Edificios de alto desempeño

 

Los conceptos de construcción de alto desempeño crean un ambiente seguro, cómodo y eficaz que permite a ocupantes ser más productivos.

El concepto “edificio de alto desempeño” (HPB, por sus siglas en inglés) ha estado presente desde la década de 1990. Dos décadas después, los principios de alto desempeño se aplican en todo tipo de estructuras, como edificios para hospitales, hoteles, centros de transportación, plantas industriales, edificios históricos, gubernamentales y otro tipo de instalaciones.

En la actualidad, los propietarios de edificios y los operadores han comenzado a adoptar tecnologías de alto desempeño y prácticas de construcción que ahorran energía, reducen los costos operativos y mejoran la relación con el ambiente. Los conceptos de construcción de alto desempeño crean, además, un ambiente seguro, cómodo y eficaz que permite a los ocupantes del edificio ser más productivos y ayuda a las organizaciones a lograr sus objetivos de negocio.

Estudios han demostrado que los edificios de alto desempeño utilizan menos recursos, tienen un menor impacto ambiental y ofrecen un mejor lugar para trabajar, visitar y vivir. Además, este tipo de edificios tienden a tener mejores tasas de ocupación, así como un valor más alto que otros de su mismo tipo en el mismo mercado inmobiliario.

En este sentido, es lógico que cada vez se estén diseñando más edificios nuevos para mejorar su desempeño en dimensiones como la eficiencia energética y de agua, el impacto ambiental y la seguridad de servicio. Mientras tanto, los propietarios y operadores de edificios ya existentes están utilizando nuevas tecnologías y prácticas para convertir sus instalaciones más viejas en edificios de alto desempeño.

En México, particularmente, se está iniciando una fase de documentación y medición de los sistemas de alto desempeño; sin embargo, desde hace años ha habido herramientas disponibles y sistemas instalados en diferentes mercados, como el industrial y el comercial, que son los que muestran mayor conciencia por el desarrollo de proyectos de alto desempeño.

Enfoque sobre los costos del ciclo de vida total
El proceso para diseñar y construir un edificio de alto desempeño representa una fracción pequeña –entre 5 y 10 por ciento– de los costos del ciclo de vida total de una típica construcción, de acuerdo con el National Institute of Building Sciences (NIBS) y la International Facilities Management Association (IFMA).

Los costos de adquisición, renovación y disposición oscilan típicamente entre 5 y 35 por ciento de los costos del ciclo de vida. La operación de un edificio a lo largo de extensas décadas de vida habitada cuenta con la mayor proporción hasta el momento, representando entre 60 y 85 por ciento de los ciclos de vida totales.

Por ello, es importante tener en cuenta todos los costos, no sólo los iniciales, cuando se busca la manera de maximizar el retorno de la enorme inversión pública y privada que las empresas hacen en los edificios, y que son cruciales para el logro de su misión.

De hecho, el costo adicional de la construcción de una escuela perfectamente funcional de alto desempeño o un edificio de oficinas es relativamente pequeño y, en muchos casos, puede que no haya costo de construcción adicional. En nuestro país, por ejemplo, existen algunos casos en los que se ha conseguido un retorno de inversión (ROI, por sus siglas en inglés) de dos años, lo cual es muy bueno, pues a partir del segundo año todo es positivo; sin embargo, cada edificio requiere de un estudio particular y una auditoría energética.

Estos ahorros permiten a las organizaciones reducir su energía, operación y el mantenimiento de sus presupuestos, así como la redistribución de sus recursos financieros, cada vez más escasos, a otras prioridades que benefician directamente a los grupos de interés.

Alto desempeño de por vida
Es un hecho que un servicio eficaz y una estrategia de mantenimiento son esenciales para establecer y mantener altos estándares de desempeño a través de una vida útil del edificio ocupado, que puede llegar hasta 50, 75 o incluso una mayor cantidad de años. En este sentido, las innovaciones y cambios del juego están alterando la forma en que los diseñadores de edificios, los administradores, los propietarios y los proveedores de servicios de energía conciben su trabajo para mantener los sistemas del edificio en funcionamiento efectivo y durante un largo plazo de operación.

