Implementación de un Manual de Gestión Energética para Edificios
Atendiendo las Necesidades Presentes y Futuras del Desempeño Energético
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Ing. Jesús Eduardo García Vázquez[1] https://orcid.org/0000-0003-3016-4498 Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla Heroica Puebla de Zaragoza México |
Ing. Mauricio Enrique Cuahuey Guerrero https://orcid.org/0000-0003-4233-8686 Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla Heroica Puebla de Zaragoza México
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Dr. Juan Francisco Méndez Diaz https://orcid.org/0000-0001-6267-3671 Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla Heroica Puebla de Zaragoza México
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Dr. Edgar Peralta Sánchez https://orcid.org/0000-0001-2602-5025 Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla Heroica Puebla de Zaragoza México |
Mtro. Sergio Alejandro Cardeña Moreno
https://orcid.org/0000-0003-4233-8686
Universidad Popular
Autónoma del Estado de Puebla
Heroica Puebla de Zaragoza
México
RESUMEN
Este artículo de investigación se desarrolló al implementar un manual para la mejora del desempeño energético en edificios buscando reducir las emisiones de GEI y con esto mitigar el cambio climático, teniendo en cuenta la situación actual del edificio ubicado en la ciudad de Puebla, México. Determinando su consumo energético por medio de contabilizar los equipos electrónicos y preguntar a los dueños el tiempo que se usan los mismos, de igual manera se determinó su huella de carbono para que nos sirva como parámetro para el presente y futuro del edificio siempre buscan reducirla. Con los datos obtenidos por medio de la implementación y el análisis energético correspondiente se determinaron propuestas de mejora de bajo o nulo costo antes de que el edificio entre en operaciones.
Palabras clave: gestión energética; desempeño
energético; eficiencia energética
Implementation of an Energy Management Manual for Buildings Addressing Present and Future Energy Performance Needs
ABSTRACT
This research article was developed by implementing a manual for the improvement of energy performance in buildings seeking to reduce GHG emissions and thereby mitigate climate change, taking into account the current situation of the building located in the city of Puebla, Mexico. Determining their energy consumption by accounting for electronic equipment and asking the owners how long they are used, in the same way their carbon footprint was determined to serve as a parameter for the present and future of the building, they always seek to reduce it. With the data obtained through the implementation and the corresponding energy analysis, low or no-cost improvement proposals were determined before the building enters into operation.
Keywords: energy management; energy efficiency; energy performance; energy efficiency
Artículo recibido 30 junio 2023
Aceptado para publicación: 30 julio 2023
INTRODUCCIÓN
La energía es un motor fundamental para el desarrollo, a partir de esta se eleva la productividad de los sectores económicos y la competitividad de los países; pero, un rápido crecimiento no necesariamente es igual a desarrollo, sobre todo si este no contiene un plan sostenible en el tiempo y de acuerdo con los recursos disponibles del país. Es por ello que es necesario una ejecución consciente, la maximización de las capacidades de producción de forma sostenible y la consideración de la eficiencia como pilar primordial de esta transformación. (Riquelme Donoso, I. D., & Avellaneda López, J. L. E. (2020). Debido al rápido crecimiento económico en el mundo ha llevado a un aumento en el consumo de energía (da Cunha, S. R. L., & de Aguiar, J. L. B. 2020).
Con el rápido crecimiento económico en el mundo ha llevado a un aumento en el consumo de energía. Los combustibles fósiles son los que dominan el mercado mundial de la energía, su participación es del 81% aproximadamente. Sin embargo, las fuentes de energía fósil se están agotando y su explotación trae con ella costos ambientales y económicos muy elevados. Su explotación está ligada a la emisión de gases nocivos al medio ambiente, lo que aumenta las preocupaciones ambientales de la sociedad. Por lo tanto, el uso eficiente de la energía y la posibilidad de utilizar energía renovable son cada vez más importantes (da Cunha, S. R. L., & de Aguiar, J. L. B. 2020).
