Combatir el cambio climático a través de distritos de alto rendimiento

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Publicado originalmente por Instituto de las Montañas Rocosas.
Por Laurie Stone Y Matt Jungclaus

Si vamos a mantener el aumento de la temperatura global por debajo de 1,5 ° C, tenemos que arreglar nuestros edificios. Son los mayores usuarios finales de energía, generando casi 40 por ciento de las emisiones globales anuales de gases de efecto invernadero. Sin embargo, abordar la eficiencia energética y las energías renovables de un edificio a la vez no será suficiente. Para lograr un cambio real, también debemos trabajar a nivel de distrito.

En 2016, Rocky Mountain Institute (RMI) trabajó con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) para lanzar Zero Energy District Accelerator. El objetivo del Acelerador era compartir las mejores prácticas y brindar apoyo técnico a los grupos que desean implementar estrategias de construcción de alto rendimiento a escala de distrito. El proceso de tres años llevó a muchos distritos emergentes de alto rendimiento, así como al informe publicado recientemente, Una guía para la planificación maestra energética de distritos y comunidades de alto rendimiento.

Abordar la eficiencia energética y las energías renovables edificio a edificio no será suficiente. Para lograr un cambio real, también debemos trabajar a nivel de distrito.

La guía, escrita en coautoría por NREL, RMI, US DOE, Integral Group y BluePoint Planning, ilustra un proceso iterativo de construcción de apoyo, planificación e implementación de distritos de alto rendimiento. Estos distritos aprovechan las sinergias disponibles cuando el consumo y la producción de energía se consideran a escala de distrito en lugar de a escala de edificio único. Esta es una estrategia importante para reducir las emisiones, aumentar la seguridad energética y mejorar la resiliencia.

¿Qué es un distrito de alto rendimiento?

Un distrito de alto rendimiento es un proyecto de varios edificios en el que los edificios, así como el distrito en su conjunto, integran y optimizan sus atributos energéticos a lo largo del ciclo de vida. Esto incluye conservación y eficiencia energética, sistemas de calefacción y refrigeración y sistemas de energía renovable. Un distrito de alto rendimiento puede tener el objetivo de mejorar su rendimiento energético, lograr energía neta cero, volverse neutral en carbono o incluso convertirse en un distrito de energía positiva (generando más energía limpia de la que consume).

Los distritos de alto rendimiento ofrecen muchos beneficios tanto a los propietarios como a los ocupantes. Estos incluyen reducciones de costos por economías de escala de compra, mayor eficiencia en todo el distrito debido a la diversidad de cargas de construcción y energía, mejores condiciones interiores debido a la calidad del aire y la iluminación natural, mayor comerciabilidad y resistencia.

Creación de un plan maestro energético y financiero

Uno de los aspectos más importantes de la creación de un distrito de alto rendimiento exitoso es la creación de planes maestros sólidos de energía y finanzas. Los planes maestros de energía son fundamentales para garantizar que se cumplan las metas de eficiencia energética y energía renovable del distrito, al mismo tiempo que se equilibran las cargas térmicas en todo el proyecto. Para lograr estos equilibrios, el plan maestro de energía debe planificar cuidadosamente las inversiones en la infraestructura de apoyo y considerar las complejidades de agregar cargas eléctricas y térmicas.

Este balance de energía es una forma de optimizar de manera rentable el uso de energía del distrito. Los sistemas de energía en un distrito de alto rendimiento pueden incluir sistemas distribuidos de energía renovable, una microrred que integra energías renovables con almacenamiento de baterías y control a nivel de distrito, y sistemas de energía térmica (calefacción y refrigeración) de distrito.

Un plan maestro de energía del distrito completamente optimizado podría garantizar que la energía renovable y los sistemas de almacenamiento de energía funcionen para proporcionar los mayores beneficios económicos y ambientales a todo el distrito (en lugar de a los edificios individuales) al intercambiar energía con la red de manera beneficiosa. Dependiendo del clima del proyecto y los tipos de uso del edificio, este tipo de plan también podría depender de sinergias energéticas para intercambiar calor entre edificios en lugar de calentar y enfriar edificios separados simultáneamente (ver Calefacción y refrigeración urbana abajo).

La viabilidad de cualquier distrito de alto desempeño depende de un plan financiero sólido que considere los costos del ciclo de vida de cada componente del distrito de alto desempeño. Por lo general, los distritos de alto rendimiento requieren inversiones de capital iniciales más altas en eficiencia energética e infraestructura energética a nivel de distrito que generarán ahorros sustanciales en los costos operativos a largo plazo en forma de reducción del uso de energía, costos de operación y mantenimiento y gastos de reemplazo de equipos.

RMI modelo de negocio para el desarrollo de distritos de alto rendimiento destaca una forma específica de proporcionar un plan financiero para distritos de alto rendimiento que sea atractivo para el urbanizador del distrito, el urbanizador de parcelas y los inquilinos. El modelo crea un negocio rentable para un proveedor de servicios de energía integrados y beneficia a la red eléctrica local y a la comunidad vecina.

