Soluciones innovadoras para la renovación orientada a los edificios de energía neta cero en clima cálido y húmedo: Directrices y mejores prácticas

Proyecto I+D financiado por SENACYT: IDDS22-30

Estado: En ejecución desde el 2 de agosto de 2022

Periodo: 2022 – 2024

Resumen:

Los edificios de energía neta cero (Net Zero Energy Buildings -NZEB), son reconocidos mundialmente como una estrategia válida para reducir el impacto medioambiental. Un edificio de energía neta cero se caracteriza por una demanda energética muy baja, cubierta en gran medida por energía procedente de fuentes renovables. Las soluciones propuestas para conseguir NZEB en climas fríos o templados se basan principalmente en el aislamiento térmico de la envolvente, destinado a reducir la demanda energética de calefacción y están ampliamente discutidas en la literatura científica y consolidadas en la práctica. En cambio, las técnicas para conseguir edificios de energía cero en climas cálidos y cálidos húmedos han sido hasta ahora poco exploradas y plantean retos más difíciles de aplicar, más aún cuando se trata de intervenir edificios existentes. En este contexto surge la realidad de Panamá, un país caracterizado por un clima tropical subecuatorial húmedo, con alta temperatura y humedad durante todo el año. La mayoría de los edificios existentes en Panamá se construyeron en ausencia de legislación sobre eficiencia energética y necesitan una renovación urgente para cumplir con las nuevas normas de rendimiento exigidas para actuar en un desarrollo sostenible. El objetivo del proyecto de investigación propuesto es evaluar soluciones constructivas y tecnológicas innovadoras para renovar los edificios existentes en Panamá y transformarlos en edificios de energía neta cero. Teniendo esto en cuenta, se analizarán las medidas de eficiencia energética que se aplicarán a la envolvente para reducir las necesidades de refrigeración. La investigación es enfocada además a obtener directrices y buenas prácticas para orientar la renovación del parque inmobiliario existente, apoyando a los tomadores de decisión en la formulación de las políticas más adecuadas para la transformación sostenible de las ciudades y optimizar la planificación de los recursos e incentivos financieros al considerar las intervenciones más ventajosas, facilitando así la consecución de los objetivos fijados. Los resultados serán divulgados hacia organismos relacionados con la construcción y hacia la comunidad científica a través de participación de congresos y escritura de manuscritos para someter en revistas científicas nacionales e internacionales. Este proyecto beneficiará de manera directa a la institución, ya que fortalecerá las capacidades de los investigadores involucrados en el área de energética en Edificaciones. Se trabajará con estudiantes que desarrollarán sus de tesis de pregrado y postgrado en la medida de la disponibilidad y/o asistentes de investigación, poniendo a disposición herramientas actualizadas de simulación energética, lo que permitirá su desarrollo en el futuro ámbito laboral, tanto en el área de investigación como en el campo profesional de diseño, planificación y evaluación mediante auditorías energéticas, regulaciones y políticas. Los resultados de esta investigación serán recopilados y presentados a los actores del sector energético y constructivo nacional para informar de los hallazgos referentes a mejores prácticas y directrices en la renovación de edificaciones buscado la mejora de la eficiencia energética de estas, con miras a promover la inclusión de políticas energéticas nacionales para edificaciones existentes.

Objetivo general:

Evaluar soluciones constructivas y tecnológicas innovadoras para renovar los edificios existentes en Panamá y transformarlos en edificios de energía neta cero.

Objetivos específicos (OE):

  1. Definir las principales características de los edificios de referencia para los diferentes usos (OE1);
  2. Identificar posibles medidas de eficiencia activas (por ejemplo, FV, PDC, solar térmica) y pasivas (por ejemplo, persianas, free-cooling, superficies verdes, voladizos fijos o móviles) para los edificios existentes (OE2);
  3. Evaluar el efecto de las medidas (individuales o combinadas) destinadas a reducir la demanda de enfriamiento en clima cálido y húmedo, mediante simulación dinámica (OE3);
  4. Definir los costes de cada intervención para determinar las soluciones más rentables y energéticamente eficientes (OE4);
  5. Identificar las medidas a aplicar para conseguir edificios a energía neta cero (OE5);
  6. Desarrollar una práctica de referencia para definir las acciones de renovación de los edificios, más eficaz en términos costo-beneficios, a través de una herramienta de decisión con directrices de mejores prácticas (OE6).

Colaboradores del proyecto:

  • Dr. Miguel Chen Austin (Investigadora principal)
  • Dra. Dafni Mora (Co-investigador principal)
  • Dra. Cristina Carpino (Co-investigador UNICAL)
  • Dr. Natale Arcuri (Co-investigador UNICAL)
  • Aqr. Thasnee Solano

Materiales y métodos

Los edificios son sistemas complejos que interactúan con su entorno e interactúan con esto intercambiando materia y energía. Esta complejidad dificulta el estudio de los procesos que subyacen a la dinámica que caracteriza a los edificios. Por esta razón se suelen utilizar herramientas de simulación, que son capaces de reproducir de forma realista los edificios y los sistemas instalados en ellos, y permiten realizar evaluaciones que de otro modo serían imposibles de llevar a la práctica. Especialmente, cuando se trata de estimar el efecto de las medidas de rehabilitación (renovación o readaptación) energética, la creación de un modelo sobre el que aplicar diferentes acciones de renovación permite tener rápidamente una respuesta fiable a la validez y eficacia de las soluciones analizadas. De esta forma, el objetivo principal del proyecto es evaluar soluciones tecnológicas innovadoras para la transformación de edificios existentes en edificios de energía neta cero, identificando las soluciones costo-beneficio más adecuadas en climas cálidos y húmedos (OG).