Los enfoques de servicio y mantenimiento más efectivos son integrales, basados en tecnología y conocimiento, centrados en algo que va más allá de reparar fallas, con mantenimiento predictivo y estrategias basadas en tareas. La oferta de servicios que apoyan toda la gama de edificios de alto rendimiento utiliza procesos robustos y probados, modelos informáticos, pruebas de diagnóstico, tecnologías predictivas y otras técnicas más avanzadas.

Un servicio eficaz y una estrategia de mantenimiento contribuyen significativamente a la consecución de un mejor desempeño de la construcción en su clase. Mejorar la eficiencia reduce los costos del ciclo de vida, por lo que una organización puede invertir en otras prioridades. En última instancia, un edificio de alto desempeño se convierte en un activo estratégico que ayuda a la organización a cumplir su misión primaria, y se paga muchas veces por sí mismo durante su vida de utilización.

Qué es un edificio de alto desempeño
Los edificios de alto desempeño (HPB, por sus siglas en inglés) son los que cumplen con las normas específicas para uso de energía y agua, tiempo de funcionamiento, cumplimiento ambiental, así como la seguridad y confort de los ocupantes. Este tipo de edificios ayuda a los propietarios y ocupantes a ser más productivos para alcanzar sus misiones empresariales, mediante el uso de diseños y estándares de operación creados, medidos y validados para ofrecer resultados establecidos en de tolerancias específicas.

Ante nuevas regulaciones ambientales para la reducción de gases de efecto invernadero, representantes de Gobierno, académicos, asociaciones de la industria y el sector privado buscan estar alineados con la Nueva Ley General de Cambio Climático, aumentando la eficiencia energética y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.

Es importante aclarar que:
•  Los edificios de alto desempeño tienen normas que se crean, miden y validan continuamente para obtener resultados específicos establecidos dentro de las tolerancias
•  Las normas se establecen regularmente para el consumo de energía y agua, la confiabilidad del sistema, el cumplimiento ambiental, la calidad del aire interior y la salud; la seguridad y el confort del ocupante. Además, éstas deben establecer las prioridades de acuerdo con la misión principal de la organización y los factores clave de éxito en mente
•   Las normas deben ser suficientemente altas, de manera que el edificio se encuentre entre el mejor desempeño de los edificios de su clase, en comparación con las normas establecidas y puntos de referencia

Aspectos principales
Mientras que la eficiencia energética y las buenas prácticas ambientales son características de los edificios de alto desempeño, es importante reconocer la distinción entre los HPB con programas tales como Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED, por sus siglas en inglés), desarrollado por el Green Building Council de los Estados Unidos (USGBC), y el programa Energy Star, patrocinado por el Departamento de Energía (DOE, por sus siglas en inglés) y la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés), ambas de EUA.

El LEED es un sistema de verificación de terceros respetado internacionalmente. Como su nombre lo indica, se centra en las prioridades de energía y medioambiente, la medición de la construcción y el rendimiento a lo largo de cinco dimensiones: el desarrollo sostenible del lugar, el uso del agua, la eficiencia energética, los materiales y recursos utilizados, y la calidad del aire interior. De acuerdo con el Green Building Council, alrededor de 3 por ciento de todos los nuevos proyectos de construcción han solicitado ser considerados para la certificación LEED.

Por otro lado, Energy Star es un programa, respaldado por el Gobierno de EUA, que ayuda a las empresas y los consumidores a elegir productos y prácticas eficientemente energéticas. Energy Star comenzó en la década de 1990, como un programa voluntario de etiquetado de producto. Hoy en día, ofrece guías y recomendaciones para el uso de energía en hogares, edificios y productos.

El concepto de los edificios de alto desempeño incorpora elementos de ambos programas; sin embargo, el concepto va mucho más allá de la energía y los parámetros ambientales que definen estos dos programas de gran éxito. Abarca todos los principales atributos de los edificios de alto desempeño, incluyendo la eficiencia energética, la durabilidad, el ciclo de vida y la productividad de los ocupantes.

