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Eficiencia energ�tica en sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n

 

Energy efficiency in heating and cooling systems

 

Efici�ncia energ�tica em sistemas de aquecimento e refrigera��o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: christian.alava.velez@utelvt.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 13 de febrero de 2024 *Aceptado: 03 de marzo de 2024 * Publicado: �10 de abril de 2024

 

        I.            Universidad T�cnica "Luis Vargas Torres" de Esmeraldas, Ecuador.

      II.            Universidad T�cnica "Luis Vargas Torres" de Esmeraldas, Ecuador.

   III.            Universidad T�cnica "Luis Vargas Torres" de Esmeraldas, Ecuador.

   IV.            Universidad T�cnica "Luis Vargas Torres" de Esmeraldas, Ecuador

 

Resumen

El objetivo del presente ensayo consisti� en analizar la situaci�n actual de la eficiencia energ�tica en sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n de los edificios del sector residencial/dom�stico. El enfoque metodol�gico para alcanzar tal finalidad fue de revisi�n documental, por lo cual se accedi� a las plataformas digitales de instituciones reconocidas y estudiosas de la tem�tica energ�tica y medio ambiental como IEA, IPCC, IRENA, OLADE, PNUMA, entre otros, tambi�n se realiz� una b�squeda en repositorios electr�nicos de universidades y revistas indexadas donde se tuvo acceso a trabajos de investigaci�n, art�culos u otros relacionados con la tem�tica de inter�s. Los resultados encontrados dan cuenta que el sector de los edificios tiene una alta demanda energ�tica especialmente en lo referido a la calefacci�n y la refrigeraci�n de espacios, aunado a que siguen utilizando combustibles f�siles para cubrir sus necesidades energ�ticas, los cuales tienen una significativa huella de carbono, factor que mide el impacto sobre el calentamiento global. Por ello, la eficiencia energ�tica suscita un gran inter�s pues tiene un papel clave en la reducci�n de emisiones a corto plazo. Garantizar la refrigeraci�n y calefacci�n en los espacios residenciales crucial para la comodidad y confort de los residentes, pero es fundamental proteger el medio natural. Para lograr dicho prop�sito han surgido las soluciones pasivas (dise�o de la construcci�n y las Islas de calor urbanas e infraestructura verde) y las soluciones activas de refrigeraci�n y calefacci�n que se demandan sean energ�ticamente eficiente, eficaz y sostenible y los refrigerantes alternativos con bajo o ultrabajo potencial de calentamiento global (PCA-GWP). Se concluye que el auge de soluciones en materia de refrigeraci�n y climatizaci�n para las edificaciones residenciales motivado por la creciente demandas de protecci�n ambiental es fundamental para lograr los objetivos de eficiencia energ�tica, sin embargo, esta transformaci�n va de la mano con la promoci�n en el cambio de comportamiento de la poblaci�n hacia el cuidado responsable del medioambiente.

Palabras clave: Eficiencia energ�tica; calefacci�n; refrigeraci�n; medioambiente.

 

Abstract

The objective of this essay was to analyze the current situation of energy efficiency in heating and cooling systems of buildings in the residential/domestic sector. The methodological approach to achieve this purpose was a documentary review, for which the digital platforms of recognized institutions and scholars of energy and environmental issues such as IEA, IPCC, IRENA, OLADE, UNEP, among others, were also accessed. a search in electronic repositories of universities and indexed journals where research papers, articles or others related to the topic of interest were accessed. The results found show that the buildings sector has a high energy demand, especially with regard to heating and cooling spaces, coupled with the fact that they continue to use fossil fuels to cover their energy needs, which have a significant carbon footprint. , a factor that measures the impact on global warming. Therefore, energy efficiency arouses great interest as it plays a key role in reducing emissions in the short term. Ensuring cooling and heating in residential spaces is crucial for the convenience and comfort of residents, but it is essential to protect the natural environment. To achieve this purpose, passive solutions have emerged (building design and urban heat islands and green infrastructure) and active cooling and heating solutions that are demanded to be energy efficient, effective and sustainable and alternative refrigerants with low or ultra-low global warming potential (GWP-GWP). It is concluded that the rise of refrigeration and air conditioning solutions for residential buildings motivated by the growing demands for environmental protection is essential to achieve energy efficiency objectives, however, this transformation goes hand in hand with the promotion of change. behavior of the population towards responsible care of the environment.

Keywords: Energy efficiency, heating, cooling, environment.

 

Resumo

O objetivo deste ensaio foi analisar a situa��o atual da efici�ncia energ�tica nos sistemas de aquecimento e refrigera��o de edif�cios do setor residencial/dom�stico. A abordagem metodol�gica para atingir esse prop�sito foi uma revis�o documental, para a qual tamb�m foram acessadas plataformas digitais de reconhecidas institui��es e estudiosos das quest�es energ�ticas e ambientais como IEA, IPCC, IRENA, OLADE, UNEP, entre outras. reposit�rios de universidades e peri�dicos indexados onde foram acessados ​​trabalhos de pesquisa, artigos ou outros relacionados ao tema de interesse. Os resultados encontrados mostram que o setor dos edif�cios tem uma elevada procura energ�tica, especialmente em rela��o ao aquecimento e arrefecimento de espa�os, aliado ao facto de continuarem a utilizar combust�veis f�sseis para cobrir as suas necessidades energ�ticas, que t�m uma pegada de carbono significativa. que mede o impacto no aquecimento global. Portanto, a efici�ncia energ�tica desperta grande interesse, pois desempenha um papel fundamental na redu��o de emiss�es no curto prazo. Garantir refrigera��o e aquecimento em espa�os residenciais � crucial para a comodidade e conforto dos residentes, mas � essencial para proteger o ambiente natural. Para atingir este objectivo, surgiram solu��es passivas (projecto de edif�cios, ilhas de calor urbanas e infra-estruturas verdes) e solu��es activas de arrefecimento e aquecimento que s�o exigidas para serem energeticamente eficientes, eficazes e sustent�veis ​​e refrigerantes alternativos com potencial de aquecimento global baixo ou ultrabaixo (GWP-GWP). Conclui-se que o surgimento de solu��es de refrigera��o e ar condicionado para edif�cios residenciais motivado pelas crescentes exig�ncias de prote��o ambiental � essencial para atingir os objetivos de efici�ncia energ�tica, no entanto, esta transforma��o anda de m�os dadas com a promo��o da mudan�a de comportamento da popula��o perante o ambiente. cuidado respons�vel com o meio ambiente.