La evolución de este consumo de energía final en el mundo se multiplicó por 2.3 durante el periodo de 1971-2017, pasando de 4.242 a 9.717 Mtep (Tonelada equivalente de petróleo), manteniendo la distribución estable en la mayoría de los sectores, es decir un 24% en el sector residencial y el 8% en el sector comercial y servicios, donde hubieron cambios fue en el transporte al pasar de un 23% al 29%. (González, J. L. L. 2020). Sumado a lo anterior gran cantidad de energía eléctrica que se desperdicia por malos hábitos de consumo y por el uso de dispositivos anticuados e ineficientes (López, D., & Mideros, D. 2018). El incremento constante de la demanda de energía debido al desarrollo y crecimiento poblacional implica crecientes requerimientos de recursos. (Barragán-Escandón, E., Zalamea-León, E., Terrados-Cepeda, J., & Vanegas-Peralta, P. 2019). La alta tasa de crecimiento de las zonas urbanas y el aumento de los parámetros de confort han traído con ellos un aumento significativo en el consumo de energía, convirtiéndolo en una de las mayores preocupaciones de la sociedad actual (da Cunha, S. R. L., & de Aguiar, J. L. B. 2020).
México es un país de desarrollo medio sin embargo el consumo per cápita de energía es de 1.488 kg de petróleo equivalente por habitante, está por debajo de la media mundial el cual es de 1.918 kg. Para el caso de México, el país es destacado y reconocido por exportar petróleo crudo, pero también un importante importador de productos petrolíferos y gas natural, pero la situación del petróleo ha cambiado y ya no es el gran país petrolero que solía ser, sin embargo México es un país más petrolero que gasero. En el 2015 se empezó a tratar de diversificar la producción de energía con cierto éxito pues el combustible gaseoso llegó a participar con 43,3% en la oferta de energía y el petróleo bajó a 41,8%. (Rodríguez Padilla, V. (2018).
La situación en el resto del mundo va en la misma tendencia, de acuerdo con cifras del “World Energy Balances”, de la Agencia Internacional de Energía, la producción mundial de energía primaria en 2017 aumentó un 2.2%con respecto al año anterior, alcanzando la cifra de 14,030.702 millones de toneladas equivalentes de petróleo (MMtep). (World Energy Balances, 2019).
Los países que registraron mayor consumo energético fueron: China con un 20.6%, seguido de Estados Unidos con 15.6%, India 6.1%, Rusia 5.0%, Japón 3.0% y México se ubicó nuevamente en el lugar dieciséis de este ranking internacional (Secretaría de Energía. 2018).
El consumo mundial de energía total mundial de energía por sector fue de 9,717.29 MMtep en el 2017. Los tres sectores que más consumieron fueron: Industria con el 29.2%, transporte 28.8%, residencial 21.3% (Secretaría de Energía. 2018).
El sector de los edificios es uno de los mayores impulsores de la demanda energética y de emisiones de gases de efecto invernadero en el mundo,esto debido a su alta dependencia en la electricidad de dicho sector (Secretaría de Educación Pública. 2019). En la Unión Europea este sector consume el 40% de la energía (Perán Ramos, I. 2021). Incluso en algunos países representa el 36% de generación de emisiones de CO2 (Rivero Camacho, C. 2020). También se estima que más del 70% del parque inmobiliario de la UE es ineficiente desde el punto de vista energético (Burgos Bayo, R. 2022).
Para el caso de México el consumo de electricidad en el sector de edificios no residenciales, que incluye los comerciales y los públicos, es menos entendido. De acuerdo con el Sistema de Información Energética (SIE) se estima que el consumo de electricidad de este sector fue de 22.6 TWh en el 2017, o bien el 9% de la demanda de electricidad total en México en dicho año. Se pudo determinar que los edificios (residenciales y no residenciales) pueden ser considerados como el sector de mayor intensidad eléctrica, pues exceden el consumo de la industria. A nivel nacional, la energía en edificios representa el 18.1% (266,571,324 kWh) de la energía final consumida en México, está comprendida por los sectores residencial, comercial y público (SENER, 2016). Sin embargo, junto con los edificios residenciales, el sector de los edificios tendría un consumo de aproximadamente 126 TWh. Por estos datos en México, los edificios (residenciales y no residenciales) son el mayor consumidor de energía eléctrica en el país, superando al consumo de electricidad de la industria en 11% (SEP. 2019).