Es posible decir que un edificio de alto desempeño que está específicamente diseñado, bien construido y operado puede ser uno de los activos más valiosos de una organización, capaz de hacer una contribución significativa a la eficacia y la eficiencia de las personas dentro de él.

Sistemas HVAC para edificios de alto desempeño
Una búsqueda de las palabras “edificios de alto desempeño” en internet muestra más de 10 millones de resultados, incluyendo información útil sobre el tema, referenciada por gobiernos, universidades, industrias y otras fuentes. Pero la construcción de un modelo de negocio convincente para un enfoque de edificios de alto desempeño, con una estructura nueva o existente, requiere la recolección y análisis de los datos específicos del proyecto.

Tipo de edificio	Categoría	Costo de fallas
Centro escolar	Salud y bienestar	Costos totales por un día de  invierno ante la falla de sistemas HVAC (salarios de profesores, ingresos por asistencia de estudiantes, costo de transporte, etc.)
Instalación industrial	Fiabilidad y tiempo de actividad	Costos totales por cierre de una hora en una línea de ensamble (salarios de los trabajadores, incumplimiento de plazos, costos de reanudación, etc.)
Centro comercial	Fiabilidad y tiempo de funcionamiento	El costo total por hora de cierre de  tienda (pérdida de ingresos, salarios de los empleados, pérdida de clientes, lealtad, etc.)
Edificio de Gobierno	Salud y bienestar	El costo total por hora del  ausentismo de los empleados debido a la mala calidad del aire interior (salarios de empleados, pérdida de productividad, riesgo de daño a la reputación, etc.)
Tabla 1

Para comenzar a construir un modelo de negocio, se debe identificar lo que es más importante para el éxito de la organización. Es preciso tener en cuenta factores como servicio al cliente, producto o calidad del servicio, productividad del empleado, estudiante o maestro; volumen de producción y otros factores. Se debe considerar cómo un edificio de alto desempeño afecta la capacidad de la organización para tener éxito en cada categoría identificada. Por ejemplo, el impacto financiero de una falla mecánica u otro tipo de problema que irrumpa en las operaciones normales de los sistemas HVAC puede resultar en lo que se expresa en la tabla 1.

Con esta información de cada uno de los factores críticos para el éxito de la organización, los administradores y profesionales de las instalaciones pueden trabajar con expertos experimentados para determinar cómo justificar los costos iniciales ligeramente más altos, asociados a un proyecto de construcción de alto desempeño en un edificio nuevo o existente.

Auditoría de los sistemas de construcción crítica
Una auditoría de los sistemas críticos (CSA, por sus siglas en inglés) es una herramienta valiosa para determinar el nivel actual de rendimiento de los sistemas de construcción críticos, como climatización, agua, luz, electricidad, controles mecánicos y de instrumentación. Se puede contratar a un tercero para ayudar con un CSA a fondo o se puede elegir al personal interno calificado para llevar a cabo una autoevaluación.

Hoy en día los sistemas avanzados de automatización de edificios ofrecen una amplia gama de capacidades, incluyendo una red habilitada para cuadros de mando que facilitan más que nunca al equipo de auditoría la recolección, acceso y la utilización de información pertinente para analizar el rendimiento de los sistemas de construcción.

Las nuevas tecnologías de modelado predictivo permiten comparar el sistema operativo y las características de los componentes con la información agregada de muchos sistemas similares para evaluar su rendimiento. Otras innovaciones permiten a los técnicos buscar más allá de los componentes de HVAC, descubrir problemas potenciales y predecir cuándo se producirá un error en los componentes y con mayor precisión que nunca.

Automatizar la detección de fallas y diagnósticos (FDD, por sus siglas en inglés) en los sistemas de HVAC es otro cambio potencial en el juego de tecnología. La FDD puede detectar y reportar fallas significativas en el tratamiento de aire, sistemas de agua helada, calderas, torres de refrigeración y otros componentes críticos de HVAC para ayudar a encontrar y aislar los problemas en los que actualmente se desperdicia energía, a la vez que proporciona advertencias de posibles fallas.

