¿Cómo cubrir la demanda de enfriamiento de espacios, mientras se reducen las emisiones?

Si bien la industria HVAC ha enfocado cuantiosos recursos y esfuerzo a mejorar la eficiencia de los equipos, los gobiernos y la industria necesitan priorizar la aceleración de la climatización sostenible como medio para brindar confort térmico a las personas vulnerables.

Fuente: Keeping it chill | Traducción: Christopher García

Bajo el escenario de negocio habitual (BAU), la climatización de espacios será responsable del consumo de 70 por ciento de la energía de refrigeración en 2050, con el crecimiento más rápido ocurriendo en la refrigeración residencial. Cualquier camino hacia emisiones de gases de efecto invernadero cercanas a cero requiere una acción política fuerte y rápida, así como innovación tecnológica, para proporcionar acceso a la refrigeración y al mismo tiempo reducir las emisiones.

Un diseño urbano adecuado, estrategias de infraestructura e intervenciones políticas por parte de gobiernos nacionales y locales pueden reducir el calor a escala urbana, disminuir las cargas de climatización de los edificios y aumentar la eficiencia de los sistemas. Las innovaciones en tecnologías pasivas, a menudo habilitadas por códigos de construcción, junto con equipos de alta eficiencia energética y una mayor eficiencia operativa, pueden generar ahorros significativos de energía. Las políticas de climatización de espacios deben promover la climatización sostenible y la resiliencia al calor mediante la reducción de los sistemas mecánicos, maximizando la eficiencia del equipo, reduciendo el consumo de refrigerantes de alto potencial de calentamiento global (PGC) y minimizando el impacto ambiental general.

Un enfoque integrado de sistemas completos

Un enfoque coordinado considera el impacto interrelacionado de la climatización de espacios a nivel urbano, de edificios y de equipos, lo que resulta en múltiples beneficios. Específicamente, dicho enfoque minimizará la necesidad de equipos de climatización activa, lo que conducirá a reducciones en el consumo de refrigerantes, costos para los consumidores, emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la electricidad y la necesidad de expandir la red eléctrica.

El diseño urbano apropiado, estrategias de infraestructura e intervenciones políticas por parte de gobiernos nacionales y locales pueden reducir el calor a escala urbana. Por ejemplo, el efecto isla de calor urbano, que puede aumentar la temperatura superficial en 5 °C, o hasta 24 °C en casos extremos, podría mitigarse mediante medidas que han demostrado ser extremadamente eficaces. Estas incluyen soluciones basadas en la naturaleza (como agregar vegetación y técnicas basadas en el agua), el uso de materiales frescos en superficies terrestres y envolventes de edificios, y sombreado artificial a través de toldos de tela y pérgolas.

Las cargas de climatización de los edificios se pueden minimizar a través de estrategias de diseño adecuadas (por ejemplo, diseños pasivos, envolventes optimizadas, orientaciones, diseño de fachadas, sombreado, selección de materiales, vegetación basada en la naturaleza y características de agua, ventilación natural, etc.). Estos podrían implementarse a través de códigos de construcción mejorados, estándares y guías avanzadas de diseño energético.

Ejemplos de este tipo de códigos incluyen los estándares y directrices de la Sociedad Estadounidense de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), BUILD_ME y el Anexo 75 de Bombas de Calor de la Agencia Internacional de Energía (IEA).

Es importante que los edificios estén diseñados para tener la menor carga de refrigeración posible, y que esta carga se sirva utilizando el equipo más eficiente y respetuoso con el medio ambiente disponible. La eficiencia y la huella ambiental de los electrodomésticos varían según las dinámicas del mercado local y regional (por ejemplo, poder adquisitivo, tamaño del mercado, capacidad técnica, educación del consumidor, autoridad competente, disponibilidad de estándares mínimos de eficiencia energética, etc.). Se necesitan políticas que apoyen la reducción de las cargas de refrigeración de los edificios, así como las mejores prácticas globales en estándares de eficiencia energética.

Innovación tecnológica para el enfriamiento de espacios

La inversión en tecnologías de enfriamiento pasivo es crucial, especialmente en el enfriamiento residencial, ya que tiene el potencial de una reducción significativa del 28 por ciento (ver Esquema 2). La ventilación ha sido históricamente la tecnología pasiva dominante, pero nuevas innovaciones en medidas radiativas (como paneles radiantes) y técnicas de control solar están evolucionando rápidamente.

Las acciones para el enfriamiento pasivo, que incluyen enfoques basados en la naturaleza, pueden estructurarse ampliamente en tres categorías, que reducen, evitan o eliminan la necesidad de enfriamiento mecánico y hacen que el entorno construido sea térmicamente confortable. Las categorías son:

Los edificios comerciales tienen oportunidades adicionales para el enfriamiento pasivo. La investigación sugiere que el enfriamiento pasivo puede ayudar a reducir el consumo de energía de un edificio entre 8 y 70 por ciento con el uso de diversas técnicas. La arquitectura de diseño avanzado puede ofrecer un rendimiento de enfriamiento mejorado, pero requiere un enfoque de diseño integrado.

Innovación y ampliación de equipos súper eficientes para el enfriamiento de espacios residenciales

Las estrategias de enfriamiento activo implican el uso de medios mecánicos para eliminar o transferir el calor de un espacio interior. La tecnología dominante de enfriamiento de espacios en la actualidad es la compresión de vapor, o el aire acondicionado comúnmente utilizado. Actualmente, cerca de 70 por ciento de la capacidad global de aire acondicionado instalada se encuentra en el sector residencial, de acuerdo con la Agencia Internacional de Energía.

