1. Ciencia

¿Climatización eficiente en Chile?, Introducción
En la actualidad la climatización eficiente se presenta como algo totalmente abordado, pero es necesario
capacitarnos en las nuevas tecnologías disponibles, interrelación de sistemas, la implementación de ERNC,
regulaciones e instituciones por parte del estado para la aplicación de climatización eficiente.
Por medio de este documento se presentan las variables a considerar de forma superficial las distintas tecnologías
presentes y en desarrollo que permiten diseñar e implementar sistemas más eficientes. Por otro lado presentar
algunas deficiencias por parte del estado en la legislación y regulación.
Debemos considerar las tecnologías disponibles no solo en
Chile, para confirmar si lo que se está implementando en los
edificios es climatización eficiente. Para esto debemos
hacernos la siguiente pregunta ¿los proyectos cumplen con
los conceptos de climatización eficiente?
Para esto debemos revisar bibliografía de los equipos y
análisis de sistemas que deben considerarse como
climatización eficiente.
La IEA1, presenta un escenario de consumo de energía hasta
el 2050 en el cual se compara la línea base con el BLUE MAP,
este escenario presenta la reducción en un 50% las emisiones
de gases de efecto invernadero en edificios. Por medio de
distintas tecnologías en climatización.
3
Tabla de equipos de tecnologías eficientes en climatización
I.
Bombas de Calor (Heat Pump o HP)
De la gráfica anterior podemos destacar que en Chile el
equipo más utilizado corresponde a las bombas de calor
(HEAT Pump o HP), debido a la vasta experiencia en el área
de eficiencia de los equipos y en la implementación de estos
(considerando solo la eficiencia nominal).
Esta comparación de escenarios se presenta como una
proyección del consumo de energía y las posibilidades de
reducción si se utilizan tecnologías más eficientes.
Se deben considerar en el diseño de climatización eficiente al
menos cuatro aspectos generales y diferenciadores como
son:




Equipamiento de alta eficiencia.
Interrelaciones de especialidades.
Consideración de aporte de Energías Renovables.
Diseño de Sistemas de climatización de alta
eficiencia.
Equipamiento de alta eficiencia.
Considerando lo anterior, ¿En los proyectos, se realiza un
análisis de las posibles tecnologías a implementar?
En la mayoría de los proyectos e instalaciones de
climatización solo abordan la implementación de bombas de
calor eficientes, seleccionando la tecnología por medio de
una comparación de los COP4 de las unidades centrales y no
por la comparación de las distintas tecnologías o de los
sistemas en operación, para ello se consideran las unidades
interiores y equipos requeridos por el sistema a
implementar, como son bombas hidráulicas, torres de
enfriamiento, en el caso de chiller y unidades recuperadoras
de calor en VRV.
Para explicar lo descrito anteriormente, se consideró un
edificio de oficinas tipo, el que se evaluó con distintas
tecnologías, se realizó la comparación entre ellas, con igual
número de unidades interiores y capacidades de
requerimientos térmicos (frío o calor).
En esta línea se deben comparar las tecnologías presentes y
lo incorporado tradicionalmente en los proyectos de
eficiencia energética en climatización.
A continuación se presentan en la siguiente tabla tecnologías
de equipamiento de alta eficiencia para la reducción del
consumo de energía.
1
International Energy Agency, Technology roadmap: Energy-efficient
Building Heating and cooling Equipment
2
Figura 1, Technology roadmap: Energy-efficient Building Heating and
cooling Equipment
3
Tabla 1, Technology roadmap: Energy-efficient Building Heating and
cooling Equipment
4
Coefficient of Performance.
Página1
2
COMPARACIÓN DE POTENCIA INSTALADA
600,0
546
La ejecución de estos sistemas se ha realizado en edificios de
vivienda y hospitales en los cuales tienen un retorno de la
inversión de entre 7 a 10 años. Lamentablemente con el
término del subsidio y sin la exigencia del estado de
implementar este sistema en los nuevos edificios, por medio
de una ley, se visualiza en el futuro una escaza
implementaciones de estos sistemas.
546
489,7
500,0
449,1
400,0
355,9
344,8
321,7
300,0
269,1
269,0
269,0
282,0
299,7
282,0
267,7
301,0
255,9
248,7
200,0
74,865,8
100,0
74,8
0,0
VRV (AIRE)
VRV (AGUA)
VRV (AGUA) CHILLER (Aire) CHILLER
geotermia
con R.E.