La autoevaluación o resultados de la auditoría proporcionan una imagen clara de la información sobre la salud y la condición física de la construcción en general, que se puede utilizar para desarrollar un edificio de alto desempeño a partir de la proyección de datos precisos y específicos.

Para un edificio existente, es importante conocer los costos actuales de operación y compararlos con los costos proyectados por operar un edificio de alto desempeño más eficiente. Una compañía de servicios de energía puede ayudar a analizar el uso de ésta durante un período de varios años.

El Green Building Council estima que los edificios de alto desempeño son entre 20 y 50 por ciento más eficientes energéticamente que los edificios convencionales. En el caso de un edificio existente, un especialista en ingeniería de energía puede proporcionar mayor precisión mediante la comparación de las estimaciones de una estructura particular con los puntos de referencia estándares de la industria.

La disponibilidad de esta información y el uso de herramientas de análisis de energía permitirán a los operadores comparar los perfiles de rendimiento energético de su edificio con el promedio de la industria y el mejor desempeño en su clase para edificios comparables. La gráfica 1 muestra el uso real de energía de un edificio en particular, en comparación con el promedio de la industria de los tipos de edificios similares y una instalación de primera clase.

Diseño de herramientas
La eficiencia energética es un objetivo básico de los edificios de alto desempeño. En cada etapa del ciclo de vida de construcción, las tecnologías están disponibles para ayudar en el diseño y construcción de equipos de administración para lograr la mayor eficiencia posible.

El modelo de energía y el análisis de herramientas proporcionan un análisis detallado y preciso de los impactos energéticos y económicos de las características de construcción. Las últimas herramientas de análisis y modelado usan algoritmos sofisticados para rastrear con precisión las demandas más complejas de los proyectos de construcción.

El diseñador del edificio o el ingeniero de energía utilizan el programa de modelado para desarrollar un modelo virtual del edificio. El software analiza las diversas zonas y sistemas para simular patrones de consumo de energía del edificio y, a continuación, crea una imagen total del consumo energético, incluyendo un desglose del consumo por tipo de combustible, tarea y componente de la construcción.

Las herramientas avanzadas de modelos energéticos incorporan, hasta el día de hoy, los códigos de energía y recomendaciones incluidas en la Sociedad de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE, por sus siglas en inglés). Las últimas aplicaciones también tienen la flexibilidad de manejar los datos para la construcción de sistemas en distintas etapas del ciclo de vida del edificio.

Tecnologías para edificios de alto desempeño
Los avances en las tecnologías de climatización han mejorado en gran medida la comodidad y la flexibilidad en los edificios, disminuyendo su consumo energético. Por ejemplo, la eficiencia de los enfriadores ha mejorado dramáticamente en la última década.

Las tecnologías HVAC también ayudan a ganar puntos LEED que se otorgan para las estrategias como capacidad de control de sistemas del edificio y la comodidad térmica. Las siguientes tecnologías de energías renovables son cada vez más rentables, siendo soluciones viables para muchos tipos de proyectos de construcción:

1. Solar fotovoltaica.Es la tecnología más accesible y eficaz entre la variedad más amplia de aplicaciones de la actualidad. Se trata de una fuente de energía limpia que captura la energía del Sol para generar electricidad.

La integración de paneles fotovoltaicos en los edificios es uno de los segmentos de mayor crecimiento de la industria solar. El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés) lleva a cabo investigaciones sobre la integración de paneles fotovoltaicos en los edificios para mejorar la estética y la fiabilidad del sistema, al igual que para reducir los costos y pérdidas de servicios públicos de transmisión.

2. Geotérmica.Es un recurso limpio y renovable que utiliza el calor del interior de la Tierra. Hoy en día, esta tecnología avanza y el conocimiento de aplicaciones de geotermia es una solución altamente eficiente para edificios modernos; además, se ha vuelto más eficiente debido al bombeo mejorado y tecnologías de HVAC.

3. Cogeneración.Llamada también “calor y energía combinados” (CHP, por sus siglas en inglés), implica la generación simultánea de dos formas de energía: calor y electricidad, en una sola. Las plantas de electricidad típicas pierden una gran parte de la energía disponible en forma de calor, y la CHP capta este exceso, incrementando en gran medida la capacidad de potencia.

