Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Diana María Rojas Clavijo Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Bogotá, Colombia 2016 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Diana María Rojas Clavijo Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Magister en Ingeniería Ambiental Director: Ph.D., Luís Carlos Belalcázar Cerón Línea de Investigación: Nuevas Tecnologías y Diseños Grupo de Investigación: Calidad del Aire Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Bogotá, Colombia 2016 A mi esposo, por su paciencia infinita, su amor constante y su apoyo incondicional, A mis padres y mis hermanos, por acompañarme siempre y ser el motor para seguir adelante. Gracias Agradecimientos Primero, darle gracias a Dios por haberme permitido culminar con éxito este valioso trabajo de investigación aplicado al uso eficiente de la energía eléctrica en edificaciones. En segundo lugar a mi familia, quienes fueron mi motivación, mi voz de aliento, mi esperanza y apoyo en tiempos difíciles. Al Banco de la República por haber confiado en mí y apoyarme para hacer realidad este sueño. A la UGA, por respaldarme en los momentos difíciles y su apoyo total. Y por supuesto al Ingeniero Luís Carlos Belalcázar, mi director, porque su apoyo y su conocimiento fue fundamental para este proyecto. Muchas gracias. Resumen y Abstract IX Resumen El consumo de energía por parte de los edificios es una de las principales fuentes de gases de efecto invernadero en el mundo. Gran parte del consumo energético de los edificios se lleva a cabo durante su etapa de operación, por lo que implementar medidas que reduzcan el consumo energético en esta etapa, es crucial para la conservación de los recursos y la mitigación del cambio climático. En este proyecto se desarrolló un diagnóstico energético en el Edificio Principal del Banco de la República. Dicho edificio fue construido en 1958 en la ciudad de Bogotá – Colombia, considerado patrimonio arquitectónico para la ciudad y este edificio cuenta con un diseño particular de alta seguridad. Inicialmente en el edificio funcionaba la antigua tesorería de Colombia, pero ahora se realizan actividades administrativas cruciales para el desarrollo económico del país. Inicialmente, en este proyecto se estimó la huella de carbono del edificio, para lo cual fue necesario el cálculo de los factores de emisión mes a mes desde septiembre del 2012 hasta abril del 2016. Para la evaluación energética del edificio se realizó una búsqueda bibliográfica mediante la cual se identificaron las metodologías disponibles en el mundo para realizar diagnósticos energéticos en edificios. Se seleccionaron, adaptaron e implementaron las metodologías más adecuadas para las condiciones locales. Conforme lo anterior, se realizó la fase operativa de una auditoría energética, en la cual se realizó un inventario de todos los dispositivos que consumen energía eléctrica en el edificio, se calculó su consumo energético nominal y se clasificó la información en 8 categorías: iluminación, equipos de oficina, equipos de acondicionamiento centralizado y localizado, entre otras. Se identificaron las dos categorías con mayor consumo y a éstas se les realizó una evaluación económica para determinar la viabilidad económica de sustituir los dispositivos más consumidores por tecnologías más eficientes. Adicionalmente, en el levantamiento en campo se realizaron mediciones de temperatura en todos los ambientes interiores del edificio, también se midió el nivel de iluminación, lo que permitió evaluar el confort visual y térmico de los usuarios en todos los espacios y verificar la eficiencia energética del sistema de iluminación. Finalmente, se realizó un diagnóstico energético a los equipos que representan el mayor consumo nominal. Este diagnóstico se realizó tomando como referencia los documentos propuestos por la UPME para el diagnóstico de equipos en la industria. Se realizaron mediciones de consumo reales a cerca de 60 dispositivos y se compararon estos valores con sus consumos nominales. Los resultados del cálculo de la huella de carbono del edificio indican que hay una relación clara entre las emisiones generadas por el consumo de energía del edificio y el comportamiento climático en el país. Se observa claramente el incremento de la huella de carbono durante el fenómeno de El Niño que se presentó a finales del 2015 y principios X Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente de 2016. En esta época la generación hidroeléctrica cayó significativamente y la generación por termoeléctricas aumento debido a la escasez de agua. Por otro lado, el inventario detallado de dispositivos que consumen energía al interior del edificio y sus consumos nominales identificó y evaluó cerca de 20 mil dispositivos presentes en el edificio, el inventario indica que las categorías iluminación y equipos de oficina consumen cerca del 48% del total de la energía que se consume en el edificio. En estas dos categorías se identifican oportunidades importantes para reducir los consumos de energía. Se realizó una evaluación económica para determinar la viabilidad de remplazar las bombillas actuales por bombillas LED. También, se evaluó la viabilidad de remplazar los equipos de cómputo actuales por equipos más eficientes. Esta evaluación permitió determinar que la inversión necesaria para remplazar las bombillas se recuperaría entre 2 y 5 años, mientras que la inversión en equipos de cómputo se recuperaría después de 5 años. Las mediciones localizadas de temperatura indican que en algunos espacios las temperaturas ambientales están por encima de los valores recomendados, los niveles de iluminación son también deficientes en algunos espacios. La medición de consumos energéticos reales indica que en algunos casos el consumo nominal esta subestimado. Finalmente, hasta donde se conoce el día de hoy, este es el primer diagnóstico detallado de consumos de energía en un edificio en Colombia y los resultados presentados en este trabajo de investigación permiten tener un primer panorama general de este edificio e identificar las oportunidades de mejora y las evaluaciones adicionales requeridas para mejorar el desempeño energético de los edificios. Palabras clave: Eficiencia energética, Edificios de oficinas, huella de carbono, factores de emisión, inventario