Un estudio de caso exhibe el impacto mínimo del sol invernal
Existía una línea de pensamiento que afirmaba que los techos oscuros ayudaban a calefaccionar los edificios ubicados en el norte durante el invierno. Los artículos que aseguran esto siempre se han basado en el uso de calefacción eléctrica. La calefacción por gas es menos costosa y, en estudios previos, hemos demostrado que los techos reflectantes (es decir, techos frescos) tienen una mayor eficiencia energética en todo el territorio de los EE. UU., ¡incluso en ciudades como Minnesota, MN y Fargo, ND! A continuación, se utiliza un enfoque de estudios de caso para examinar el impacto de membranas oscuras en comparación con reflectantes, y de calefacción por gas en comparación con eléctrica. Se incluyeron distintos niveles de cargos por demanda. Se incluyeron las ciudades de Chicago, al norte, de Orlando, al sur, de Portland, al oeste, y de Charleston, al este. Los resultados son sorprendentes: los cargos por demanda por consumo de electricidad son, de lejos, el factor más determinante. Sin tener en cuenta los cargos por demanda, los propietarios de edificios podrían estar perdiéndose de elecciones de techos eficientes desde el punto de vista energético.
Introducción
Hoy en día, las membranas altamente reflectantes, es decir, los "techos frescos", podrían aceptarse como medio lógico para reducir los costos de energía en climas cálidos y soleados para los edificios con aire acondicionado. Entre los ejemplos, se incluyen poliolefina termoplástica (TPO) y cloruro de polivinilo (PVC).
- Los techos reflectantes se mantienen frescos y reducen la cantidad de calor solar que se transmite hacia abajo, hacia el interior del edificio.
- Por unidad de energía, el aire acondicionado eléctrico es, aproximadamente, cuatro veces más costoso que la calefacción por gas. Por lo tanto, reducir los costos de acondicionamiento de aire es fundamental para mejorar la eficiencia energética de un edificio.
No obstante, algunos estudios aseveran que existe una penalización por calefacción asociada con el uso de membranas reflectantes en el norte. Muchos de estos estudios han dado por hecho que los edificios comerciales son calefaccionados con electricidad, o directamente no se ha informado la fuente de energía que utilizan para calefaccionar.
Algunos miembros de la industria han dividido a los EE. UU. en dos zonas, y recomiendan membranas reflectantes en una región y membranas absorbentes en la otra.
En este artículo, se utiliza un enfoque de estudios de caso para comparar los costos/ahorros de energía con techos reflectantes frente a techos absorbentes oscuros, con el uso de calefacción eléctrica frente a calefacción por gas. La electricidad no solo es cuatro veces más costosa que el gas en función de unidad de energía, sino que también las tarifas eléctricas pueden incluir cargos por demanda. La mayoría de los edificios comerciales tienen cargos por demanda como parte de su factura eléctrica, que representan hasta el 50 % del total de los cargos de electricidad.
Estudio de caso
Descripción del edificio: el edificio que utilizó para este estudio fue un edificio de una planta, del tipo de grandes superficies, de menos de 35 pies de altura, con una superficie del techo de 125,000 ft2 en una configuración rectangular de, aproximadamente, 290 × 431 pies. Se supuso que el techo iba a ser una nueva instalación, es decir, una construcción nueva o un reemplazo de techo total.
Sistema de techo: se supuso que la membrana por evaluar era TPO, con una reflectancia de 68 y emisión de 83 luego de tres años, lo que representa el rendimiento del techo a largo plazo. Esto se comparó con una membrana absorbente, es decir, EPDM. Los datos de reflectancia y emisión para la mayoría de las membranas pueden encontrarse en el directorio del Cool Roof Rating Council.
Se utilizó una resistencia térmica de aislante de R-30 porque este valor representa la mayoría de las ubicaciones de los EE. UU. de conformidad con el Código Internacional de Conservación de Energía de 2015. Por lo tanto, los resultados y las conclusiones de este estudio también serían aplicables a construcciones nuevas y renovaciones de techos de edificios existentes.
Ubicación del edificio y costos de energía: en líneas generales, se reconoce que los techos reflectantes son adecuados para el sur, donde el aire acondicionado es predominante. Para este estudio de caso, se consideraron cinco ciudades del norte. A continuación, se detallan estas cinco ciudades y los costos de energía de gas y electricidad asociados. Los costos de electricidad y gas para clientes comerciales se obtuvieron de la Administración de Información Energética de los EE. UU. y se promediaron a lo largo de 2017:
Se compararon cuatro niveles de cargos por demanda; $0/kW, $5/kW, $15/kW y $25/kW. Observa que un análisis del NREL de los cargos por demanda determinó que, entre los primeros diez estados con cargos por demanda más altos, los siguientes cuatro eran estados del norte:
Elaboración de modelos de energía: se utilizó la calculadora CoolCalcPeak de Oak Ridge National Labs para comparar los costos de energía para cada caso según el valor R-30 de diseño. Se estableció 2.5 como coeficiente de rendimiento del aire acondicionado del edificio, y se estableció 0.8 como eficiencia de calefacción por gas natural. Ambos son valores de alta eficiencia, que serían más típicos de los sistemas de calefacción y aire acondicionado que se instalan en construcciones nuevas hoy en día.