Las tecnologías de cogeneración, adecuadas especialmente para edificios de gran altura y grandes complejos de departamentos, son utilizadas ampliamente en los países europeos y ahora se están afianzando en América con el fin de disminuir los crecientes costos de energía y ayudar en la creación de edificios sostenibles.

4. Soluciones de almacenamiento de hielo.Son cada vez más utilizadas para diversos tipos de proyectos de edificios, incluso en las zonas urbanas. El sistema produce hielo o agua fría en la noche, durante las horas en que utilizar la energía es más barato, y aprovecha el derretimiento de ese hielo para poder generar el aire fresco durante las horas de mayor actividad. Las soluciones de almacenamiento de hielo son igual de eficientes y competitivas que los sistemas convencionales de aire acondicionado.

Operación y mantenimiento
Las tecnologías para el mantenimiento preventivo y predictivo han recorrido un largo camino para solucionar los posibles problemas e ineficiencias, así como recopilar datos sobre tendencias. Las siguientes tecnologías de diagnóstico y de prueba son ahora muy asequibles y accesibles:

Termografía infrarroja.Crea imágenes que muestran las variaciones de temperatura de la superficie de los objetos. Detecta condiciones o factores de estrés que potencialmente pueden afectar la funcionalidad de componentes. Esto hace que sea posible diagnosticar problemas, como las restricciones de tubos, tuberías, bloqueos de fricción excesiva, el aire y los patrones de descarga de agua.

Análisis ultrasónicos.Permiten identificar problemas relacionados con el desgaste de los componentes, así como con fugas de líquido, fugas de vacío y fallas en trampa de vapor. El ultrasonido es una tecnología simple y de bajo costo que proporciona información de diagnóstico muy útil en equipos, como calderas, condensadores, intercambiadores de calor, tuberías, válvulas, ventiladores, compresores, bombas y mucho más.

Transductores de vibración.Permiten detectar la rugosidad o la suavidad de una máquina que está funcionando, por lo que el técnico puede evaluar el estado de la máquina. El monitoreo de la vibración y el análisis ayudan al técnico a diagnosticar problemas en la rotación del equipo, como una mala alineación, inestabilidad mecánica o puntos débiles.

Logro de un desempeño superior
Las tecnologías que hacen posibles los edificios de alto desempeño han avanzado de manera espectacular en las últimas décadas. Enfocadas en costos, eficiencia energética y sostenibilidad, se han vuelto una forma de vida de las personas involucradas en diseño, construcción y operación de edificios.

El verdadero potencial del edificio de alto desempeño requiere un enfoque integral de construcción y del ciclo de vida. Este enfoque pone mayor énfasis en el costo total de propiedad, sobre el de un edificio ocupado, así como en los costos iniciales.

El costo de operación de un edificio a lo largo de su ciclo de vida total es muchas veces mayor que el costo de diseño y construcción; sin embargo, muchos propietarios de edificios y operadores consideran poco los costos de energía, mantenimiento, servicio y otros factores que pueden elevar hasta en 80 por ciento los costos del ciclo de vida total.

Los edificios nuevos, como los existentes deben tener en la mira el costo total de operación durante la vida útil del edificio. Existen edificios cuyas instalaciones se basan en el costo inicial; sin embargo, los principales costos representan siempre la suma de los generados durante la vida útil. Se cuenta con sistemas de análisis financiero preciso, ligados a sistemas de análisis de energía y de cargas térmicas, que permiten decisiones documentada sobre la tasa de ROI y sus periodos.

Una verdadera operación de alto desempeño se puede lograr si un edificio es reconocido como un sistema integrado muy complejo, que debe gestionarse proactivamente y continuamente, para mantenerlo funcionando al máximo desempeño.

Los edificios de alto desempeño son energéticamente eficientes, duraderos, ambientalmente responsables y mucho más. No son sólo gastos generales para las organizaciones que los ocupan; son activos con potencial para mejorar la productividad de quienes los habitan y contribuir al logro del éxito de su misión.