Palavras-chave: Efici�ncia energ�tica, aquecimento, refrigera��o, meio ambiente.

 

Introducci�n

El mundo actual, como bien es sabido, ha evolucionado haciendo uso de los recursos naturales de su entorno, y en la idea de que los bienes ambientales eran inagotables, con el transcurso del paso de los a�os, se� hizo un uso indiscriminado y no controlado de las riquezas de la naturaleza, lo cual, ha sido factor determinante para alterar y modificar el equilibrio ecosist�mico del planeta, hasta el punto de ocasionar la grave crisis ambiental global que se ha convertido en una gran amenaza para el sostenimiento de la vida del propio ser humano en la Tierra.

Para afrontar los retos del deterioro de la naturaleza presentes en la actualidad, y mantener la armon�a entre los factores humanos, ambiente y de desarrollo, es imperativo, la toma de conciencia por parte de la colectividad de la actual problem�tica que atraviesa el h�bitat, y en consecuencia estar dispuestos a asumir� la debida responsabilidad, lo que pasa necesariamente por un cambio significativo de conductas y h�bitos hacia el mejor uso de los recursos del medioambiente tanto a nivel� personal y en todas las esferas de la sociedad en general.

Distintos estudios han identificado que la influencia humana es la principal fuerza impulsora de los r�pidos y generalizados cambios en la atm�sfera, el oc�ano, la criosfera y la biosfera, surgidos a partir de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), los aerosoles y sus precursores; los cambios de uso de la tierra, entre otros, cuya repercusi�n se evidencia en el incremento estimado de la temperatura global terrestre�(IPCC, 2021). El cambio clim�tico causado por las actividades humanas ya influye en muchos fen�menos meteorol�gicos y clim�ticos extremos en todas las regiones del mundo como olas de calor, precipitaciones intensas, sequ�as y ciclones tropicales�(IPCC, 2021).

En atenci�n a lo precedente, para intentar influir en un cambio de paradigma que permita minimizar las devastaciones causados al entorno natural, se han identificado seis sectores que, seg�n el Programa para el Medio Ambiente de la Organizaci�n de las Naciones Unidas (PNUMA), en l�nea con los acuerdos internacionales en materia medioambiental deben reducir las emisiones, en busca de la estabilidad clim�tica, los mismos son: Energ�a; Industria; Agricultura y Alimentaci�n; Bosques y Uso del Suelo; Transporte y; Edificios y Ciudades�(PNUMA, 2023).

En este aspecto vale resaltar, el sector edificios por su relaci�n con el tema de inter�s para este ensayo, relativo a la eficiencia energ�tica en sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n residencial, en cuanto a que gran parte del consumo de energ�a el�ctrica en estos inmuebles est� asociado a los requerimientos de climatizaci�n del ambiente, llamando as� la atenci�n sobre la pertinencia de aumentar, en este caso, la eficiencia energ�tica como instrumento para reducir el gasto energ�tico del sistema, as� como tambi�n en la tarifa econ�mica y como complemento reducir la huella de carbono coligada a dicho campo. Conforme a ello, (ONU-H�bitat, 2019) plantea que la mayor�a de los edificios siguen utilizando combustibles f�siles para cubrir sus necesidades energ�ticas, los cuales tienen una significativa huella de carbono, factor que mide el impacto sobre el calentamiento global.

Respecto al impacto ambiental de los edificios est�n se�alados como responsables de m�s del 34% de la demanda energ�tica y alrededor del 37% de las emisiones de di�xido de carbono (CO₂) asociadas a la energ�a y sus operaciones�(ONU, 2022). En sentido similar, la Agencia Internacional de la Energ�a (IEA, por sus siglas en ingl�s) estima que la demanda de energ�a operativa de los edificios (como la calefacci�n y la refrigeraci�n de espacios, calentamiento del agua, iluminaci�n y cocina) ha aumentado alrededor un 4 por ciento respecto al a�o 2020 y supera el nivel m�ximo anterior de 2019 en m�s de un 3 por ciento�(IEA, 2022). Por tanto, se ve reconocida que las acciones de descarbonizaci�n contemplan reducir la cantidad de combustibles f�siles utilizados y disminuir las emisiones de CO₂ e hidrofluorocarburos (HFC) por parte del sector de la calefacci�n y la refrigeraci�n�(IRENA, 2021).

No obstante, con ello, los autores Rocha & Jim�nez, (2016) afirman que las actuales pr�cticas de edificaci�n suelen prestar poca atenci�n a la eficiencia energ�tica y a los impactos econ�micos, ambientales y sociales en el espacio edificado.