de consumo, diagnóstico energético, análisis económico Abstract Energy consumption in buildings is one of the main sources of greenhouse gases in the world. Much of the energy consumption of buildings is carried out during operation stage, so implementing measures to reduce energy consumption at this stage is crucial for the conservation of resources and for the climate change mitigation. In this project an energy diagnosis was developed in the Main Building of the Bank of the Republic, which was built in 1958 in the city of Bogota – Colombia. It is considered architectural heritage for the city, this building has a particular design of high security. Initially, the Colombia Treasury Department operated there, but now crucial administrative activities for economic development of the country are performed there. In this project the carbon footprint of the building was estimated, for which it was necessary to calculate emission factors every month from September 2012 to April 2016. For the energy assessment of the building a literature review was carried out to identify the methodologies available in the world to perform energy diagnosis in buildings. The most appropriate methodologies for local conditions were selected, adapted and implemented. According to this, the operational phase of an energy audit was done, moreover an inventory of all devices that consume electricity in the building was done, its nominal energy consumption was calculated and the information was classified in 8 categories: lighting, office equipment, packaging equipment centralized and localized, among others. Two categories with the highest consumption were identified and these underwent an economic evaluation to determine the economic feasibility of replacing the more energy consumers Contenido XI with more efficient technologies. Additionally, in the field survey temperature measurements were performed inside the building, the lighting level was also measured to evaluate the visual and thermal comfort of users in all areas and verify energy efficiency of the lighting system. Finally, an energy assessment to equipment with highest nominal consumption was made. This diagnosis was made taking as reference documents proposed by the UPME for equipment diagnosis in the industry. Actual consumption measurements were performed at about 60 devices and these values were compared with their nominal consumption. The results of calculating the carbon footprint of the building indicate that there is a clear link between emissions generated by energy consumption of the building and climate behavior in the country. Increasing carbon footprint is clearly observed during “El niño” phenomenon, which was presented at the end of 2015 and at the beginning of 2016. At this time dropped significantly hydroelectric generation and generation by thermal power increased due to water shortages. On the other hand, the detailed inventory of devices that consume energy inside the building and its nominal consumption identified and evaluated about 20 thousand devices in the building, the inventory indicates that lighting and office equipment categories consume about 48% of total energy consumed in the building. In these two categories are identified important opportunities to reduce energy consumption. An economic evaluation was conducted to determine the feasibility of replacing the current bulbs with LED bulbs. Also it was assessed the feasibility of replacing current computer equipment with more efficient equipment. This evaluation found that the investment needed to replace the bulbs may be recovered between 2 and 5 years while investment in computer equipment may be recovered after 5 years. Localized temperature measurements indicate that in some areas the ambient temperatures are above the recommended, lighting levels are also deficient in some areas. The actual energy consumption measurement indicates that in some cases the nominal consumption is overestimated. Finally and as far as it is known, this is the first detailed analysis of energy consumption in a building in Colombia diagnosis, the results presented here allow to have a first overview of this building and identify opportunities for improvement and additional assessments required to improve energy performance of the buildings. Keywords: Energy efficiency, office buildings, carbon footprint, emission factors, inventory consumption, energy assessment, economic analysis Contenido XIII Contenido Pág. Resumen ........................................................................................................................ IX Lista de figuras ............................................................................................................ XVI Lista de tablas ........................................................................................................... XVIII Lista de Símbolos y abreviaturas ............................................................................... XIX Introducción .................................................................................................................. 21 1. Marco Teórico ......................................................................................................... 23 1.1 Impactos ambientales del consumo energético en el mundo ......................... 23 1.2 Energía en los edificios .................................................................................. 25 1.3 Energía eléctrica en Colombia ....................................................................... 26 1.3.1 La cadena de la energía eléctrica en Colombia ................................... 26 1.3.2 Proyecciones de energía en Colombia ................................................ 29 1.4 Calculo de la huella de carbono ..................................................................... 33 1.4.1 NTC-ISO 14064-1 (ICONTEC, 2006) .................................................. 33 1.4.2 IPCC 2006 GHG Workbook (IPCC, 2006) ........................................... 33 1.4.3 Greenhouse Gas Protocol Corporate Standard (GHG Protocol) (World Resources Institute (WRI) y World Business Council for Sustainable Development (WBCSD), 2016).......................................................................... 34 1.5 Mejoramiento de consumo energético de un edificio ..................................... 