El consumo de energía en los edificios ha aumentado considerablemente en las últimas décadas por el incremento de las exigencias de confort. Aún así una mayor conciencia social sobre la necesidad de ahorrar energía y, sobre todo, los cambios normativos, están ayudando a reducir el consumo de los edificios.

Para reducir el consumo de energía de forma efectiva es imprescindible cuestionarse cuáles son las instalaciones que debe tener el edificio. Un aspecto importante es evaluar el rendimiento de los sistemas, pero hay otros factores igualmente importantes como el grado real de confort que pueden ofrecer y la flexibilidad que tendrán los usuarios para utilizarlos.

El diseño de las instalaciones y los otros elementos del edificio se debe realizar en conjunto, al mismo tiempo. Los sistemas activos cada vez tienen más relevancia, por lo tanto deben formar un todo coherente con los sistemas pasivos para garantizar el confort sin desperdiciar energía. Esta dependencia de unos y otros sistemas será cada vez más relevante a medida que se exija una mayor reducción del consumo de energía, ya que los sistemas activos de un edificio de consumo de energía casi nulo poco tienen que ver con los de un edificio convencional.

Climatización

La mayor parte del consumo de energía de los edificios se debe a la necesidad de calentarlos y enfriarlos, por tanto las decisiones que se tomen a la hora de diseñar el sistema de climatización tendrán una gran repercusión en el consumo final de energía del edificio.

Un buen sistema de climatización no se limita a utilizar los equipos con mejor rendimiento del mercado. La clave para lograr un consumo bajo es poder garantizar a los usuarios un alto grado de confort y flexibilidad a la hora de gestionar el sistema. Si el sistema de climatización genera disconfort, por ejemplo por una elevada velocidad del aire de impulsión o por diferencias de temperatura en los espacios, los usuarios del edificio harán una gestión no prevista del edificio. Algunos efectos habituales de los sistemas deficientes son la apertura de ventanas con la climatización en funcionamiento, tapado de bocas de impulsión, asignación de temperaturas de consigna extremas, etc.

Los sistemas todo aire tienen varias ventajas con respecto al ahorro de energía. Los más destacables son que permiten hacer free cooling, instalar recuperadores de calor y controlar los niveles de humedad del aire. Aún así no son el sistema más adecuado para todos los casos, ya que requieren una cantidad de espacio importante para hacer pasar los conductos y hay que tener un servicio de mantenimiento que limpie estos conductos.

Los sistemas aire-agua pueden ser de varios tipos. Por ejemplo tenemos el sistema con aerotermos y el sistema radiante. Una de las principales ventajas de estos sistemas es que requieren menos espacio que un sistema todo aire. En el caso del sistema con aerotermos permite un gran control de la climatización porque se puede controlar la temperatura de cada local y dar calefacción y refrigeración al mismo tiempo. Los sistemas de tierra y techo radiante permiten dar una mejor sensación de confort y, al tener una temperatura de impulsión del agua moderada, hacen que el rendimiento de la producción del agua sea mejor.

Los sistemas todo agua se caracterizan por el hecho de no haber aire tratado, no hay climatizadores o unidades centrales de tratamiento de aire. Hoy en día todos los edificios nuevos deben tener un sistema de ventilación forzada, por lo tanto habrá que colocar un sistema de ventilación independiente. Las unidades terminales serán aerotermos si tenemos producción de frío y calor. En caso de que sólo tengamos producción de calor las unidades terminales pueden ser radiadores convencionales o superficies radiantes. Estos sistemas permiten realizar un control zonificado utilizando válvulas termostáticas. Eso sí, hay que tener una instalación de dos tubos, de modo que al apagar un aparato no se interrumpa todo el sistema.

Los sistemas de expansión directa son bastante más simples que los otros sistemas mencionados hasta ahora. Encontramos de compactos y de partidos. En el caso de los partidos hay una unidad interior y una exterior, unidas por los conductos para el refrigerante. Los aparatos compactos tienen todos los elementos del circuito frigorífico en su interior. Su instalación es sencilla pero son ruidosos. Este problema no lo tenemos con los sistemas partidos, porque el compresor, que es el elemento que hace más ruido, está en el exterior.

