar tanto los recursos energéticos como los materiales, además de causar daños al medio ambiente. Además, no es fácil satisfacer la demanda cada vez mayor de edificios únicamente con materiales y métodos de construcción tradicionales de bajo consumo energético.
Por eso existe una demanda de soluciones de construcción que sean a largo plazo, respetuosas con el medio ambiente y energéticamente eficientes. Para alcanzar estos objetivos, se requiere el uso más eficiente de los recursos energéticos y las materias primas disponibles [8].
Los siguientes conceptos representan alternativas sostenibles a las tecnologías de la construcción [8]:
- Conservación de energía,
- Minimización de materiales que requieren un elevado aporte energético,
- Minimización del transporte y aumento del uso de recursos y materiales locales,
- Utilización óptima de las habilidades locales y producción descentralizada,
- Inclusión de desechos industriales en el proceso de producción de materiales de construcción,
- Reutilización y reciclaje de desechos resultantes de la construcción,
- Uso de fuentes de energía renovables.
A continuación, se pueden encontrar algunos ejemplos de alternativas bajas en carbono para materiales y tecnologías de construcción [8, 9]:
- Cementos mezclados,
- Bloques de barro estabilizado para mampostería,
- Bloques de cenizas volantes compactados,
- Muros de tierra apisonada,
- Sistemas de pisos y techos de baja intensidad energética,
2.3 Flujo de aire
Los edificios con ventilación natural tienen el potencial de ahorrar cantidades considerables de energía eléctrica de refrigeración y ventiladores [10]. Hay dos tipos de flujo de aire en un edificio de energía neutral: ventilación natural y ventilación mecánica.
La ventilación natural hace uso de fuerzas naturales como la temperatura y el viento para facilitar el flujo de aire y el intercambio de aire en un edificio. La ventilación mecánica, por otro lado, utiliza ventiladores eléctricos para dirigir y controlar el flujo de aire en un edificio. La ventilación mecánica es capaz de proporcionar un flujo de aire constante y un intercambio de aire, independientemente de las condiciones climáticas, pero consume energía eléctrica y requiere un cambio periódico de los filtros de ventilación, que son una fuente de contaminación [10-12].
Cuando se trata de flujo de aire y ventilación natural en un edificio de energía neutral, existen dos conceptos principales de ventilación [13]:
- Proporcionar una calidad de aire interior adecuada sin el uso de electricidad para facilitar el movimiento del aire.
- Mejorar la velocidad del aire durante el día y las altas tasas de ventilación nocturna para el confort térmico en el verano.
La mayor desventaja es la recuperación del calor invernal del aire cálido del interior. Sin embargo, el beneficio clave es la capacidad de lograr altas tasas de ventilación para enfriar en el verano sin usar electricidad, lo que conduce a un mayor ahorro de energía [13].
2.4 Iluminación
La iluminación natural debe utilizarse en todos los diseños de edificios energéticamente neutros. Después de optimizar y maximizar el nivel de iluminación alcanzado por la luz natural, se debe agregar iluminación de tareas en áreas como mostradores de cocina, baños, oficinas, etc.
Los edificios energéticamente neutros aprovechan la luz natural tanto como sea posible al tener ventanas ubicadas estratégicamente en las áreas de estar. En lo que respecta a la iluminación artificial, debe utilizarse una iluminación nueva y energéticamente eficiente que tenga el potencial de reducir el consumo de energía [14].
Esto hace que los diodos emisores de luz (LED, del inglés Light Emitting Diodes) sean la opción preferida, ya que son las fuentes de luz más eficientes y duraderas disponibles [15, 16]. Otra ventaja de los LED, además del hecho de que ahorran energía y reducen los costos de iluminación, es el hecho de que también eliminan la exposición al mercurio que ocurre cuando se utilizan bombillas fluorescentes [14].
La forma en que los LED crean luz difiere de la de otras tecnologías de iluminación. En una lámpara incandescente tradicional, un filamento de tungsteno se calienta con corriente eléctrica hasta que brilla y emite luz [17]. En una lámpara fluorescente, una corriente eléctrica impulsa el gas para generar radiación ultravioleta (UV), que golpea el revestimiento de fósforo dentro de la cubierta de vidrio y hace que genere luz visible [17].
Sin embargo, un LED es un diodo semiconductor, un dispositivo que solo permite que la corriente fluya en una dirección, construido con un material semiconductor diseñado para formar una estructura de unión positiva-negativa (P-N) [16, 17]. Una vez que se aplica una corriente en la unión P-N, el exceso de electrones (que están cargados negativamente) se mueve hacia el lado positivo y el exceso de partículas del lado positivo (conocido como «agujeros») se mueve hacia el lado negativo. En la unión P-N, los huecos y los electrones interactúan, lo que libera energía en forma de luz [17].
2.5 Bomba de calor
Las bombas de calor son unidades exteriores que forman parte de un sistema de calefacción y refrigeración. Pueden calentar y enfriar una casa. Una bomba de calor funciona absorbiendo el calor del aire frío del exterior y lo transfiere al interior de la casa en invierno, y en verano eliminando el calor del interior de la casa y transfiriéndolo al exterior. Las bombas de calor funcionan con electricidad y, a través de un agente refrigerante, transmiten calor para brindar comodidad [18]. Además, a diferencia de los hornos, no utilizan combustibles fósiles para la calefacción, lo que los hace ecológicos y cruciales para los edificios energéticamente neutros.
Los sistemas de bombas de calor representan una forma rentable de recuperar calor de diversas fuentes no solo en el sector residencial, sino también en los sectores comercial e industrial [19]. Con el aumento de los costos de energía, las bombas de calor juegan un papel clave en el ahorro de energía y la reducción de costos.
Los diseños de ciclo diseñados para sistemas accionados por calor y por trabajo, componentes de ciclo mejorados (incluida la elección del fluido de trabajo) y la maximización de la utilización en una variedad más amplia de aplicaciones han sido el foco de los avances recientes en los sistemas de bombas de calor [19].
En comparación con el calentamiento por resistencia eléctrica, como los hornos y los calentadores de placa base, la bomba de calor actual puede reducir los costos de calefacción hasta en un 50% [20]. En el verano, las bombas de calor de alta eficiencia deshumidifican mejor que los acondicionadores de aire centrales típicos, lo que resulta en un menor uso de energía y más comodidad.
Fuente: https://riverreporter.com/stories/the-heat-pump-basics,41466