Tomando como premisa lo anteriormente descrito, esta investigaci�n considera como objetivo analizar la situaci�n actual de la eficiencia energ�tica en sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n de los edificios del sector residencial/dom�stico, como fundamento de ahorro energ�tico y sus costos asociados, sin detrimento de la comodidad en los hogares, mientras se procura reducir la huella de carbono como una valiosa herramienta contra la lucha de la crisis ambiental global.

 

Desarrollo

Aludiendo a la informaci�n referente a los sistemas de refrigeraci�n y calefacci�n, en la publicaci�n de la Agencia Internacional de Energ�as Renovables (IRENA, por sus siglas en ingl�s) apunta que la calefacci�n es la forma de energ�a m�s utilizada en todo el mundo, dado que supone m�s de la mitad de la demanda energ�tica final, usada� para satisfacer las necesidades de calefacci�n de edificios y generaci�n de agua caliente sanitaria (ACS), siendo que gran parte de dicho suministro energ�tico proviene de la combusti�n de combustibles f�siles, con las consecuencias ambientales que esto supone, por las emisiones de gas de efecto invernadero (GEI) ligados a este proceso qu�mico�(IRENA, 2021).

Con respecto a la refrigeraci�n asevera (ONU, 2018) que es actualmente responsable de cerca del 10 por ciento de las emisiones causantes del cambio clim�tico y que su impacto est� en aumento. Igualmente, en el referido texto�(IRENA, 2021) se destaca que la demanda de refrigeraci�n est� creciendo r�pidamente en todo el mundo. Los requerimientos en refrigeraci�n de espacios suelen ser alta en pa�ses emergentes con climas c�lidos. En consecuencia, enfatiza este organismo, tanto la calefacci�n como la refrigeraci�n son sectores que requieren una acci�n urgente. Esto se aplica sobre todo a ciudades (IRENA, 2021).

Evidentemente, los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n son esenciales para lograr el confort en los ambientes residenciales, no obstante los problemas de da�o medioambiental asociados a su uso, demandan en el corto plazo, encontrar soluciones que vinculen la satisfacci�n de los requerimientos poblacionales de los servicios de calefacci�n y refrigeraci�n en la vida cotidiana, mientras se impulsan acciones de protecci�n del medio natural, en este caso, poner en pr�ctica los principios de la eficiencia energ�tica en los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n se percibe como una estrategia efectiva, para alcanzar los est�ndares de descarbonizaci�n establecidos en el acuerdo del protocolo de Kyoto;� la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal en el sector de la calefacci�n y refrigeraci�n en �reas (urbanas) de alta densidad y en los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la agenda 2030, particularmente el ODS 7 �energ�a asequible y no contaminante� y ODS 13 �adoptar medidas urgentes para combatir el cambio clim�tico y sus efectos�, ampliamente divulgados en la literatura.

En atenci�n a lo expuesto, (ONU, 2018) refiere, las alternativas en este campo as� como una mayor eficiencia energ�tica y el uso de fuentes de energ�a limpia para los sistemas de enfriamiento, tendr�n un impacto significativo a la hora de cumplir los objetivos del Acuerdo de Par�s, que busca mantener el aumento de la temperatura media mundial muy por debajo de 2 �C con respecto a los niveles preindustriales, y proseguir los esfuerzos para limitar ese aumento de la temperatura a 1,5 �C. Asimismo, contempla�(IRENA, 2021), los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n urbana pueden contribuir a incrementar el uso de energ�as renovables, aumentar la eficiencia energ�tica, disminuir el uso de combustibles f�siles en el sector de la climatizaci�n y mejorar la calidad del aire en zonas urbanas.

La reducci�n de las emisiones por parte del sector de la calefacci�n y refrigeraci�n es un factor cr�tico a la hora de mitigar el cambio clim�tico y reducir la contaminaci�n atmosf�rica�(IRENA, 2021). Esto plantea una disyuntiva compleja ya que el uso de estos sistemas de refrigeraci�n si bien es fundamental, es una importante fuente de emisiones debido a la energ�a que requieren que se satisface a menudo con el empleo de fuentes de energ�as basadas en combustibles f�siles (ONU, 2018).

Inexorablemente, a medida que se modifica la temperatura global a ra�z de las actividades humanas, especialmente, aquellas que se relacionan con los fen�menos clim�ticos extremos como olas de calor y frio intenso que han azotado a diversas regiones del planeta, se hace insoslayable, el uso de los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n, en las viviendas, edificios, instituciones, comercios e industrias que acent�a las emisiones de GEI, y en ese punto participa sustancialmente en el calentamiento global, como principal problema ambiental que suscita gran preocupaci�n en la comunidad cient�fica de expertos clim�ticos y en otras diversas instituciones y organizaciones estudiosas de la materia.

El uso inteligente de la energ�a en los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n de los entornos que rigen el desarrollo de las actividades cotidianas y laborales de los seres humanos se relaciona con cambiar el suministro energ�tico de fuentes no renovables a fuentes de energ�a renovable y sostenible; soluciones de dise�o de edificios, soluciones de alta tecnolog�a de bajo consumo y las soluciones basadas en la naturaleza (SbN), entre otras (Ulloa, Reyna & Chere-Qui��nez, 2022). En este particular, seg�n argumentan Rocha & Jim�nez, (2016) para apoyar la eficiencia energ�tica y la disminuci�n de las emisiones contaminantes ocasionadas por el sector de la edificaci�n ser� necesario establecer est�ndares de eficiencia en los c�digos de construcci�n para los nuevos edificios, constituir est�mulos para el uso de nuevas tecnolog�as y apoyar con financiamiento las energ�as m�s limpias.