(Agua) con
R.E.
CHILLER
CHILLER
CHILLER
GEOTERMIA
MODULARES BOMBA DE BOMBA DE USO DIRECTO
bomba de CALOR CON R. CALOR CON R.
calor
C. (Aire)
C. (Agua)
P.I.F. [kW]
USO
INDIRECTO
P.I.C. [kW]
III.
5
Esta grafica permite comparar la potencia máxima a
suministrar a un mismo edificio con distintos sistema de
climatización, lo que influye en el costo de implementación
(instalaciones eléctricas).
Como resultado general, no es suficiente considerar equipos
de alta eficiencia para asegurar un menor consumo de
potencia y de energía.
En la siguiente grafica se muestra la comparación en carga
nominal, entre las distintas tecnologías y la comparación de
la eficiencia de los equipos centrales (COP Eq. Frío y COP Eq.
Calor) versus el resultado del sistema en operación frío y
calor (COP Eq. Frío y COP Eq. Calor).
COMPARACIÓN DE COP
11,9
12,0
10,0
8,8
8,8
8,0
5,7
6,0
4,0
2,0
5
3,8
1,9
4,3
2,4
2,4
5
4,8
2,4
1,7
4,8
2,9
5
4,4
3,4
2,5
2,9
2,3
1,0 1
3,4
2,6
2,6
2,2
2,9 3,2
2,3 2,6
1,0 1
3,0
2,2
1,6
Chiller de absorción/adsorción
Los chiller de absorción han evolucionado a equipos con
mayor eficiencia y creando una nueva tecnología como la de
adsorción, con menor eficiencia pero con temperaturas de
trabajo más bajas en que las tecnologías de absorción no
pueden operar.
Los chiller de absorción/adsorción, no se presentan con
frecuencia en la implementación de proyectos de
climatización, debido a la escasez de información del
equipamiento, su volumen, costo, mantención y el
conocimiento de cuando es posible implementarlos, como
por ejemplo evaluar la recuperación de calor de otros
sistemas.
IV.
Cogeneración (CHP)
La Cogeneración (CHP) se ha implementado en la industria
como medida de eficiencia energética en edificaciones. Para
la implementación de estos sistemas la AChEE7 ha apoyado
la ejecución de esta tecnología recientemente en hospitales8.
Hoy en día los sistemas de cogeneración en general no se
evalúan para aplicar eficiencia energética, debido a la falta de
conocimiento implementación del sistema, como deben ser
dimensionados o implementados.
VRV (AGUA)
VRV (AGUA) CHILLER (Aire) CHILLER (Agua)
CHILLER
CHILLER
CHILLER
GEOTERMIA USO INDIRECTO
geotermia
con R.E.
con R.E.
MODULARES BOMBA DE
BOMBA DE USO DIRECTO
bomba de calor CALOR CON R. CALOR CON R.
C. (Aire)
C. (Agua)
COP G.S. Frío
COP Eq. Frío
COP G.S. Calor
COP Eq. Calor
6
De la gráfica anterior es posible deducir que al considerar
equipos eficientes en centrales de climatización, no asegura
tener un sistema de climatización eficiente y pueden ser
menos eficientes que otros sistemas que poseen equipos
centrales de menor eficiencia.
Se debe considerar que esta comparación solo sirve como
metodología para el edificio evaluado.
En el que solo se consideran las cargas nominales y no la
operación a cargas parciales de los equipos, almacenamiento
de la energía o sistemas de control. Al considerar lo
mencionado puede cambiar completamente el consumo de
energía, potencia
II.
Sistemas solares térmicos
De acuerdo a lo descrito en publicaciones nacionales, en los
últimos años se ha incrementado la implementación de estos
sistemas en el precalentamiento de agua sanitaria en
sectores rurales y urbanos. El aumento de este método de
implementación se debe a que el estado presentó un
subsidio para apoyar a personas naturales en la
incorporación de estos sistemas en sus viviendas. Para
obtener esta contribución, se debe cumplir con lo
establecido en la Ley 20.365, que fue aplicable hasta finales
del 2013.
5
6
Elaboración Propia, Diplomado DEEE, comparación de potencia instalada.
Elaboración Propia, Diplomado DEEE. Comparación de COP
A pesar de ser un sistema de alta eficiencia no siempre es
rentable su implementación, esto depende de cómo se
complementan las curvas de requerimiento energético
térmico-eléctrico, el tamaño y el tipo de edificio en el cuál
será implementado.