Calefacción y refrigeración urbana

La calefacción y refrigeración de edificios a nivel de distrito proporciona grandes beneficios que incluyen una mayor eficiencia, menores costos y energía más confiable y resistente. En lugar de que cada edificio tenga sus propias fuentes de calefacción y refrigeración, energía del distrito El sistema intercambia calor entre una planta central y un grupo de edificios.

Una ventaja clave de un enfoque térmico de distrito es que la diversidad de cargas térmicas en los edificios (por ejemplo, hora del día, días de la semana, meses del año) puede generar ahorros adicionales al crear oportunidades para la recuperación de calor residual y el intercambio de energía. Una forma de hacerlo es incluir diversos tipos de edificios. Por ejemplo, los edificios residenciales y comerciales se utilizan a menudo en diferentes momentos del día y, por lo tanto, pueden tener perfiles de carga de calefacción y refrigeración complementarios. Incluso pueden beneficiarse del calor residual producido en otros tipos de edificios con densidades energéticas más altas (por ejemplo, edificios de oficinas de gran altura o plantas de fabricación).

Cargas estimadas de calefacción y refrigeración por hora de un hipotético distrito para vivir, trabajar y jugar en Atlanta, Georgia; las áreas negras representan una carga superpuesta que indica el potencial de compartir energía a través de un sistema térmico de distrito. Fuente: Laboratorio Nacional de Energías Renovables.

Aunque los sistemas térmicos de distrito existen desde hace más de un siglo, han recorrido un largo camino desde la sistemas de vapor de finales del siglo XIX. Ahora tenemos sistemas que son mucho más eficientes y que pueden funcionar en temperaturas extremas. Dos ejemplos de sistemas térmicos de distrito innovadores que surgirán del Acelerador son el National Western Center y Cornell Tech.

Captura de calor de las aguas residuales – National Western Center

Una de las formas más innovadoras y eficientes de proporcionar calefacción y refrigeración es a través de las aguas residuales, una fuente constante de calor durante todo el año. Esto es lo que está sucediendo en el National Western Center, ubicado en los terrenos históricos de Denver Union Stock Yard Company, que actualmente alberga el National Western Stock Show anual. La ciudad y el condado de Denver, la National Western Center Authority, la Western Stock Show Association y la Colorado State University se unieron para reconstruir el sitio. Pronto se transformará en un campus multipropósito de energía cero de 250 acres.

Además de agregar sistemas de energía renovable en el sitio para proporcionar el 100 por ciento de la electricidad del sitio, el campus incluirá un sistema de energía del distrito que extrae energía térmica de una tubería de alcantarillado subterráneo. Este sistema de 3,8 megavatios será el sistema de recuperación de calor de alcantarillado más grande de América del Norte. A largo plazo, este sistema tendrá un costo comparable a los sistemas tradicionales de gas natural, al tiempo que ahorrará un estimado 2.600 toneladas de CO2 emisiones por año y cumple con casi el 90 por ciento de las cargas de calefacción y refrigeración del campus.

Bombas de calor de fuente terrestre – Cornell Tech

El campus de Cornell Tech, ubicado en Roosevelt Island en la ciudad de Nueva York, está diseñado para fomentar las interacciones entre la industria y la academia. El campus de 12.4 acres incluye edificios académicos, oficinas, un hotel, una torre residencial y áreas de conferencias y reuniones, con espacio restante para acomodar los requisitos futuros del programa. El edificio académico principal, el Bloomberg Center, es un edificio de energía cero que se calienta y enfría mediante un sistema de bomba de calor de fuente terrestre.

Fuente: Laboratorio Nacional de Energías Renovables.

El sistema incluye 80 pozos, cada uno de 400 pies de profundidad, perforados debajo del espacio público abierto del campus principal. Estos pozos llegan a fisuras llenas de agua en el lecho rocoso local, donde el movimiento del agua subterránea ayuda a los intercambiadores de calor a extraer y rechazar el calor para calentar y enfriar el edificio. Es la primera vez que se aplica un sistema de bombeo de agua subterránea a un sistema geotérmico de circuito cerrado en los Estados Unidos. Se espera que este sistema, junto con la energía solar fotovoltaica y el diseño de edificios de eficiencia energética, ahorre hasta 500 toneladas de emisiones de dióxido de carbono al año.

Llevando la eficiencia del edificio al siguiente nivel

Los beneficios de la eficiencia energética de los edificios se comprenden bien y se han integrado en muchos códigos de construcción locales e internacionales. Además, los sistemas de energía renovable se están volviendo más comunes a medida que los precios bajan y crece la conciencia ambiental. Optimizar la eficiencia energética y la generación de energía renovable en un gran desarrollo es un cambio de paradigma para la mayoría de los desarrolladores, propietarios y profesionales de bienes raíces. Sin embargo, este es el siguiente paso que debemos dar para abordar la crisis climática.

Una guía para la planificación maestra energética de distritos y comunidades de alto rendimiento puede ayudar a arquitectos, planificadores, ingenieros, agencias gubernamentales locales y desarrolladores inmobiliarios a aprovechar las sinergias disponibles cuando el consumo y la producción de energía se consideran a nivel de distrito en lugar de un edificio a la vez.

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