La eficiencia energ�tica es una de las pr�cticas m�s r�pidas y econ�micas para mitigar el cambio clim�tico, prevenir la sobredemanda de electricidad, evitar el racionamiento el�ctrico (los apagones), reducir el monto de las inversiones en generaci�n el�ctrica, y disminuir el costo de los subsidios a la energ�a�(OLADE, 2014). La eficiencia energ�tica suscita un inter�s creciente, ya que desempe�a una importante funci�n en la reducci�n de las emisiones a corto plazo. A largo plazo, las energ�as limpias ser�an importantes para reducir la demanda de energ�a y evitar la sobrecarga de las redes el�ctricas no contaminantes�(PNUMA, 2023).

Concretamente, el uso de productos de refrigeraci�n eficientes proporciona ahorros en t�rminos energ�ticos, econ�micos y ambientales, tanto a nivel del ciudadano como a nivel nacional. Estos ahorros indudablemente, reducen el valor de las facturas de electricidad, disminuyen las importaciones de combustibles f�siles, mejora el bienestar de los consumidores y minimizan las emisiones de di�xido de carbono�(OLADE, 2014).

La eficiencia energ�tica en los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n en los edificios del sector residencial/dom�stico, enfatiza la necesidad de usar la energ�a requerida para su funcionamiento de una forma m�s sustentable con el medio ambiente, lo cual viene acompa�ado de un m�ximo rendimiento y a la vez de un bajo consumo. Abordar la optimizaci�n del consumo energ�tico a partir de la adopci�n de innovaciones sostenibles en calefacci�n y refrigeraci�n energ�ticamente eficientes, reviste tomar en cuenta las tecnolog�as y las tendencias novedosas orientadas hacia la implementaci�n del criterio de uso eficiente de la energ�a en los espacios residenciales, entre otros.

 

Calefacci�n y refrigeraci�n energ�ticamente eficientes

Como se ha venido se�alando en los p�rrafos precedentes, los sistemas de climatizaci�n (ya sea calefacci�n, aire acondicionado o ambas) son un punto vital para la edificaci�n sustentable porque son t�picamente los que m�s energ�a consumen en los edificios�(Rocha & Jim�nez, 2016). En la actualidad, el avance tecnol�gico ha permitido implementar soluciones en materia de calefacci�n y refrigeraci�n que permiten el disfrute de un confort �ptimo mientras se reduce el impacto ambiental. Sobre este particular Villalobos, (2023) aduce, la combinaci�n de estrategias de dise�o inteligente, tecnolog�a avanzada y pr�cticas sostenibles puede contribuir significativamente a la reducci�n del consumo energ�tico y las emisiones de carbono asociadas con la climatizaci�n de edificios.

Una edificaci�n energ�ticamente eficiente es aquellas que minimiza el gasto de las energ�as, es decir, son espacios de baja demanda energ�tica. Para lograr esto, la eficiencia energ�tica es un aspecto que tiene mucha importancia, cuyo fin es aportar confort y calidad de vida a los ocupantes del inmueble, y al mismo tiempo contar con una baja demanda energ�tica (Chere, Ulloa, & Reyna, 2022). Al respecto, las estrategias de soluciones pasivas y activas emergen como herramientas eficaces para alcanzar este prop�sito (Chen, 2021). �De acuerdo con Dadzie, Pratt, & Frimpong, (2022) algunas de las tecnolog�as sostenibles identificadas para edificaciones cubren instalaciones en la fachada exterior, �reas interiores, filtraci�n de aire, sistemas de aislamiento, elementos de construcci�n, sistemas de calefacci�n, ventilaci�n y refrigeraci�n (HVAC), sensores, iluminaci�n, sistemas de agua fr�a y caliente como calderas, enfriadores, bombas, motores y tecnolog�as de energ�a renovable.

 

Refrigeraci�n eficiente

En consideraciones del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), garantizar que la refrigeraci�n sea energ�ticamente eficiente, eficaz y sostenible contribuir�a no solo a mitigar el cambio clim�tico, sino tambi�n a la consecuci�n de varias de las metas de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Es preciso satisfacer la creciente demanda en materia de refrigeraci�n sin calentar el planeta�(PNUMA, 2021).

Acorde con estos planteamientos, expone Chen, (2021) el est�ndar Passivhaus (pasivo) para las edificaciones, es un enfoque que trata de crear un ambiente de confort t�rmico para el usuario con una baja demanda energ�tica. En concordancia con lo se�alado, el documento elaborado por el�(Parlamento del Reino Unido, 2021) establece que la refrigeraci�n del espacio a menudo se puede proporcionar de forma pasiva, sin utilizar sistemas mec�nicos que requieren aportes de energ�a, esta visi�n comprende principalmente dos estrategias: el dise�o de la construcci�n y las Islas de calor urbanas e infraestructura verde.�

Con relaci�n a la primera estrategia pasiva concerniente al dise�o de la construcci�n, refieren Elejalde, y otros, (2015), el concepto de dise�o pasivo, hace referencia al dise�o que aprovecha y potencializa las condiciones clim�ticas de su entorno, con el fin de mantener o propiciar un ambiente interno confortable para sus usuarios, reduciendo al m�ximo, optimizando o incluso eliminando por completo, la necesidad de hacer uso de algunos sistemas de acondicionamiento artificial. Hay diversos factores muy importantes que se deben enfrentar a la decisi�n de construir un inmueble, as�, se resalta la orientaci�n dado que afecta las ganancias de calor debido a la exposici�n variable al sol�(Parlamento del Reino Unido, 2021). La correcta orientaci�n de una edificaci�n, en relaci�n con la posici�n del sol, tiene una gran influencia en el comportamiento t�rmico de esta�(Elejalde, y otros, 2015).