Hay muchas posibilidades a la hora de diseñar el sistema de climatización de un edificio. Aquí hemos visto una pequeña parte, pero se pueden hacer muchas combinaciones de elementos para crear sistemas que se adapten a las necesidades de cada edificio. La principal conclusión es que el rendimiento a la hora de generar calor o frío condicionará el consumo final, pero hay otros factores a tener en cuenta que también influirán mucho en este consumo. Por ejemplo es muy importante que el sistema se pueda adaptar correctamente a las necesidades reales de los usuarios, así resulta más fácil gestionar la climatización y se puede ahorrar energía sin renunciar al confort.

Calderas

Hay dos factores básicos a tener en cuenta a la hora de elegir una caldera: su rendimiento y el combustible que utilizará. Estos dos factores condicionarán el consumo de energía y el impacto ambiental de la producción de agua caliente.

Caldera convencional

Este tipo de caldera impulsa el agua a una temperatura comprendida entre los 70 y los 90ºC, y debe tener una temperatura mínima de retorno de 55ºC. Estas temperaturas son bastante elevadas y por tanto implican un consumo de energía considerable.

Si se redujera la temperatura se podría ahorrar energía, pero las calderas convencionales no pueden trabajar a menos temperatura. La razón es que deben trabajar a una temperatura suficientemente alta para evitar la condensación ácida. Si el vapor de agua producido durante la combustión se condensa, y se combina con el azufre presente en la combustión del gasóleo, nos aparece anhídrido sulfuroso y ácido sulfúrico. Como son muy corrosivos dañarían la caldera. Si la caldera es de gas natural el problema persiste, porque se produce ácido carbónico.

Caldera de baja temperatura

Estas calderas están diseñadas para producir pocas condensaciones, aunque trabajen con una temperatura del agua de alimentación de entre 35 y 40ºC. La clave es la utilización de una doble pared con cámara de aire entre los gases de combustión y el agua. Así el aporte de calor al agua se dosifica y se evita en gran medida alcanzar el punto de rocío.

Estas calderas están construidas de forma que las condensaciones de vapor de agua que se pueden producir no deterioran los conductos interiores. Esto permite adaptar la temperatura de funcionamiento según la demanda calorífica, y por lo tanto podemos decir que pueden adaptarse a la curva característica de calefacción de un edificio.

Caldera de condensación

Estas calderas se caracterizan por aprovechar el calor latente del cambio de fase del vapor de agua contenido en los gases de combustión. Este calor se transfiere al agua antes de que ésta sea calentada por la combustión.

Las superficies de intercambio de estas calderas deben ser especialmente resistentes, y deben utilizar quemadores presurizados para reducir el exceso de aire y disminuir así el punto de rocío.

Caldera de biomasa

Estas calderas no se caracterizan por su eficiencia, sino por el tipo de combustible que utilizan: astillas, virutas, pellets, etc.

Actualmente la biomasa como combustible tiene un papel estratégico, tanto por su contribución a la buena gestión de los bosques, la valorización de los residuos leñosos, el ahorro de combustibles fósiles y para contener las emisiones de CO₂.

El inconveniente de la biomasa sólida como combustible es la necesidad de un espacio de dimensiones considerables para almacenar el combustible.

Sistemas de expansión directa

Los sistemas de expansión directa más habituales que encontramos son los de tipo split para refrigeración o bombas de calor. Estos sistemas se caracterizan por tener unos rendimientos muy elevados en comparación con los de una caldera. La razón para tener un rendimiento tan alto, superior al 100%, es que la bomba de calor no crea calor sino que se limita a transportarlo de un punto a otro. Aprovecha una propiedad de los gases: cuando un gas se comprime incrementa su temperatura, y cuando se expande se reduce su temperatura. Para entenderlo veremos una versión simplificada del ciclo que sigue el refrigerante. Primero el refrigerante entra en el compresor, donde aumenta su temperatura. Saldrá tan caliente que el aire exterior, aunque esté a más de 30º, tendrá una temperatura más fría. Por tanto al intercambiar calor con el aire exterior estamos enfriando el refrigerante de forma gratuita. Este refrigerante continúa el camino hasta la válvula de expansión, y al expandirse se enfriará aún más. De este modo, cuando lo hacemos pasar por la unidad interior el refrigerante estará tan frío que absorberá calor del ambiente interior. Después volvería a ir al compresor y ya hemos hecho el ciclo entero. Ya veis que la bomba de calor nos permite enfriar de forma muy económica, porque lo que hacemos es trasladar el calor del interior hasta el exterior. Cuando es invierno el ciclo se invierte pero el proceso es exactamente el mismo.