Es por ello que hoy en día, la eficiencia energética de los edificios es de las mayores preocupaciones, por altos impactos negativos en el medio ambiente, la economía y la sociedad (da Cunha, S. R. L., & de Aguiar, J. L. B. 2020).
METODOLOGÍA
En el presente estudio se aplicará un manual de gestión energética de elaboración propia, el cual tiene como objetivo mejorar el desempeño energético en edificios buscando reducir las emisiones de GEI y con esto mitigar el cambio climático.
El estudio se realizó en la ciudad de Puebla, México. Aplicando el manual a un edificio privado, el cual busca realizar un análisis energético antes de iniciar operaciones para buscar y encontrar posibles áreas de mejora y sus soluciones.
Implementación del manual.
A continuación se presenta como un caso de implementación del manual anterior aplicado a un edificio real. Es importante aclarar que este estudio se realizó en un edificio recién remodelado y sin ocupantes ni equipos electrónicos. Muchos de los pasos no se aplicaron debido a que el edificio aún no estaba en operación.
Análisis de consumo energético
Para realizar el análisis de consumo energético se visitó al edificio en varias ocasiones para la recopilación del equipo, datos y de lo que consta el edificio que a continuación se ve desglosado.
Uso energético
El estudio de análisis energético se realizará en un edificio que consta de 4 pisos en los cuales encontramos un total de 99 lámparas energain de 18 W cada una, de igual manera tiene un elevador marca SCHINDLER que consume 21.7 V y 12.5 Amperes, el edificio cuenta con un total de 47 contactos en su gran mayoría dobles. El edificio cuenta con una sub estación de 112.5 kVA
Consumo Energético
El consumo del edificio uno es de aproximadamente 469.43 KWh al día (24hrs) que a continuación se ven desglosados a continuación
§ Cuenta con lámparas “Energain” que cuentan con una potencia eléctrica de 18W, una tensión eléctrica de entrada de 100 a 240V, con una corriente nominal de 0.25 A, con una frecuencia de 50 a 60 HZ, con luminaria led y una vida útil de 25,000 hrs.
§ 1 elevador marca SCHINDLER con 3 fases, una conexión en delta de 215 volts, conexión en estrella de 370 volts, un consumo de corriente dependiendo la conexión, si es en Volts es de 21.7V y en amperes es de 12.5 A, sus vueltas por minuto del motor son de 1200 R/min.
§ Computadoras de escritorio “Acer" que tienen un consumo energético en operación de 5.4 Wh y de 0.45 Wh en modo espera en el monitor y su CPU es de 240 W activo.
§ Bocinas Lanix de 2000 watts.
§ Enchufes donde se conecte una laptop estándar 200 w.
§ 1 refrigerador estándar que consume aproximadamente de 250-500 W la hora.
§ 1 bomba de agua.
§ 1 licuadora.
§ Microondas.
§ Televisor LED 32" a 50''.
§ Tostadora.
§ Un refrigerador con certificado A++ que es el más eficiente en cuanto al uso de energía.
§ Cafetera.
§ Plancha.
A continuación se desglosa con lo que cuenta cada piso:
Piso 1:
§ 14 Lámparas energain de 18 W
§ 1 Contacto
§ 6 Apagadores
Piso 2:
§ 20 Lámparas (2 suposición) energain de 18 W
§ 10 Contactos
§ 9 Apagadores
§ 2 Centros de carga
Piso 3:
§ 19 Lámparas energain de 18 W
§ 11 Contactos
§ 8 Apagadores
§ 2 Centros de carga
Piso 4:
§ 22 Lámparas energain de 18 W
§ 17 Contactos
§ 10 Apagadores
Piso 5:
§ 20 Lámparas energain de 18 W
§ 8 Contactos
§ 6 Apagadores
En el momento del estudio aún no se determinaba el uso del edificio por ello se supuso que serían oficinas y que operarían 24 hrs.
Intensidad energética:
Si el edificio se ocupa como oficinas y suponiendo que los equipos ocupados así como las instalaciones deberán estar en operación las 24 hrs se desarrolla el siguiente análisis.
Se determinaron todos los equipos eléctricos con los que cuenta el edificio y sus horas de funcionamiento y se determinó que consumiría 741.43 KWh (Tabla 1).