Tambi�n, los pisos altos son menos capaces de rechazar el calor debido a que cuentan con menor �rea de superficies externas y mitigar los riesgos de sobrecalentamiento. El aislamiento y la ventilaci�n afectan la demanda de refrigeraci�n de un edificio�(Parlamento del Reino Unido, 2021). La radiaci�n es una de las principales fuentes de ganancia de calor en ambientes internos y externos de las edificaciones, por tanto, es importante hacer uso estrat�gico de diferentes elementos, naturales o artificiales, fijos o m�viles, para impedir la incidencia directa de los rayos del sol sobre una porci�n de la envolvente de la edificaci�n, especialmente la compuesta por elementos trasl�cidos�(Elejalde, y otros, 2015). Igualmente, los materiales de construcci�n como el ladrillo pueden reducir las fluctuaciones de temperatura durante olas de calor de corta duraci�n. Los nuevos tipos de acristalamiento tambi�n puede ser una barrera t�rmica efectiva�(Parlamento del Reino Unido, 2021).

Otras formas pasivas de aumentar la eficiencia energ�tica de los ambientes y disminuir el consumo energ�tico en los edificios, son la iluminaci�n y la ventilaci�n natural. En el primer caso, la iluminaci�n natural busca hacer un aprovechamiento del recurso lum�nico de la luz del sol, en sus diferentes manifestaciones, interceptando o mitigando el componente t�rmico�(Elejalde, y otros, 2015). La ventilaci�n natural debe garantizar una calidad del aire apropiada para la habitaci�n humana. Para obtener la mayor eficiencia de esta estrategia, debe favorecerse siempre la posibilidad de generar corrientes cruzadas de aire, posicionando aberturas en paredes opuestas o adyacentes. As� mismo, estas deben localizarse preferiblemente a diferentes alturas, para maximizar los efectos de ventilaci�n por efecto chimenea. Esta estrategia permite adem�s extraer aire caliente del interior de los espacios, manteniendo una relaci�n de temperatura y humedad relativa lo m�s equilibrada posible con las condiciones del exterior, aun cuando no hay presencia de viento (Elejalde, y otros, 2015).

Respecto a la segunda estrategia pasiva denominada las islas de calor urbanas e infraestructura verde: se ha demostrado que el aumento de la vegetaci�n urbana (reverdecimiento) contribuye a mantener la temperatura del aire m�s baja. Los parques, los �rboles en las calles, los muros verdes y los jardines en los tejados (�infraestructura verde�) pueden proporcionar beneficios colaterales, as� tambi�n, los cuerpos de agua cercanos, como r�os, puede contribuir al enfriamiento (Parlamento del Reino Unido, 2021). Los elementos del entorno construido, como las edificaciones, y del ambiente natural, como los �rboles o las masas vegetales, presentes en las cercan�as, dentro o fuera del inmueble, pueden proyectar sombra a lo largo del a�o, sobre las superficies de la edificaci�n que pueden tener un considerable impacto en el microclima del entorno (Elejalde, y otros, 2015).

La adopci�n y el uso de tecnolog�as sostenibles para mejorar la eficiencia en edificios con alta demanda energ�tica, ha explorado la instalaci�n de sistemas de techos verdes en muchas partes del mundo�(Castiglia & Wilkinson, 2020). Estos mismos autores consideran que los techos y muros verdes (GRGW) nuevos y modernizados representan una oportunidad para atenuar el calor excesivo producido en entornos urbanos cada vez m�s densamente desarrollados. Los techos verdes son una tecnolog�a que contribuye al desarrollo sustentable, que reporta una serie de beneficios ambientales como la disminuci�n de la contaminaci�n y temperatura del ambiente, entre otras�(L�pez, Camacho, Mart�nez, & Marcelino, 2020).

Los esfuerzos para alcanzar el confort clim�tico en las edificaciones han derivado en estrategias pasivas que logran el prop�sito de sistemas de refrigeraci�n y calefacci�n sustentables, la adopci�n de estas pr�cticas en las diversas naciones y comunidades es fundamental para la protecci�n medioambiental, sin detrimento de las comodidades modernas que las personas disfrutan hoy en d�a en los edificios que habitan.

 

Figura 1. La azotea verde m�s grande de Latinoam�rica

Nota. Fuente: (Bermudez, 2020)

En lo concerniente a la segunda agrupaci�n considerada como las estrategias de soluciones activas, las mismas se estiman cuando por condiciones particulares sea imposible el uso del refrescamiento pasivo, por cuanto requiere el uso de energ�a el�ctrica. Las tecnolog�as activas m�s utilizadas incluyen: Aires acondicionados (AC); Enfriadores y Refrigeradores�(Parlamento del Reino Unido, 2021). La mayor parte de los equipos de climatizaci�n est�n basados en un sistema de compresi�n mec�nica que requiere consumir energ�a el�ctrica�(Prieto, 2006), siendo que la mayor�a de estos dispositivos activos funcionan haciendo circular un refrigerante�(Parlamento del Reino Unido, 2021).