34 1.6 Auditoría energética ....................................................................................... 35 1.7 Diagnostico energético .................................................................................. 37 1.7.1 Evaluación de un edificio (Banco de la República, 2015) .................... 37 1.7.2 Sistemas de iluminación (UPME, 2016) .............................................. 38 1.7.3 Sistemas de climatización (UPME, 2016) ............................................ 39 1.7.4 Motores eléctricos (UPME, 2016) ........................................................ 40 1.7.5 Torres de enfriamiento (UPME, 2016) ................................................. 41 1.7.6 Bombas centrífugas (UPME, 2016) ..................................................... 42 1.8 Evaluación económica ................................................................................... 43 1.9 El Banco de la República ............................................................................... 44 1.10 Normatividad ................................................................................................. 45 2. Metodología ............................................................................................................ 47 2.1 Emisiones de CO2 por generación de energía eléctrica en Colombia............ 47 2.1.1 Procedimiento para el cálculo de los factores de emisión por consumo de energía eléctrica en Colombia ...................................................................... 48 2.1.2 Análisis de emisiones de CO2 por energía eléctrica en Colombia ....... 55 XIV Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente 2.1.3 Análisis de emisiones por consumo de combustible en las instalaciones ..................................................................................................... 55 2.2 Auditoría y diagnóstico energético ................................................................. 56 2.2.1 Datos sobre consumo del edificio ....................................................... 56 2.2.2 Mediciones de nivel de iluminación y temperatura .............................. 57 2.2.3 Listas de comprobación y entrevistas a usuarios (UPME, 2014) ......... 57 2.2.4 Hojas de cálculo ................................................................................. 58 2.2.5 Identificación de áreas de trabajo ....................................................... 58 2.2.6 Identificación de estándares de operación (identificación de actividades y rutinas) ........................................................................................................... 58 2.2.7 Identificación de equipos críticos ........................................................ 59 2.2.8 Evaluación de equipos críticos ............................................................ 59 2.2.9 Evaluación de desempeño arquitectónico (Banco de la República, 2015) 62 2.3 Clasificación de la información ...................................................................... 62 2.4 Evaluación económica................................................................................... 65 3. Resultados y discusión de resultados ................................................................. 69 3.1 Cálculo de los factores de emisión por consumo de energía eléctrica en Colombia ................................................................................................................. 69 3.2 Determinación del impacto ambiental: Cálculo de la huella de carbono del edificio. .................................................................................................................... 71 3.3 Evaluación del consumo de energía del Edificio Principal. ............................ 73 3.3.1 Descripción del edificio ....................................................................... 73 3.3.2 Información de consumos de energía eléctrica del edificio ................. 73 3.3.3 Desagregación del consumo del edificio. ............................................ 75 3.4 Evaluación de iluminación y temperatura ...................................................... 80 3.4.1 Evaluación de los sistemas de iluminación ......................................... 81 3.4.2 Evaluación de temperatura ambiente en áreas de trabajo .................. 85 3.5 Evaluación de equipos críticos ...................................................................... 86 3.5.1 Aire acondicionado localizado ............................................................. 86 3.5.2 Equipos de cómputo ........................................................................... 87 3.5.3 Evaluación de potencia y voltaje ......................................................... 87 3.5.4 Instalaciones eléctricas ....................................................................... 89 3.5.5 Equipos de refrigeración ..................................................................... 89 3.5.6 Torres de enfriamiento ........................................................................ 90 3.5.7 Bombas de agua fría:.......................................................................... 90 3.6 Evaluación del diseño arquitectónico............................................................. 91 3.7 Propuesta de mejoramiento y evaluación económica .................................... 92 3.7.1 Cambio de iluminación........................................................................ 92 3.7.2 Cambio de equipos de cómputo. ........................................................ 94 3.7.3 Resultado de la evaluación económica y ambiental ............................ 95 4. Conclusiones y recomendaciones ....................................................................... 97 4.1 Conclusiones ................................................................................................. 97 4.2 Recomendaciones......................................................................................... 99 A. Anexo: Memoria de cálculo de factores de emisión.......................................... 101 B. Anexo: Memoria de cálculo de la evaluación económica ................................. 111 Contenido XV C. Anexo: Tabla de la distribución total de la energía eléctrica del edificio ......... 