El rendimiento de una bomba de calor habitualmente se expresa en tanto por uno, no en porcentaje como en las calderas. El COP es el rendimiento en calefacción y el EER es el rendimiento en refrigeración.

Una bomba de calor tradicional tendrá un COP de 2,5 o 3, unos valores muy elevados en comparación con una caldera. Aún así las bombas de calor inverter presentan unos valores aún más elevados. La razón es que utilizan un caudal de refrigerante variable que les permite adaptarse a las necesidades térmicas de cada momento.

Ventilación

Actualmente un edificio nuevo debe disponer obligatoriamente de un sistema de ventilación mecánica. Las principales razones para utilizar sistemas de ventilación mecánica son:

Una de las principales ventajas es garantizar los mínimos de calidad del aire interior por la concentración de CO2. Confiar la ventilación a las imperfecciones de la envolvente térmica es un grave error, sobre todo teniendo en cuenta que cada día se hacen edificios más estancos. En edificios localizados en zonas contaminadas, como ciudades o zonas industriales, con la ventilación mecánica se abre la posibilidad de filtrar el aire. Está demostrado que la exposición prolongada a la contaminación ambiental puede causar diferentes enfermedades, por lo tanto esta medida puede mejorar, además del confort y la eficiencia energética, la salud de las personas. Esto también puede ser una ventaja para personas con alergias, ya que se puede filtrar el polen y otros agentes alérgenos. Un sistema de ventilación mecánica también puede suponer una mejora en el confort para la eliminación de olores provenientes del exterior y la posibilidad de pretratar el aire que entra en el edificio para asegurar que tiene unas condiciones ideales.

Aparte de suponer beneficios para la salud y el confort, la ventilación mecánica puede ser una herramienta de ahorro energético si se diseña de forma adecuada. Por un lado podemos ventilar estrictamente lo necesario, por lo tanto tenemos que climatizar menos aire. Por otro lado podemos utilizar un sistema de pozo canadiense o geotermia para precalentar o prerefrescar el aire. También podemos instalar un recuperador de calor, de forma que el aire climatizado que debemos expulsar por razones de salubridad sirva para acondicionar la temperatura del aire que entra del exterior. Construir edificios de muy bajo consumo energético sería imposible sin utilizar ventilación mecánica, es una de las estrategias clave en los proyectos ambiciosos.

Iluminación

Una buena iluminación debe proporcionar la luz adecuada, durante el tiempo adecuado y en el lugar adecuado. De esta manera las personas que utilizan el edificio podrán tener un buen confort sin tener que sufrir fatiga visual.

El tipo de lámpara suele ser el primero que se comprueba al evaluar la eficiencia de una instalación de iluminación, pero hay otros factores que también tienen una gran repercusión en el consumo final de energía y el confort de los usuarios.

En el sector doméstico lo más habitual es encontrar lámparas de incandescencia, fluorescencia o LED. La tecnología LED está destinada a sustituir las otras por su mayor eficiencia y durabilidad. Las lámparas fluorescentes son componentes que pueden resultar nocivos para la salud, por lo tanto es otro punto a favor de la tecnología LED.

En edificios de oficinas u otros usos que no sean el doméstico es habitual encontrar lámparas fluorescentes de tipo T8 o T5, lámparas de halogenuros metálicos y lámparas de vapor de sodio. En el caso de los fluorescentes existentes podemos encontrar que tengan diferentes tipos de balastos que condicionen las características de la instalación. El balasto es el componente que limita el consumo de corriente de la lámpara a sus parámetros óptimos. Desde el punto de vista de la eficiencia energética podemos diferenciar tres tipos de balastos: magnético estándar, magnético de bajas pérdidas y electrónico. De los tres, el electrónico es el balasto que permite ahorrar más energía, hasta un 25% respecto a un equipo magnético estándar. También permite alargar la vida de las lámparas hasta un 50%, hace que el encendido de la lámpara sea instantánea y evita el parpadeo de la luz. Por lo tanto un fluorescente con balasto electrónico será más eficiente y proporcionará más confort a los usuarios.

El diseño de las luminarias influye mucho en el confort visual. Si la luminaria está mal diseñada nos obligará a utilizar lámparas de mayor potencia para evitar la fatiga visual o creará deslumbramientos a los usuarios.