Sobre este particular, el informe del (PNUMA, 2023) hace hincapi� en la tem�tica de la protecci�n del clima se ha convertido en un objetivo expl�cito, por lo cual, cada vez m�s se est� examinando la cuesti�n de la mejora de la eficiencia energ�tica al mismo tiempo que se eliminan o reduce el uso de los gases refrigerantes por su impacto medio ambiental. Es as� que, se aprob� la modificaci�n del Protocolo de Montreal para acelerar la eliminaci�n de los gases refrigerantes hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y la Enmienda de Kigali al Protocolo para reducir los gases refrigerantes hidrofluorocarbonos (HFC)�(PNUMA, 2023).

En este caso el uso de artefactos con certificaci�n energ�tica provoca menores potenciales de consumo energ�tico proporcionando unas soluciones eficaces�(Rocha & Jim�nez, 2016). La utilizaci�n de equipos y electrodom�sticos energ�ticamente eficientes se torna esencial para lograr el objetivo de eficiencia energ�tica, devenida de la iniciativa de Energ�a Sostenible para Todos (SE4ALL, por sus siglas en ingl�s)�(OLADE, 2014). Las acciones encaminadas a reducir las emisiones a la par de conseguir una mayor eficiencia han logrado el surgimiento de nuevos equipos de climatizaci�n con mayores rendimientos en su utilizaci�n. En las instancias de varios pa�ses de la Uni�n Europea el tema de la eficiencia energ�tica requiere el c�lculo de la eficiencia energ�tica del edificio y una inspecci�n regular de los equipos de Aire Acondicionado (AC) centralizados de m�s de 12 kW de capacidad frigor�fica�(Universidad de Sevilla, s/f).

Un etiquetado de eficiencia en los equipos de refrigeraci�n y calefacci�n es una forma muy �til de simplificar la forma de exhibir los datos de eficiencia de los aparatos, de tal manera que el usuario final pueda encontrar, optar y seleccionar las mejores unidades para su uso dom�stico�(Universidad de Sevilla, s/f). Las etiquetas energ�ticas de los electrodom�sticos gu�an al usuario para que la eficiencia energ�tica en el consumo sea un criterio claro a la hora de adquirir y usar cualquiera de estos equipos.� De esta manera tambi�n se puede ahorrar en la factura y proteger el medioambiente. El compromiso adquirido por los pa�ses ha llevado a que su implantaci�n se promueva cada vez m�s�(BBVA, 2023).

Actualmente, con el fin de comparar el rendimiento de los equipos de refrigeraci�n y aire acondicionado de distintos fabricantes, se emplean los est�ndares a nivel europeo o internacional, como las normas CEN (Comit� Europeo de Normalizaci�n) o ISO (Organizaci�n Internacional de Estandarizaci�n), que indican las especificaciones de temperaturas, caudales, humedad, el m�todo de c�lculo de la eficiencia, as� como la precisi�n requerida (Universidad de Sevilla, s/f).

De ah�, la aplicaci�n de certificaci�n energ�tica que un producto debe cumplir para su comercializaci�n, ha sido aprobada en varias naciones, pues, limita la cantidad m�xima de energ�a que puede ser consumida por un artefacto en el desempe�o de una tarea espec�fica o del servicio que presta. El desempe�o puede medirse mediante un �ndice de eficiencia energ�tica, eficiencia m�nima o consumo de energ�a m�ximo�(Ministerio de Energ�as, 2019).

La calificaci�n energ�tica de los electrodom�sticos es una certificaci�n impulsada por el Programa de Naciones Unidas para el medioambiente (PNUMA) y promovida por la Agencia Internacional de la Energ�a (IEA) con el objetivo de conseguir un ahorro energ�tico y reducir el impacto medioambiental durante el uso de estos dispositivos�(BBVA, 2023).

Seg�n el organismo (Ministerio de Energ�as, 2019), casi todos los pa�ses en Sudam�rica tienen programa de certificaci�n energ�tica (etiquetado) de tipo comparativo y de cumplimiento obligatorio, las cuales podr�an contribuir con ahorros de energ�a sumamente importantes. Se estima que la transici�n a refrigeradores, aires acondicionados y ventiladores eficientes en Am�rica Latina y el Caribe ahorrar�a anualmente 138 TWh, casi 20,000 millones de d�lares estadounidenses y evitar�a la liberaci�n de aproximadamente 44 millones de toneladas de CO₂�(OLADE, 2014).

 

Figura 2. Etiquetas de eficiencia energ�tica

Nota. Fuente: (BBVA, 2023)

La climatizaci�n con bajas emisiones y refrigerantes ecol�gicos, apunta como una tendencia relevante, misma que, por un lado, est� orientada a satisfacer las necesidades de confort ambiental de la poblaci�n que hace vida en las edificaciones y por la otra ofrece soluciones sustentables con el ambiente. En tal sentido, Uddin & Baran, (2022) destaca que a pesar de los excelentes avances tecnol�gicos que han logrado, los impactos adversos de los refrigerantes en el medio ambiente contin�an representando una preocupaci�n y esa experiencia ha sido medular para investigar refrigerantes de bajo potencial de calentamiento global (Global Warming Potential, GWP por sus siglas en ingl�s) para los sistemas de aire acondicionado de pr�xima generaci�n con aplicaciones dom�sticas espec�ficas.