Interrelaciones de Especialidades
A pesar de ser una herramienta poco abordada en los
proyectos de climatización eficiente, esta puede ser un gran
aporte en la reducción en el consumo de energía.
La interrelación de especialidades. Se define como las
posibilidades del proyecto de implementar:
 Cogeneración o trigeneración,
o Calor-frio.
o Electricidad – Calor.
o Electricidad – Frío.
o Electricidad – Calor - Frío
 Recuperación de calor
o Calor residual de alta temperatura.
o Calor residual de baja temperatura por
medio de bombas de calor.
La interrelación de especialidades requiere de la posibilidad
de relación entre las tecnologías disponibles tales como:





7
8
Generación eléctrica
Aire comprimido
Refrigeración
Procesos térmicos industriales
Energías Renovables.
Agencia Chilena de Eficiencia Energética
http://www.acee.cl/programa/cogeneraci%C3%B3n-en-hospitales
Página2
VRV (AIRE)
Esta interrelación de especialidades es poco evaluada tanto
en los proyectos como en los estudios de eficiencia
energética. Esto se debe a la escasa información y poca
experiencia en diseño e implementación de estas
tecnologías, a pesar que la recuperación en la inversión, en
algunos casos es menor a 5 años. Su mejor evaluación
económica, se obtiene en la etapa de diseño del proyecto a
evaluar, la que demanda esfuerzos adicionales en la
coordinación en etapa de diseño y en la implementación de
los proyectos.
I.
Almacenamiento de Energía térmica
Se debe considerar en estos sistemas otro concepto que
solamente es utilizado en agua caliente sanitaria, como es el
almacenamiento de energía térmica.
El almacenamiento de energía térmica puede ser utilizado
para frío y calor, utilizando esta energía cuando es requerida.
Este tipo de implementación requiere de un claro objetivos y
un agudo análisis de que pretende cumplir:




La mejora de la eficiencia del sistema.
Cambios en la demanda a través del tiempo, para
reducir los picos de carga.
Facilitar una mayor utilización de las energías
renovables mediante el almacenamiento de la
energía producida lo que puede coincidir con la
demanda.
Para interrelacionar especialidades por medio de la
recuperación de calor.
Estos tipos de implementaciones han sido abordadas para la
recuperación de calor de sistemas de refrigeración y
cogeneración, con gran éxito en la reducción del consumo
energético y su evaluación de recuperación de la inversión
entre 4 a 7 años.
En Chile, la biomasa es la más utilizada en la zona sur como
suministro energético para calefaccionar, generación de
agua caliente y cocinar. Con el avance tecnológico en la
combustión, se han desarrollado caldera de mayor eficiencia
en la quema de biomasa, considerando desde residuo
forestal, agrícola, hasta biomasa en formato de chip y pellet,
proporcionando un combustible más heterogéneo y menor
contenido de humedad, entregando una mayor eficiencia en
la combustión y como consecuencia mejor eficiencia de la
caldera. Esto ha hecho posible la implementación de caldera
de biomasa (chip y pellet) en el centro de Santiago, el que
considera un adecuado tratamiento de los gases de escape.
En el Biogás, el mayor aporte es la generación de gas ciudad,
a partir del tratamiento de las aguas servidas de la farfana, el
que es suministrado a gran parte del centro de Santiago.
La geotermia de baja temperatura, esta última con mayor
presencia en el sur de chile.
Estos sistemas a pesar de su aporte y su alta eficiencia, se han
presentado problemas por los deficientes análisis del
recurso, por desconocimiento en cómo deben ser
implementados, deficiencias en la coordinación entre
especialidades, control asociado o el personal a cargo de la
operación no cuenta con las competencias técnicas
necesarias.
Posiblemente, gran parte de ellos, implementados de forma
ilegal, al no cumplir con los requerimientos de la ley de
geotermia. Para solucionar esta problemática es necesario
que el estado pronuncie una regulación adecuada para la
geotermia de baja entalpia, además se requiere un ente
fiscalizador que se ocupe de gestionar el recurso, solicitando
en la evaluación, estudios Hidrogeológicos con el fin de
verificar la disponibilidad del recurso, utilizándolo de forma
sustentable.
Al no considerar lo anterior es posible que en zonas se sobre
explote el recurso, lo que puede afectar la imagen de la
geotermia e imposibilitando la implementación en el futuro,
tal como ocurrió en años pasados con la mala
implementación de sistemas solares térmicos.