114 D. Anexo: Base de datos de los principales componentes. .................................. 116 E. Anexo: Esquemas de las tablas de recolección de información. ..................... 123 Bibliografía ................................................................................................................ 125 Contenido XVI Lista de figuras Figura 1-1: Consumo de energía por combustible en 2012 (Muhammad Azhar Khan, 2014) 24 Figura 1-2: Cadena de la energía en Colombia............................................................ 27 Figura 1-3: Demanda de energía para 2014. (XM, 2015) ............................................. 28 Figura 1-4: Historial de demanda de energía eléctrica y su proyección (Unidad de Planeación Minero Energética, 2010) ............................................................................. 29 Figura 1-5: Fuentes de energía por capacidad instalada (XM, 2013) ........................... 30 Figura 1-6: Competitividad energética de varios países (Revista Dinero, 2013)........... 31 Figura 1-7: Generación eléctrica y factor de emisión por consumo de energía (XM, 2014) 32 Figura 1-8: Consumo de energía eléctrica en Bogotá entre los años 2008 y 2012 (Fedesarrollo, 2013) ........................................................................................................ 33 Figura 1-9. Estrategias de diseño y construcción de edificios sostenibles (Banco de la República, 2015) ............................................................................................................. 38 Figura 2-1: Imagen del portal BI de XM (XM, 2015) ..................................................... 48 Figura 2-2: Imagen del portal inteligente (XM, 2016).................................................... 48 Figura 2-3: Consulta de la generación de energía y consumo de combustibles (XM, 2016) 49 Figura 2-4: Archivos históricos de consumos y generación (XM, 2016) ....................... 49 Figura 2-5: Imagen del archivo base con la información de generación de energía (XM, 2016) 50 Figura 2-6: Imagen del archivo base con la información de consumo de combustible (XM, 2016) .............................................................................................................................. 51 Figura 2-7: Ejemplo de datos consolidados para el consumo de combustible .............. 51 Figura 2-8: Ejemplo de datos consolidados para la generación de energía ................. 51 Figura 2-9: Consolidación de la generación de energía y consumo de combustible..... 52 Figura 2-10: Producción de los diagramas de Sankey (Sankeymatic, 2016) .............. 64 Figura 3-1: Factor de emisión de la energía eléctrica en Colombia .............................. 70 Figura 3-2: Distribución por fuentes de energía del SIN ............................................... 70 Figura 3-3: Consumo de energía por m2 y fuente de energía para el Edificio Principal 71 Figura 3-4: Huella de carbono mensual del Edificio Principal ....................................... 72 Figura 3-5: Consumo mensual de energía eléctrica por m2 .......................................... 74 Figura 3-6: Promedio horario por m2 por día de la semana .......................................... 75 Figura 3-7: Distribución de consumo por categoría para todo el edificio ...................... 77 Figura 3-8: Categoría: Iluminación ............................................................................... 78 Contenido XVII Figura 3-9: Categoría: Sistemas de apoyo mayores .................................................... 79 Figura 3-10: Equipos de acondicionamiento centralizado ............................................... 79 Figura 3-11: Categoría: Equipos de Oficina ............................................................... 80 Figura 3-12: Nivel de iluminación promedio para cada piso ....................................... 83 Figura 3-13: Distribución del consumo de energía eléctrica por iluminación (%) ........ 84 Figura 3-14: Temperatura promedio para cada piso .................................................. 85 Figura 3-18: Valor presente neto para cambio de bombillos ...................................... 94 Figura 3-19: Valor presente neto para cambio de computadores ............................... 95 Contenido XVIII Lista de tablas Pág. Tabla 1-1 Distribución de edificios del sector comercial por uso de energía en 2013 (Luis Pérez-Lombard, 2008)............................................................................................ 25 Tabla 1-2: Distribución del consumo de energía en edificios de oficinas (Luis PérezLombard, 2008)............................................................................................................... 25 Tabla 1-3. Requisitos de iluminación ............................................................................... 39 Tabla 1-4. Componentes a evaluar en un sistema de aire acondicionado ....................... 40 Tabla 2-1: Factores de emisión para recursos sin reporte de consumo. (Unidad de Planeación Minero Energética, 2016) ............................................................................. 53 Tabla 2-2: Factores de eficiencia por defecto aplicados en la ecuación 2-1 (Unidad de Planeación Minero Energética, 2012) ............................................................................. 54 Tabla 2-3: Factores de emisión para combustibles en Colombia (Unidad de Planeación Minero Energética, 2016) ................................................................................................ 54 Tabla 2-4: Clasificación de los dispositivos de consumo energético ........................... 63 Tabla 3-1. Iluminación promedio por nivel y tipo de área medida en luxes. ..................... 82 Tabla 3-5. Evaluación del equipo de aire acondicionado del centro de cómputo ............. 86 Tabla 3-6. Mediciones de voltaje y amperaje de los equipos evaluados.......................... 88 Tabla 3-7. Verificación de equipos de refrigeración del restaurante. ............................... 90 Tabla 3-8: Evaluación del diseño arquitectónico. ........................................................ 91 Tabla 3-9: Emisiones generadas por tipo de tecnología según el caso de estudio...... 