Lamentablemente, existe una brecha significativa entre los productos de aire acondicionado residencial más eficientes disponibles en el mercado y aquellos que son más comprados por los usuarios. Esta diferencia se refleja en los productos más eficientes disponibles y los correspondientes Estándares Mínimos de Desempeño Energético (MEPS) para diferentes países.

Las políticas que respaldan la innovación y la ampliación de equipos de aire acondicionado súper eficientes de bajo PCG son vitales para cambiar la curva de emisiones del enfriamiento de espacios residenciales. Las estrategias de enfriamiento activo que deben recibir apoyo incluyen:

Aumento del uso de compresores de velocidad variable. Estos consumen 30 por ciento menos de energía que los compresores de velocidad fija para el mismo enfriamiento total. Los aires acondicionados de habitación de velocidad variable son más silenciosos y tienen piezas más duraderas que las unidades de velocidad fija

En comparación con las unidades empaquetadas tradicionales, pueden proporcionar un aumento de eficiencia de 30 a 50 por ciento. Las inversiones en sistemas VRF promoverán la ampliación de esta tecnología, especialmente cuando se apoyan con medidas políticas. La inversión en sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia, ya sea aire o agua enfriada, es también una opción, ya que estos sistemas requieren cargas de refrigerante mucho menores y pueden usar refrigerantes inflamables en aplicaciones donde los códigos de seguridad de edificaciones no permiten el uso de sistemas VRF con altas cargas de refrigerante

Fomentar que los consumidores utilicen equipos de alta eficiencia. Un aire acondicionado de habitación de alta eficiencia puede reducir significativamente los costos de energía, normalmente recuperando el costo incremental en menos de tres años mediante ahorros de energía acumulados, dependiendo de las horas de uso

Inversión en tecnología de flujo de refrigerante variable (VRF). Los equipos VRF (utilizados principalmente para sistemas más grandes y no residenciales) proporcionan una opción de mayor eficiencia, especialmente porque potencialmente suministran calefacción y refrigeración simultáneas y son principalmente (más del 99 por ciento) alimentados por compresores de velocidad variable

Expansión de sistemas de enfriamiento distrital. Aunque no es una innovación en sí, una ventaja principal de estos sistemas es su capacidad para integrar fuentes de energía que podrían no estar disponibles o no ser prácticas para unidades de enfriamiento individuales, como el calor residual de sectores industriales y de servicios. Esta integración apoya la sustitución de aplicaciones de enfriamiento independientes menos eficientes por soluciones de enfriamiento más rentables, eficientes en energía y respetuosas con el medio ambiente. El enfriamiento distrital puede reducir el consumo de energía para el enfriamiento hasta en 50 por ciento en comparación con los sistemas de aire acondicionado tradicionales.

Superar las barreras para el enfriamiento de espacios

Lograr un enfriamiento sostenible requiere navegar por las oportunidades y barreras presentadas por la tecnología dominante de aire acondicionado, que sigue siendo la solución principal para la creciente demanda de enfriamiento, con frecuentes descuidos de otras alternativas. Esto ha contribuido a una serie de barreras para avanzar en otros enfoques para un enfriamiento sostenible, como las medidas pasivas de baja tecnología.

Las barreras incluyen una lenta innovación en tecnologías alternativas de confort, el desconocimiento sobre el papel que desempeña la humedad y la falta de consideración de ésta en las clasificaciones de eficiencia, la adopción de sistemas centrados en el edificio en lugar de centrarse en los ocupantes (por ejemplo, con temperaturas de consigna bajas), que limitan las oportunidades de ahorro en el enfriamiento, y prestar atención únicamente a la fase operativa estándar del aire acondicionado en lugar de su ciclo de vida.Se necesitan políticas para superar las diversas barreras que existen para formas más sostenibles de enfriamiento de espacios. Las políticas de construcción no deben enfocarse exclusivamente en la eficiencia energética, sino también incluir el diseño pasivo, que implica el uso de distribución, estructura y forma para reducir o eliminar la demanda de tecnologías que consumen energía.

Las políticas deben considerar el enfriamiento más allá del énfasis en la temperatura, y extenderse a otras variables de confort térmico como la humedad, la velocidad del aire, etc.

El enfoque de los sistemas de enfriamiento debe cambiar para centrarse en los ocupantes, y la innovación debe considerar los impactos durante todo el ciclo de vida de la tecnología de aire acondicionado. Tales prácticas de gestión energética son necesarias en todos los sectores, especialmente en edificaciones residenciales y gubernamentales, para optimizar el uso de energía. Además, la política de enfriamiento de espacios debe incluir medidas que promuevan el acceso al enfriamiento entre los pobres y las poblaciones fuera de la red, que se encuentran entre los más vulnerables tanto en entornos residenciales como institucionales, como clínicas, hospitales y escuelas.

Un enfoque secuencial de políticas que reduce la necesidad de enfriamiento de espacios y minimiza el impacto general

Es importante que las políticas de enfriamiento de espacios promuevan un enfriamiento sostenible y la resiliencia al calor de manera que reduzca el tamaño de los sistemas de enfriamiento y las necesidades de enfriamiento, disminuya el consumo de recursos y minimice el impacto ambiental del enfriamiento.

Un enfoque secuencial comenzaría con la adaptación y el aumento de la resistencia al calor, a través de la protección solar, la disipación del calor, la modulación y la prevención. Luego, se centraría en la reducción del tamaño de los sistemas y las necesidades de enfriamiento a través de la gestión inteligente de más variables de confort y tecnología centrada en el ocupante. Posteriormente, se enfocaría en mitigar el consumo de recursos y el impacto ambiental, el ciclo de vida del equipo y la descarbonización de la red eléctrica.