Cálculo huella de carbono
La empresa realiza su actividad en una oficina de su propiedad. Identificación de las fuentes de emisiones de GEI en la organización: Alcance 1
Oficina: Consumo de electricidad
Datos de la actividad:
Oficina/ Dormitorios:
El consumo de electricidad es de 741.43 KWh al día y suponiendo que operará los 365 días del año obtendremos un consumo de 270,621.95 kWh al año. Ahora se necesita hacer una conversión a tCO2e debido a que la Comisión Reguladora de Energía (CRE) en 2019 determinó que el Factor de Emisión del Sistema Eléctrico Nacional es de 0.527 tCO2e/MWh.
Esto nos indica que las emisiones totales en relación a los consumos energéticos de la instalación es de 142.618 tCO2 equivalente (Tabla 2).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con los resultados encontrados y ver que el edificio consumirá 741.43 kWh y 270,621.95 kWh al año, con una huella de carbono de 142.618 tCO2e (toneladas de equivalencia de dióxido de carbono) se ha determinado que el primer paso para buscar reducir el gasto energético así como la huella de carbono será por medio del ahorro energético, es decir se van a establecer horarios de uso de la iluminación pues el edificio cuenta con suficientes ventanas lo cual nos permite utilizar la luz natural el mayor tiempo posible y así reducir el tiempo de encendido de las lámparas. También se optará por instalar sensores de movimiento para el uso de las lámparas buscando de igual manera mantenerlas apagadas el mayor tiempo posible. Otra medida a tomar será la de poner diversas publicidades en paredes, monitores, etc., Para que el personal esté consciente y al tanto de de la importancia de reducir el uso por la parte económica así como del medio ambiente, con esta medida también se logrará aprovechar cada parte del edificio así como cuidar el uso de todos los equipos.
Al implementar este manual se encontraron estos beneficios.
Beneficios presentes:
§ Identificación de puntos de mejora.
§ Reducción de pago de electricidad.
§ Reducción de costos.
§ Solución de problemas energéticos.
§ Optimización de equipo y personal.
§ Mejorar la gestión energética.
§ Identificar los puntos de ahorro.
§ Lograr proponer e implementar las mejoras propuestas.
§ Reducción de GEI.
§ Es flexible.
Beneficios futuros.
§ Tener una mejora continua.
§ Lograr tener una política energética eficiente.
§ Tener una buena gestión energética.
§ Realizar compras adecuadas y correctas.
§ Reducir aún más los costos.
§ Capacitación correcta del personal.
§ Concientización energética.
§ No generar pérdidas de energía.
§ Realización adecuada de las actividades
§ Lograr tener reconocimientos y certificaciones nacionales e internacionales.
Trabajos futuros
Al haber realizado este estudio antes de que empiece a operar será necesario realizar nuevamente el análisis pertinente para poder determinar nuevas medidas, y encontrar áreas de oportunidad, además de ver si es viable el uso de paneles solares u alguna otra fuente de energía renovable y poder empezar a buscar la automatización del edificio.
ILUSTRACIONES, TABLAS, FIGURAS.
Tabla 1. Intensidad energética
|
Cantidad |
Generador |
Watts |
Horas encendida/ operando |
Horas reposo/ apagado |
Total Wh |
|
99 |
Lámparas energain (LED) |
1=18 W 99= 1782 W |
24 hrs |
0 hrs |
42768 Wh |
|
1 |
Elevador marca SCHINDLER |
21.7VX12 .5A= 271.25 W |
24 hrs |
0 hrs |
6510 Wh |
|
1 |
Refrigerador |
375 W |
24 hrs |
0 hrs |
9000 Wh |
|
1 |
Microondas |
1000 W |
8 hrs |
16 hrs |
8000 Wh |
|
47 |
Enchufes |
1=200 W 47= 9400 W |
24 hrs |
0 hrs |
225600 Wh |
|
1 |
Licuadora |
450 W |
8 hrs |
16 hrs |
3600 Wh |
|
1 |
Bomba de agua |
570 W |
24 hrs |
0 hrs |
13680 Wh |
|
1 |
Cafetera |
700 W |
8 hrs |
16 hrs |
5600 Wh |
|
9 |
Televisor LED 32" |
1=90 W 9=810 W |
8 hrs |
16 hrs |
6480 Wh |
|
20 |
Bocinas |
1=200 W 20= 4000 W |
8 hrs |
16 hrs |
32000 Wh |
|
1 |
Tostadora |
850 W |
8 hrs |
16 hrs |
6800 Wh |
|
20 |
Computadoras de escritorio |
1=200 w (pantalla 5.4 W) 20= 4108 W |
24 hrs |
0 hrs |
98592 Wh |
|
1 |
Plancha |
1000 W |
8 hrs |
16 hrs |
8000 Wh |
|
1 |
Lavadora A++ |
350W |
8 hrs |
16 hrs |
2800 Wh |
|
1 |
Estufa Eléctrica |
6800 W |
4 hrs |
20 hrs |
272000 Wh |
|
Total |
32466.25 W 32.466 KW |
741430 Wh 741.43 KWh |
. Fuente: Elaboración propia
Tabla 2. Emisiones totales de tCO2e.