96 Contenido XIX Lista de Símbolos y abreviaturas Símbolos con letras latinas Símbolo W K H M G T Término Watts Kilo Hora Mega Giga Tera Símbolos con letras griegas Símbolo η Término Eficiencia de conversión de energía Unidad SI Subíndices Subíndice Y M Término Año Unidades de generación conectadas a la red Abreviaturas Abreviatura SIN UPME P&G VNA TES CREG STN ZNI FE Término Sistema Interconectado Nacional Unidad de Planeación Minero Energética Pérdidas y Ganancias Valor Presente Neto Títulos de Tesorería Comisión de Regulación de Energía y Gas Sistema de transmisión Nacional Zonas No Interconectadas Factor de emisión Definición (MWh)/(GJ) Introducción Para todos los países ha sido fundamental asegurar fuentes de energía, pues gracias a esta disponibilidad se ha podido desarrollar toda la infraestructura que les permite ser competitivos y proveer una estabilidad a sus ciudadanos. Sin embargo, este uso de la energía tiene un impacto importante en el medio ambiente, debido a que la principal fuente de energía mundial son las termoeléctricas. Actualmente la generación de energía es una de las principales fuentes de gases de efecto invernadero en el mundo. Aunque son claros los efectos de la producción de energía, los requerimientos energéticos van en aumento y gran parte de estos recursos son consumidos durante el ciclo de vida de los edificios, especialmente durante su etapa de operación. Considerando esto, las oportunidades de mejora que puedan identificarse para reducir los consumos en esta etapa pueden representar un ahorro de energía global importante y así mismo la reducción de gases de efecto invernadero emitidos. Por tal motivo, el objetivo principal de este proyecto es realizar el diagnostico de consumos de energía en un edificio de oficinas. Este proyecto se desarrolla en el Edificio Principal del Banco de la República de Colombia. Este es un edificio de seguridad, construido en 1958 y que está considerado como patrimonio arquitectónico de la ciudad. Este edificio es uno de los más importantes y más representativos de la organización, inicialmente en él funcionaba la tesorería principal y actualmente se desarrollan actividades administrativas de gran importancia para la economía del país y por lo tanto tiene implementados sistemas de respaldo que funcionan las 24 horas, todos los días del año. Por su gran tamaño, carga operacional y planta de personal, es uno de los edificios más consumidores de energía de la organización. Para lograr el objetivo propuesto, como primera medida se realizó una búsqueda bibliográfica de posibles metodologías, de las cuales se seleccionaron y adaptaron las más adecuadas una para ser aplicadas al edificio. Posteriormente, se inició el diagnóstico con una fase operativa de las auditorías energéticas, que consiste en realizar un inventario de todos los dispositivos de uso final de la energía presentes en el edificio, identificando su tiempo de uso y su consumo nominal. Como resultado de esta evaluación, se agruparon todos los dispositivos en 8 categorías: iluminación, equipos de oficina, equipos de acondicionamiento centralizado y localizado, entre otras. De estas categorías, se identificaron las dos categorías que presentan el mayor consumo, para las cuales se realizó una propuesta de mejoramiento y una valoración económica para determinar la viabilidad de implementar estrategias que permitan reducir los consumos. Por otro lado, se les realizó un análisis más detallado a los equipos de apoyo tales como equipos de aire acondicionado, motores, ascensores, entre otros. A estos equipos se les aplicó el diagnóstico energético para equipos industriales propuesto por la UPME en su 22 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente programa de uso eficiente de la energía. Esta evaluación arrojó como resultado que los consumos reales de algunos de los equipos son inferiores a los nominales. Adicionalmente, se realizaron mediciones de iluminación y temperatura en las áreas evaluadas, lo que permitió evaluar la eficiencia de los sistemas de iluminación y las necesidades para confort del personal. Para evaluar el impacto ambiental del edificio por consumo de energía, se calculó la huella de carbono, dentro de los alcances 1 y 2 definidos por el Protocolo GHG. Para esto, fue necesario realizar el cálculo de los factores de emisión de la energía eléctrica en Colombia para el periodo evaluado, donde se evidenció el impacto asociado a las fuentes de energía por el fenómeno del niño. Los criterios, mediciones y opiniones expresados en este documento son de responsabilidad del autor de la Tesis y no comprometen ni representan posiciones oficiales del Banco de la República. 1. Marco Teórico En este capítulo se presenta un panorama general de la energía, que es considerada uno de los recursos más importantes para el desarrollo de cualquier país, que a pesar de los evidentes impactos ambientales, presenta una demanda en constante aumento. El consumo de la energía está ligado a casi todas las actividades antrópicas, ya sea para transporte, producción o construcción de edificios. Este último por ejemplo, consumió el 40% del total de la energía producida en Europa, partiendo de la explotación de materiales, construcción, operación y demolición, entre otros. Considerando lo anterior, actualmente la industria de la construcción busca alternativas de para diseñar edificios, de modo que sean eficientes y sostenibles. Esto implica que desde la búsqueda de materiales de construcción reduzcan su impacto, y que durante su operación sean energéticamente eficientes, ya sea por el aprovechamiento de corrientes de aire, luz natural, uso de paneles solares, entre otros. Por otro lado, se encuentran los edificios existentes, que de acuerdo a su actividad y época de construcción, cuentan con diferentes características que podrían alejarlos de los estándares actuales de eficiencia. Esto implica, que los edificios existentes tienen el potencial de ser grandes consumidores, por lo que requieren ser evaluados para identificar posibles oportunidades de mejora. En este sentido, se presentan los diferentes métodos analizados para realizar un diagnóstico energético. Esto permitió identificar los principales dispositivos que consumen energía eléctrica, así como evaluar los equipos críticos y proponer un método de evaluación económica de proyectos de mejoramiento del desempeño ambiental en instalaciones. 