Resultados:
Como se muestra en el siguiente cuadro, al utilizar calefacción eléctrica y realizar la transición a membranas de techos reflectantes, los ahorros obtenidos por el uso de una membrana de techo reflectante en comparación con el uso de una membrana absorbente estuvieron atados a los cargos por demanda.
Un edificio ubicado en Newark o Baltimore obtendría ahorros de energía independientemente de la magnitud del cargo por demanda. Sin embargo, en Chicago o Albany, los cargos por demanda de $5/kW y menos incrementaron los costos y, en Portland, se incurrieron costos con un cargo por demanda fijado a $0/kW. Al examinar más detenidamente los ahorros en estas tres ciudades en función del cargo por demanda, se descubre lo siguiente:
Se calculó que el cargo por demanda mínimo con el que se obtendrían ahorros sería de $6.28/kW en Albany, de $4.70/kW en Chicago y de $1.53/kW en Portland.
Conclusiones
Este estudio de caso derriba el mito de que los techos absorbentes, como EPDM, serán eficientes desde el punto de vista energético con el uso de calefacción eléctrica. En ciudades del norte, como Chicago, solo cuando los cargos por demanda sean de cero o de menos de alrededor de $5/kW podría haber un leve beneficio con techos oscuros. Ante cargos por demanda más altos, siempre será mejor especificar una membrana para techos reflectantes, como TPO o PVC.
Un análisis de los cargos por demanda y de la calefacción eléctrica
Los cargos por demanda basan una porción de una factura de electricidad de un cliente comercial en su nivel máximo de demanda. Por lo general, se basan en el consumo de electricidad promedio más alto que ocurre dentro de un intervalo de tiempo definido (por lo general, de 15 minutos) durante un período de facturación. A diferencia de los cargos por consumo de electricidad, que representa el volumen (en kilovatios hora, kWh) de electricidad consumida a lo largo de un período de facturación, los cargos por demanda hacen un seguimiento de la tasa más alta (en kilovatios, kW) de consumo de electricidad durante el período de facturación para el intervalo definido. El análisis del NREL de los cargos por demanda indicó los siguientes cargos por demanda máximos según el territorio de los servicios públicos:
Si bien esos cargos tienen un impacto claro en el aire acondicionado, para los que supusieron una calefacción eléctrica al elaborar el modelo de eficiencia energética en edificios, es importante comprender con qué frecuencia se daría ese caso. No existen datos disponibles que muestren la preponderancia de la calefacción eléctrica en los edificios comerciales. Sin embargo, es probable que esté relacionada con la disponibilidad del suministro de gas natural y, por lo tanto, que sea igual al uso de calefacción eléctrica en construcciones residenciales. La Administración de Información Energética ha publicado el siguiente análisis de fuentes de energía para calefacción en las principales regiones de los EE. UU.:
- Este análisis sugiere que las personas que afirman que las membranas reflectantes pueden facilitar eficiencia energética en el norte están pasando por alto dos factores fundamentales:
- Los modelos basados en calefacción por gas han mostrado con claridad que los techos reflectantes son eficientes desde el punto de vista energética en todo el territorio de los EE. UU., incluso en ciudades muy al norte, como Minneapolis.
Al usar calefacción eléctrica, las membranas absorbentes u oscuras son las únicas con eficiencia energética en el norte, en los casos en los que cargos por demanda son muy bajos. No obstante, la calefacción eléctrica se usa poco en el norte y es más común en edificios en el sur, donde predominan los costos por aire acondicionado.
¿Los techos frescos siempre generarán ahorros de costos reales?
Existen varios motivos por los que algunas personas podrían no recibir facturas eléctricas de menor monto después de hacer la transición a techos frescos. Por ejemplo, es posible que los costos de electricidad generales suban de un año al siguiente o que cambie la estructura tarifaria del servicio público. Asimismo, los cambios más allá del sistema de techo, como el uso del edificio, los equipos mecánicos o los patrones operativos, podrían incrementar el consumo de energía general del edificio. Basta con decir que los modelos muestran que los techos frescos reducen el impacto de la energía solar en un edificio, y varios estudios de caso han demostrado una disminución en las facturas de servicios públicos. Sin embargo, cada edificio es único y debe evaluarse de manera individual.
¿Quieres saber más? El estudio que se muestra aquí se basa en un artículo más grande publicado en Buildings, que fue revisado por expertos independientes del sector.