La propuesta formulada en este proyecto se basa en una metodología cuantitativa de investigación que combina el estudio teórico y la aplicación práctica mediante la simulación dinámica energética. Se utilizará el software DesignBuilder, interfaz gráfica del motor de cálculo EnergyPlus, una herramienta acreditada por la comunidad científica internacional, que proporciona resultados fiables y precisos. Se integrarán otros software de ser necesario. En la creación de los modelos de simulación, los datos de entrada son de importancia fundamental. La definición de los principales insumos se basará en encuestas, auditorías energéticas y estudios de mercado. Se adoptarán las técnicas de investigación más adecuadas (bibliografía, encuestas in situ, consulta de bases de datos oficiales, archivos estadísticos, entre otros), para identificar los edificios de referencia, representativos de determinados usos, para ser utilizado en el análisis. Así mismo, se definirán las condiciones climáticas de referencia, con el fin de ensamblar un archivo climático horario típico del clima del área de investigación, que es la ciudad de Panamá (OE1). En particular, se examinarán los datos climáticos de las estaciones meteorológicas instaladas cerca del lugar de estudio, así como los archivos meteorológicos disponibles en la librería del software EnergyPlus y otros (Figura 2). Las simulaciones serán complementadas con otros datos de entrada como los perfiles de ocupación y los patrones de uso de equipos, ya que los hábitos y preferencias de los usuarios influyen significativamente en el rendimiento energético del edificio. Para ello, se utilizarán los resultados de los estudios realizados en el marco del proyecto de investigación anterior FID18-056 y FIED19-R2-005, que proporcionan perfiles de modelos y referencias a tener en cuenta para la descripción del comportamiento de los ocupantes. De igual forma, la validación de los modelos de simulación se llevará a cabo comparándolos con los datos de consumo reales (por ejemplo, las facturas de electricidad) sobre la base de las normas de referencia (por ejemplo, ASHRAE 14).

Esquema conceptual del marco metodológico

Seguidamente, se requiere la exploración de las medidas de eficiencia energética aplicables en el contexto de referencia, con el fin de identificar, entre las soluciones activas (consume energía eléctrica) y pasivas (no consume energía eléctrica) consideradas, las más fácilmente disponibles en el mercado local y las potencialmente aplicables, en base a criterios de selección como en [25] (OE2 y OE3). Además, como el análisis pretende identificar soluciones óptimas desde el punto de vista económico, por cada intervención de renovación es necesario cuantificar el costo relativo, identificable a través de listados de precios actualizados (panama generador de precios) o específicos de estudios de mercado (OE4). De acuerdo con los objetivos establecidos, se realizará una simulación dinámica de los edificios de tipología escogida (residencias y oficinas) para obtener las prestaciones energéticas de cada componente de la envolvente y de los sistemas, en específico el de aire acondicionado.

Posteriormente, se llevará a cabo una encuesta numérica para determinar los beneficios derivados de la combinación de las intervenciones previstas, identificando los paquetes de medidas que debe obtener un edificio NZEB. A través de metodologías económicas se realiza un análisis coste-beneficio de las soluciones propuestas con el fin de identificar las soluciones que permiten reducir las necesidades energéticas de los edificios, minimizando los costos (OE5).

Además, sobre la base de los resultados obtenidos, se formularán directrices que pueden ser una referencia útil para orientar la recalificación energética del patrimonio de edificios en Panamá y orientar las decisiones de los legisladores en la programación de recursos económicos que se destinarán a apoyar las obras de renovación (OE6). Para cumplir con los compromisos internacionales sobre la reducción de emisiones, en los próximos años será necesario un importante esfuerzo por parte de las políticas públicas para fomentar la transformación de los edificios. Por tanto, disponer de datos y herramientas para seleccionar las intervenciones más ventajosas desde el punto de vista energético y económico constituye seguramente un paso importante hacia la neutralidad climática con miras al 2050.

Entre las actividades del proyecto se prestará la debida atención a la difusión de los resultados, que se llevará a cabo mediante la organización de seminarios, difusión en diferentes canales de comunicación (institucionales y sociales) y actividades de sensibilización para informar a todas las partes interesadas sobre los avances proyecto, los puntos de fuerza y debilidades encontradas, con el objetivo que se puedan compartir las informaciones útiles para facilitar la transición energética y la realización de ciudades sostenibles. Por último, los resultados pueden ser útiles para la evolución de la normativa en materia de eficiencia energética de los edificios en Panamá, y para optimizar las estrategias de renovación previstas en los Planes Nacionales.

Por último, el equipo de investigación que concibió la idea del proyecto tiene sólidas competencias en los temas cubiertos por la propuesta y cuenta con una considerable experiencia en la gestión de proyectos de investigación nacionales e internacionales como se ha mencionado anteriormente. La trayectoria del DIMEG de la Universidad de Calabria, teniendo una fuerte componente numérica, experimental y aportes a las normativas y regulaciones italianas, en conjunto con nuestro grupo de investigación ECEB de la Universidad Tecnológica de Panamá, que hasta el momento sólo ha tenido componente numérica importante a través del desarrollo de proyectos pasados (FID18-056, FIED19-R2-005 y PFID-FID21-43), fortalecerá el recurso humano en Panamá inyectando el “saber-hacer” a las regulaciones actuales que tiene Panamá en materia de sostenibilidad en edificaciones. Lo anterior fomentando una colaboración sostenible propiciando posible intercambio académico.

Referencias bibliográficas

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