|
Consumo anual de electricidad |
Unidades de medida física |
Factor de emisión (tCO2e/MWh) |
tCO2e |
|
|
270.621 |
MWh |
0.527 |
tCO2e/MWh |
142.618 |
Fuente: Elaboración propia
CONCLUSIONES
Al realizar este estudio queda claro que como sociedad se debe de buscar la implementación de energías limpias en todos los sectores ya que es preocupante que los combustibles fósiles sigan siendo los principales generadores. también que existen manuales que ya no resultan pertinentes debido a que ya no cumplen con las necesidades de hoy en día ni con perspectivas al futuro.
Con respecto a la implementación del manual se encontró que la evaluación general del edificio será indispensable para lograr un buen análisis y posteriormente lograr una correcta gestión energética. Muchas mejoras se pueden realizar de manera económica o incluso sin costos pero será necesario una gran inversión si se desea que el edificio sea completamente tecnológico, autónomo, moderno y con mejor desempeño energético. En este particular caso el edificio al ser recién remodelado abre las puertas a realizar o proponer mejoras de una manera más fácil y atendiendo a las necesidades que se requerirán en un futuro.
LISTA DE REFERENCIAS
Agencia Internacional de Energía World Energy Balances. Energy Balances of OECD Countries, International Energy Agency. Energy Balances of Non-OECD Countries, International Energy Agency. Manual de estadísticas energéticas, AIE-OECD-Eurostat.
Barragán-Escandón, E., Zalamea-León, E., Terrados-Cepeda, J., & Vanegas-Peralta, P. (2019). Factores que influyen en la selección de energías renovables en la ciudad. EURE (Santiago), 45(134), 259-277.
Burgos Bayo, R. (2022). Hacia la transición ecológica del pabellón nuevo: ETSAM.
da Cunha, S. R. L., & de Aguiar, J. L. B. (2020). Phase change materials and energy efficiency of buildings: A review of knowledge. Journal of Energy Storage, 27, 101083.
González, J. L. L. (2020). Analisis de eficiencia energetica y seguridad ambiental en bloques quirurgicos mediante tecnicas de simulacion (Doctoral dissertation, Universidade de Vigo.
López, D., & Mideros, D. (2018). Diseño de un sistema inteligente y compacto de iluminación. Enfoque UTE, 9(1), 226-235
Perán Ramos, I. (2021). Objetivo 2050. Hacia una Europa climáticamente neutra. Rehabilitación energética de la Colonia San Cristóbal.
Riquelme Donoso, I. D., & Avellaneda López, J. L. E. (2020). Eficiencia energética: tendencia global y su relación con los sectores económicos del Perú.
Rivero Camacho, C. (2020). Estudio de huellas en el ciclo de vida del edificio residencial.
Secretaría de Educación Pública. (2019). Cuaderno 3. Nociones de matemáticas financieras [Documento PDF]. Recuperado de https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/455552/cuaderno3nvociclo_2.pdf
Secretaría de Energía. (2018). Balance Nacional de Energía 2018 [Informe]. Recuperado de https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/528054/Balance_Nacional_de_Energ_a_2018.pdf
Secretaría de Energía (SENER) (2016), Balance nacional de energía. [En línea] https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/288692/Balance_Nacional_de_Energ_a_2016__2_.pdf,consultado el 20 de febrero de 2020