A medida que a escala global se enfrenta el desaf�o del cambio clim�tico, los refrigerantes alternativos con bajo o ultrabajo potencial de calentamiento global (PCA-GWP) son esenciales para ayudar a cumplir con los objetivos globales delineados en el Protocolo de Montreal y el Protocolo de Kioto (Uddin & Baran, 2022). Cabe se�alar que los hidrofluorocarbonos (HFC) constituyen un componente qu�mico clave en la refrigeraci�n, sin embargo, tambi�n son potentes gases de efecto invernadero que causan el cambio clim�tico. De hecho, los diferentes HFC pueden ser gases de efecto invernadero entre 150 y 11 000 veces m�s potentes que el di�xido de carbono�(ONU, 2018).

En el mismo orden, la Coalici�n del Clima y el Aire Limpio (CCAC) destaca que, aunque los HFC representan actualmente una peque�a fracci�n del total de los Gases de Efecto Invernadero (menos del 1%), su efecto sobre el calentamiento global es muy fuerte, por tanto, adoptar alternativas con bajo potencial de calentamiento global podr�a evitar en 0,1�C el calentamiento para el a�o 2050�(CCAC, 2015).

Siguiendo el plan de mitigaci�n del calentamiento global de muchos pa�ses signatarios del Protocolo de Montreal, Kioto y las diversas regulaciones destinadas a cumplir con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) globales, al mismo tiempo que se emplean los necesarios refrigerantes, una alternativa sostenible, seg�n estima Antol�nez, (2015) lo constituye el uso de los denominados refrigerantes naturales como el di�xido de carbono (CO₂), el amoniaco (NH₃) y los refrigerantes a base de hidrocarburos (HC), los cuales han sido usados desde hace m�s de una centuria, por lo que se pueden considerar como tecnolog�as probadas y disponibles.

Ahora bien, Antol�nez, (2015) argumenta que pese a contar con un buen rendimiento termodin�mico y bajo impacto ambiental, el empleo de los refrigerantes naturales ha sido limitado, motivado en la mayor�a de los casos desde una perspectiva de preocupaci�n por parte de fabricantes y usuarios en relaci�n con los aspectos de seguridad en su uso (inflamabilidad y toxicidad).

Comprometidos con los objetivos de encontrar refrigerantes alternativos con un PCA bajo o ultrabajo, con un buen rendimiento del sistema, seguros y con el menor impacto ambiental, la atenci�n de las investigaciones se ha centrado principalmente en el potencial de las mezclas de refrigerantes (HFC + HFO), donde se establece el valor de GWP de 300 como valor umbral�(Uddin & Baran, 2022). Adem�s del requisito de excelente rendimiento, al clasificar los refrigerantes se deben tener en cuenta otras caracter�sticas como la inflamabilidad, la toxicidad y, lo m�s importante, el respeto al medio ambiente�(Uddin & Baran, 2022).

Las hidrofluoroolefinas (HFO) son una nueva familia de refrigerantes ambientalmente benignas que han ganado popularidad en los �ltimos a�os. Adem�s, a pesar de su importante inflamabilidad, los hidrocarburos (HC) tambi�n pueden servir como sustitutos viables de los refrigerantes halogenados debido a su impacto ambiental positivo, eficiencia energ�tica, coeficiente de rendimiento (COP), masa de refrigerante y temperaturas de descarga del compresor�(Nagarjuna & Kruthiventi, 2024).

En la din�mica del movimiento sustentable Antol�nez, (2015) plantea que el sector de refrigeraci�n y climatizaci�n tiene ante s� una disyuntiva puesto que debe decidir cu�l de los refrigerantes nuevos o viejos utilizar� en cada aplicaci�n, buscando un equilibrio entre el costo, la seguridad, la eficiencia energ�tica y el impacto ambiental, y cualquier duda que tengan, dicha autora insiste en afirmar que en esta v�a, los refrigerantes naturales son una de las mejores opciones para lograr la eliminaci�n definitiva de las sustancias que afectan la capa de ozono y a la vez proteger el delicado equilibrio del sistema clim�tico de nuestro planeta�(Antol�nez, 2015).

En atenci�n a lo precedente, y siguiendo los criterios de refrigeraci�n sustentable, cabe destacar que en el documento elaborado en conjunto por la C�mara de Industrias de Costa Rica (CICR); Cooperaci�n alemana para el desarrollo (GIZ) y el Ministerio Federal de Medio Ambiente, Conservaci�n de la Naturaleza y Seguridad Nuclear (BMU), se estima que los equipos para la refrigeraci�n y acondicionamiento del aire en edificios u otros, puede considerarse ecoeficientes cuando se ha contemplado desde su dise�o, construcci�n y operaci�n un enfoque para minimizar su impacto ambiental, una vez finalizada su vida �til.

Esto incluye el uso de gases naturales como agentes espumantes de los aislantes, la utilizaci�n de compuestos naturales como gases dentro del sistema de enfriamiento, el uso de tecnolog�as de flujo variable de refrigerante y los motores de alta eficiencia energ�tica, se consideran elementos que aportan positivamente a la ecoeficiencia�(CICR, GIZ, & BMU, 2019).

 

Calefacci�n eficiente

En consonancia con la estrategia de lograr un uso eficiente de la energ�a en las edificaciones, cada vez m�s alejada de sistemas que requieran el uso de los combustibles f�siles y a la vez reconociendo la necesidad de adoptar comportamientos m�s responsables con el medio ambiente, en la actualidad el desarrollo de las tecnolog�as sostenibles, son de capital importancia sobre todo a la hora de elegir sistemas de calefacci�n para los edificios, un paso significativo al respecto, es el progreso experimentado en las bombas de calor.