1.1 Impactos ambientales del consumo energético en el mundo La energía puede almacenarse de diversas formas y de acuerdo a la disponibilidad de recursos también cuenta con diferentes fuentes, algunas renovables como la hídrica, la eólica o la solar, o no renovables como el gas, el carbón y los derivados del petróleo. Por lo tanto un país desarrollado como uno en proceso, demanda grandes cantidades de energía, por lo que se hace indispensable optar por alternativas más eficientes para su uso. Considerando que la disponibilidad de las fuentes actuales son limitadas y corresponden en su mayoría a reservas no renovables, como la combustión de derivados de petróleo, gas natural y carbón, mientras que las energías renovables representan un porcentaje menor, como se observa en la Figura 1-1. 24 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura 1-1: 2014) Consumo de energía por combustible en 2012 (Muhammad Azhar Khan, Más del 80% de la energía consumida globalmente tiene su origen en fuentes no renovables. Estos recursos son producto de una explotación intensiva que no solo genera impactos a la atmósfera, sino que tiene implicaciones en ecosistemas, cuerpos de agua y suelo. Así mismo se observa en la Figura 1-1, que la participación de energías más amigables con el ambiente, como las renovables, biomasa e hidroeléctricas es mínima. A pesar de que las consecuencias del uso de combustibles son evidentes, el consumo energético continúa en aumento, a tal punto que se estimó que en el año 2015 se producirían 572 billones de BTU (Bilgen, 2014), de los cuales solo el 23% provenía de fuentes renovables. Este incremento en el consumo se ve igualmente reflejado en los registros del Banco Mundial, donde en 2006 reportó 2.724,4 kWh per cápita y en 2013 el consumo aumentó a 3.104,7 kWh per cápita (Banco Mundial, 2013). Esto se debe a que cada vez hay más personas con acceso a los servicios de energía eléctrica, además que los requisitos energéticos de las personas han ido aumentando con el paso de los años. Otro factor que incide en la demanda energética es la densidad poblacional, que si bien no ha aumentado la tasa de natalidad significativamente (Banco Mundial, 2014), si hay un descenso de los índices de mortalidad, por lo menos para niños menores de 5 años (Banco Mundial, 2016). De esto se obtiene que la población total paso de tener aproximadamente 6.600 millones de habitantes en 2006 a tener aproximadamente 7.260 millones en 2014 (Banco Mundial, 2016). Como consecuencia de estos nuevos requerimientos de recursos, no solo energéticos, sino de alimentos, disposición de residuos y de territorio entre otros, ha incrementado la producción de gases de efecto invernadero de los cuales el Banco Mundial reportó para el año 2012 un total de 52’762.828.9 kT de CO2 equivalente (Banco Mundial, 2016). Marco Teórico 25 1.2 Energía en los edificios A nivel mundial, el consumo de energía en los edificios representa uno de los sectores más consumidores, pues oscila entre un 20 y 40% (Luis Pérez-Lombard, 2008) con una tendencia a aumentar. Esto debido al aumento de la demanda de instalaciones a medida que crece la población y los estándares de confort para la misma, que se ven reflejados en un mayor consumo per cápita. Por ejemplo, en el 2004 el 37% de la energía total se consumió en los edificios de la Unión Europea, sobrepasando el sector del transporte y la industria (Luis Pérez-Lombard, 2008). Por otro lado, el Departamento de Energía de los Estados Unidos pronostica que en los próximos 20 años el sector de la construcción incrementará su demanda energética un 34%, y que para el sector comercial la demanda se duplicará en 25 años. Respecto a la energía en los edificios del sector comercial, los que desarrollan actividades de oficina y ventas al por menor son los mayores consumidores de energía eléctrica. De hecho para el sector comercial, en Estados Unidos consumen el 18% de la energía, siendo la principal causa el uso de equipos de cómputo, iluminación artificial y climatización (Luis Pérez-Lombard, 2008). Una comparación del uso de los edificios del sector comercial se presenta en la Tabla 1-1. Tabla 1-1 Distribución de edificios del sector comercial por uso de energía en 2013 (Luis Pérez-Lombard, 2008) Para los edificios que realizan actividades de oficina, los principales consumos de energía eléctrica se deben a los dispositivos de luz artificial y acondicionamiento térmico para las áreas de trabajo. Estas condiciones son representativas en la mayoría de los edificios, tal como se muestra en la Tabla 1-2. Tabla 1-2: Distribución del consumo de energía en edificios de oficinas (Luis PérezLombard, 2008) 26 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Aunque el uso de energía eléctrica normalmente se hace de una forma limpia, su producción y transporte sí generan impactos ambientales significativos. Esto se debe a los requisitos de una planta de producción de energía, que requiere disponer de un terreno, realizar un acondicionamiento del mismo y usar determinados recursos naturales para su producción. Adicionalmente, las plantas termoeléctricas que hacen combustión de materiales fósiles, biomasa o residuos municipales, tienen entre sus principales subproductos CO2, CO, SO2, NOX, PM, entre otros. Estos subproductos que son expulsados a la atmósfera, componen una mezcla de gases de efecto invernadero, gases ácidos, sustancias con potencial de formación de ozono de baja altura y generación enfermedades respiratorias para las personas. Es por esto, que las centrales térmicas cuentan con sistemas de control de gases, que si bien reducen sustancialmente sus efectos, no los controlan por completo, además de la generación de residuos sólidos, tales como cenizas que son propias de los combustibles sólidos (Energy Information Administration, 2015). 