Por último la implementación de sistemas solares térmicos
los que se han implementado mayoritariamente en los
últimos 5 años (abordado anteriormente).
9
A continuación se presenta en la tabla, en qué sector y en que
procesos es posible considerar la incorporación de energías
renovables.
Consideración de aporte de Energías Renovables
Página3
Existe gran variedad de Energías renovables en nuestro país,
la distribución de estas fuentes de energía depende de la
disponibilidad de los recursos., dependiendo de la
disponibilidad de la fuente de energía, como se muestra en
la siguiente figura (10).
11
Diseño de Sistemas de climatización de alta eficiencia.
10
9
Tabla 6, Technology roadmap: Energy-efficient Building Heating and
cooling Equipment
10
11
Figura 3(modificada), IEA renewables for Heating and Cooling
Figura 3 (modificada), IEA renewables for Heating and Cooling
El Diseño de sistemas de climatización de alta eficiencia debe
considerar la evaluación de todas las formas de mejorar la
eficiencia de un sistema de climatización, analizando la
posibilidad de implementar alguna tecnología presentada en
los tres puntos anteriores.
Se requiere de mayor capacitación a los profesionales no
tan solo del área, se debe considerar en todas las áreas
involucradas, como mecánicos, químicos, electricistas y
climatización, para complementar las ideas y hacer posible
la implementación de sistemas más eficiente considerando
las tecnologías presentadas.
En el diseño, se deberá considerar las siguientes variables:





Climatología del lugar
Recursos energéticos disponibles.
Tipo de edificio y uso.
Envolvente del edificio (Arq. Bioclimática)
Requerimientos energéticos, Frío, Calor
electricidad.
En otra línea el estado debe trabajar de forma paralela, en
la real planificación de legislación a largo plazo en la
aplicación de ERNC, considerando en primera etapa el
subsidio y luego en la obligatoriedad de la implementación
de las tecnologías descritas en las ERNC.
y
Se debe considerar que el cambio en las especificaciones de
otras especialidades, como iluminación, construcción,
computación fuerza o cambios en la forma de utilización del
edificio puede afectar significativamente la operación de los
sistemas de climatización, por este motivo se debe
considerar información de los proyectos de especialidades
pertinentes y así realizar una correcta evaluación de la
interrelaciones de sistemas y puntos de operación de los
equipos.
Por último se visualiza la necesidad de considerar como uno
de los alineamientos en eficiencia energética, de manera de
generar proyectos eficientes y no tener que mejorar los
proyectos implementados recientemente por malas
decisiones o poco análisis en las posibilidades en la
reducción en el consumo de energía.
César Antonio Manquel Carrasco
MIEe Magister en Ingeniería de la Energía.
Ingeniero de Ejecución en Climatización
Consultor de Eficiencia Energética AChEE.
Su desarrollo profesional en el área de la eficiencia energética
comenzó en sistemas de climatización de tecnologías eficientes en
TERMIKA S.A.(2005-2009), luego se unió al equipo de trabajo en
eficiencia energética en FUNDACIÓN CHILE (2009-2011),
capacitándose en varias áreas de la eficiencia energética y
participando en estudios de eficiencia energética de edificio e
industriales. Continúo trabajando en estudios de eficiencia
energética en edificio e industriales en IDIEM (2011-2014).
Actualmente desarrollándose como consultor experto en eficiencia
ciencia energética en DACEE.
Agradecimiento a los aportes de amigos y ex compañeros de
trabajo por su apoyo y su aporte en la revisión del documento
presentado: Patricio Batías, Miguel Añazco, Alondra Segeur,
Franco Morales, Ximena Ortega, Diego Escalona y Leonardo
Henríquez.
Página4
En el documento se presentan varias tecnologías que en la
actualidad son escaza o nulamente abordados en los
proyectos de climatización eficiente en Chile, las dificultades
de interrelación entre especialidades, la falta de
capacidades técnicas del área para abordar estas
tecnologías, nos pone un desafío en la capacitación, diseño
y en la implementación de los sistemas eficientes.
En forma paralela como docente en INACAP (2010-2011), en charlas
de eficiencia energética en que se participó en representación de
Fundación Chile (2009-2011), curso climatización eficiente en el
diplomado DEEE del IDIEM (2013) y recientemente como relator en
el curso de gestor energético en edificios públicos, hoteles y
hospitales en representación de AChEE (2014).