En este sentido, como plantean los autores Song, Mao, Xu, & Deng, (2019) en los �ltimos tiempos se ha realizado un gran esfuerzo en aplicar y estudiar tecnolog�as emergentes sostenibles y energ�ticamente eficientes en bombas de calor en la calefacci�n residencial.

Los se pueden aplicar en varias fuentes de calor, especialmente fuentes renovables y avanzar en los objetivos de eficiencia (Pekai, Song, Mao, & Cai, 2022). Una bomba de calor de aire/agua, puede emplearse para calentar la vivienda o refrigerarla. La tecnolog�a de la bomba de calor utiliza el aire del ambiente exterior que contiene calor, incluso a temperaturas bajo cero, para calentar tanto los radiadores de agua de del hogar como la calefacci�n por suelo radiante y el agua caliente. Esa misma bomba de calor se puede emplear como aire acondicionado para refrigerar el hogar en verano�(NIBE, 2009).

La tecnolog�a de las bombas de calor funciona de manera similar a cualquier refrigerador dom�stico, utilizando un ciclo de compresi�n de vapor, donde no interviene ning�n proceso de combusti�n, la energ�a usada procede del aire exterior, por lo que las bombas de calor ya constan oficialmente como fuente de energ�a renovable (NIBE, 2009).

En estas consideraciones Hepbasli & Kalinci, (2009) manifiestan, debido a sus ventajas en t�rminos de eficiencia energ�tica y respeto al medio ambiente, las bombas de calor han logrado un buen crecimiento en t�rminos de popularidad en las �ltimas d�cadas, convirti�ndose r�pidamente en una de las soluciones m�s importantes para la calefacci�n eficiente y una de las alternativas m�s atractivas para reemplazar los sistemas de calefacci�n de combustibles f�siles.

 

 

Figura 3. Bomba de calor aire-agua

Nota. Fuente. (Arnabat, 2023)

 

En modo calefacci�n, las bombas de calor aire-agua toman el calor del aire exterior y lo transfieren a un circuito de agua, que puede ser distribuido a otros sistemas como radiadores, unidades de tratamiento de aire, suelo radiante, que a su vez ceden el calor de esa agua al ambiente. En modo refrigeraci�n, en el intercambiador exterior se cede el calor del agua al aire mediante, y en el intercambiador interior se absorbe el calor del ambiente calentando el agua. Es decir, estos equipos montan un intercambiador aleteado o bater�a, refrigerante-aire y un intercambiador refrigerante-agua�(Arnabat, 2023).

 

Conclusiones

Optimizar la eficiencia energ�tica en los sistemas de calefacci�n y refrigeraci�n en las edificaciones residenciales, se ha transformado en un fin com�n internacional, en la b�squeda de soluciones que permitan la protecci�n del medio natural, teniendo en cuenta que existe el requerimiento sustancial de mantener la comodidad y el confort clim�tico en los recintos domiciliarios de las personas.

En este entendido, importantes organizaciones mundiales e investigadores dedicados a mejorar los problemas de orden ambientales y clim�ticos han reconocido que aunque el acceso a solucione pr�cticas a mayor escala ha proliferado en los �ltimos a�os, no en todos los casos, la calefacci�n y refrigeraci�n que se usa es �ptima, y de all� que hoy en d�a, las tendencias y conceptos sobre la eficiencia energ�tica han venido introduciendo importantes cambios dentro de dicho sector, principalmente por el impacto que la actividad de climatizaci�n deja en el entorno natural.

Dentro de los avances experimentados en las tecnolog�as dotadas de eficiencia energ�tica en el sector de refrigeraci�n y la calefacci�n en edificaciones de uso residencial, se identifican las soluciones de enfoque pasivo que aprovechan las bondades de la naturaleza (sol, viento, arboles, agua, materiales sustentables, u otros). Por otro lado, se encuentran las soluciones de orientaci�n activa que requieren el uso de energ�a el�ctrica y de refrigerantes (aires acondicionados, refrigeradores, bombas de calor, otros), con la intenci�n de minimizar el impacto de estos �ltimos elementos, se han desarrollado equipos de climatizaci�n con mayores rendimientos en su utilizaci�n, de esta manera se puede ahorrar en la factura el�ctrica a la par que se protege el medioambiente.

Para facilitar al usuario final la adquisici�n de estos equipos sobre la base de la conciencia ambiental y el ahorro energ�tico, se emplea la certificaci�n energ�tica impulsada por el Programa de Naciones Unidas para el medioambiente (PNUMA) y promovida por la Agencia Internacional de la Energ�a (IEA) con el objetivo de conseguir un menor consumo energ�tico y reducir el impacto medioambiental durante el uso de estos dispositivos.

En este mismo orden, se emplean los est�ndares a nivel europeo o internacional, como las normas CEN (Comit� Europeo de Normalizaci�n) o ISO (Organizaci�n Internacional de Estandarizaci�n), que permiten comparar los artefactos de diversos fabricantes, en cuanto a las especificaciones que deben cumplir para obtener la certificaci�n energ�tica.

En efecto, tal auge de soluciones en materia de refrigeraci�n y climatizaci�n para las edificaciones residenciales motivado por la creciente demandas de protecci�n ambiental es fundamental para lograr los objetivos de eficiencia energ�tica, sin embargo, esta transformaci�n va de la mano con la promoci�n en el cambio de comportamiento de la poblaci�n hacia el cuidado responsable del medioambiente.

 

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