1.3 Energía eléctrica en Colombia 1.3.1 La cadena de la energía eléctrica en Colombia El servicio de energía eléctrica en Colombia se comercializa en el país mediante dos figuras: usuario regulado y no regulado. Un usuario no regulado es “una persona natural o jurídica con una demanda máxima superior a un valor en MW o a un consumo mensual mínimo de energía en MWh, definidos por la CREG, por instalación legalizada, a partir de la cual no utiliza redes públicas de transporte de energía eléctrica y la utiliza en un mismo predio o en predios contiguos. Sus compras de electricidad se realizan a precios acordados libremente entre el comprador y el vendedor.” (XM, 2016). Conforme a lo anterior, la CREG establece los límites para usuarios regulados y no regulados, que para el año 2016 la clasificación de usuarios no regulados está establecida por (XM, 2016): Nivel Tensión 1: < 1 kV Nivel Tensión 2: 1 kV<Nivel 2< 30 kV Nivel Tensión 3: 30 kV< Nivel 3 < 57,5 kV Nivel Tensión 4: 57,5 kV< Nivel 4 < 220 kV STN: Nivel >220 kV Marco Teórico Figura 1-2: 27 Cadena de la energía en Colombia Fuente: el autor Así mismo, el servicio de energía eléctrica en Colombia se suministra a través de un sistema interconectado, el cual se observa en la Figura 1-2. Esta red se inicia con las plantas generadoras de energía eléctrica, que están conectadas al Sistema Interconectado Nacional (SIN) y que entregan la energía producida a una red de transmisión, llamada Sistema de Transmisión Nacional (STN). El STN se encarga de transportar la energía desde sus generadores hasta las subestaciones de alta tensión. Luego se realiza la 28 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente distribución, que reparte esta energía desde las subestaciones de alto consumo a los puntos de conexión de las instalaciones de los usuarios finales ((ACOLGEN), Asociación Colombiana de Generadores de Energía Eléctrica, 2016), (Salas, 2016). Es en este punto donde se presenta una división: por un lado están los usuarios no regulados, que pueden acordar el precio con un generador o con un comercializador del servicio y por otro lado están los regulados, quienes adquieren la energía a las comercializadoras, que compran grandes cantidades de energía a los generadores para venderla a los pequeños consumidores. Las actividades de comercialización incluyen el servicio de medición y facturación entre otros. Todo este sistema se conoce como Sistema Interconectado Nacional (SIN) y su cobertura fue del 98,43% (SIEL, 2016) del total de usuarios en Colombia para 2014. Por otro lado, la filial XM1 (XM, 2016) reportó que Colombia alcanzó en el 2014 el mayor consumo de energía en 10 años, demandando 63.571 GWh (XM, 2015), como se observa en la Figura 1-3. Esta demanda es el resultado del incremento del consumo eléctrico de la mayoría de los sectores en Colombia, como el comercial y público que entre 1998 y 2009 incrementó su consumo en un 37% (SIEL, 2012). Figura 1-3: 1 Demanda de energía para 2014. (XM, 2015) Sector eléctrico: En la actualidad es el negocio principal y se basa en la operación del Sistema Interconectado Nacional colombiano y la Administración del Mercado de Energía en Colombia, incluyendo las transacciones internacionales de electricidad con Ecuador. Marco Teórico 29 1.3.2 Proyecciones de energía en Colombia Partiendo de la información histórica, la UPME realizó en el 2010 una proyección del consumo de energía eléctrica, incluyendo las diferentes fuentes de generación de energía, la generación de las Zonas No Interconectadas (ZNI) y la autogeneración. El resultado de esta proyección se presenta en la Figura 1-4, donde se observa que el gas natural y el carbón mineral no tienen cambios significativos en el tiempo y el ACPM presenta un leve incremento, mientras que la energía por hidroeléctricas, cogeneración y eólica duplicaron su demanda. Esto quiere decir que se espera que para el 2030, las principales fuentes de energía sean renovables. Figura 1-4: Historial de demanda de energía eléctrica y su proyección (Unidad de Planeación Minero Energética, 2010) A pesar de que Colombia cuenta con una diversidad de fuentes de energía, la principal es la hidroeléctrica, por lo que el factor de emisión de la energía eléctrica es relativamente bajo. En la Figura 1-5 se comparan las fuentes energéticas de varios países donde se observa que Brasil y Colombia es donde más se consume energía hídrica, mientras que China y Estados Unidos obtienen su energía principalmente por la quema de combustibles. 30 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura 1-5: Fuentes de energía por capacidad instalada (XM, 2013) En general, la energía de Colombia es de buena calidad, tanto que ocupa el puesto 5 del ranking global de la competitividad de la generación de energía, como se observa en la Figura 1-6. Esta evaluación se realiza conforme a la calidad de la energía mixta, acceso a energía eléctrica, disponibilidad e impacto ambiental medido en huella de carbono, por lo que Colombia puede ofrecer un buen respaldo (Revista Dinero, 2013). Marco Teórico Figura 1-6: 31 Competitividad energética de varios países (Revista Dinero, 2013) A pesar de que el panorama es positivo, el seguimiento realizado a los factores de emisión en Colombia demuestra que las emisiones de dióxido de carbono por KWH han presentado variaciones importantes con tendencia al alza y que son fuertemente influenciables por fenómenos climáticos como el “el Niño” y “la Niña”. Esto se observa en la Figura 1-7, donde se muestran las oscilaciones presentadas tanto en los factores de emisión como en generación de energía por termoeléctricas en el tiempo. 32 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura 1-7: 2014) Generación eléctrica y factor de emisión por consumo de energía (XM, A pesar que la gran mayoría de energía eléctrica en Colombia se genere por centrales hidroeléctricas que no generan emisiones por combustión, si presentan otro tipo de impactos ambientales debido al manejo del recurso hídrico y del suelo que es necesario para la construcción y funcionamiento de las centrales hidroeléctricas. Entre los impactos de estas centrales eléctricas están: formación y manejo de un lago artificial que afectan los ecosistemas originales, modificación de las corrientes de agua y su calidad posterior a las descargas, introducción de nueva población en el área, que cambiarían las condiciones originales del terreno (TORRES, 2011). Respecto al consumo eléctrico de Bogotá, el sector con mayor influencia es residencial, aunque el sector comercial ha presentado un incremento constante en los últimos años, como se observa en la Figura 1-8. De esta Figura se observa que el sector oficial ha tenido un comportamiento constante al igual que el alumbrado público. Por el contrario, el sector industrial ha presentado una leve reducción del consumo. Marco Teórico 33 Figura 1-8: Consumo de energía eléctrica en Bogotá entre los años 2008 y 2012 (Fedesarrollo, 2013) 1.4 Calculo de la huella de carbono Para evaluar el impacto ambiental de este proyecto específicamente, se propone calcular la huella de carbono organizacional por generación de energía para suplir las necesidades del edificio, por lo tanto se presentan las diferentes alternativas para realizar este cálculo: 1.4.1 NTC-ISO 14064-1 (ICONTEC, 2006) Especifica las bases y requisitos para la cuantificación de la huella de carbono para una organización. Establece los límites operativos, emisiones y remociones directas, indirectas por energía y otras emisiones. Adicionalmente esta norma incluye las especificaciones para el diseño, desarrollo, presentación y verificación de la información. 1.4.2 IPCC 2006 GHG Workbook (IPCC, 2006) Esta es una guía para calcular las emisiones de gases de efecto invernadero por actividades antrópicas a nivel nacional, incluyendo las emisiones fugitivas y las absorciones por sumideros. Esta norma está compuesta de 5 volúmenes: el primero describe las bases para el inventario y el resto, establecen la metodología para cálculo de las emisiones de sectores específicos, entre ellos la energía. 34 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente 1.4.3 Greenhouse Gas Protocol Corporate Standard (GHG Protocol) (World Resources Institute (WRI) y World Business Council for Sustainable Development (WBCSD), 2016) Es una guía detallada para la cuantificación de emisiones en una organización, que incluye la determinación de límites operacionales y operacionales, entre los que se encuentran 3 alcances: El alcance 1, se refiere a todas las emisiones generadas directamente por la organización y sus fuentes están bajo el control de la organización. Para este alcance, se realiza un inventario de todas las posibles fuentes de emisiones identificadas en las instalaciones o en las actividades de la organización y se multiplican por el factor de emisión correspondiente. El alcance 2, se refiere a las emisiones indirectas generadas para la producción de energía eléctrica de un tercero y que es consumida por la organización. Para este alcance, se calcula el consumo total de la energía eléctrica adquirida a través de la red nacional y se multiplica por el factor de emisión correspondiente. El alcance 3, se refiere a las emisiones que se generan para el desarrollo de las actividades de la empresa, pero que esta no las genera directamente y no están bajo su control. Para este alcance, se realiza un inventario de todas las posibles fuentes de emisiones, que se desarrollen por un tercero para llevar a cabo actividades del Banco, se cuantifican y se multiplican por el factor de emisión correspondiente. La suma de las emisiones de los 3 alcances, equivale a las emisiones totales de la organización, sin embargo para reportes de la huella de carbono institucional, se permite el cálculo de los alcances 1 y 2, mientras que el alcance 3 es opcional. De estas metodologías, el Banco de la República escogió el GHG Protocol para la cuantificación y reporte de sus emisiones, considerando que es un método práctico y de fácil aplicación. Respecto a los alcances reportados, el Banco solo calcula y reporta las emisiones dentro de los alcances 1 y 2. 1.5 Mejoramiento de consumo energético de un edificio Considerando el impacto generado por el consumo energético de los edificios, se han generado diversas políticas de ahorro, que van desde el orden voluntario por las organizaciones que quieren mejorar su desempeño, hasta políticas estatales de obligatorio cumplimiento. Como este, es el caso de la Directiva Europea sobre eficiencia energética de los edificios, aplicable a los miembros de la Unión Europea. (E.G. Dascalaki, 2012): Partiendo de estos lineamientos, varias organizaciones enfocan sus esfuerzos para reducir los consumos de energía, por lo que surge la inquietud de cuales acciones se puede llevar a cabo para lograr reducir el impacto ambiental generado. Entre los principales desafíos está la identificación de las oportunidades de adaptación de las instalaciones existentes Marco Teórico 35 que generen reducción en los consumos, pero que sean viables económicamente y que permitan el normal el desarrollo de las actividades de la organización. Para tal objetivo existen métodos que permiten la identificación y la valoración de estas posibles alternativas de una forma sistemática, tal como una auditoría energética, la verificación de impactos y riesgo, el análisis económico y seguimiento (Zhenjun Ma, Existing building retrofits: Methodology and state-of-the-art, 2012). La decisión de intervenir un edificio tiene innumerables variables, que implican las innovaciones tecnológicas, las condiciones ambientales, los hábitos de las personas, etc. Es decir, que cualquier intervención en el edificio puede generar una cantidad incalculable de impactos, por lo que la decisión de implementación de cualquier cambio debe pasar por diferentes etapas (Zhenjun Ma, Existing building retrofits: Methodology and state-of-theart, 2012): Definición del alcance del proyecto Auditoría energética y diagnóstico Identificación de alternativas de mejora Implementación de alternativas de mejora Seguimiento Para el alcance de este proyecto se desarrollarán la etapa operativa de la auditoría y el diagnóstico energético de equipos críticos hasta identificar las oportunidades de mejora. 1.6 Auditoría energética Las auditorías energéticas son herramientas muy valiosas para tener una visión global del edificio en estudio. Esto permite identificar las posibles oportunidades de mejora, que reducirían el impacto ambiental y económico. Una auditoría energética hace parte de un sistema de gestión de la energía, implicando previamente a su ejecución, el desarrollo de varias etapas. La primera de ellas caracteriza la actividad de la empresa y establece un direccionamiento para alinear las estrategias con la búsqueda de alternativas para mejorar el desempeño energético. La siguiente etapa es la de la implementación de un sistema de gestión de la energía, que debe incluir indicadores de desempeño, identificación de variables críticas, sistemas de control y monitoreo, diagnostico energético, planes de mejoramiento, sensibilización y toma de conciencia, documentación y auditoria interna. La última etapa contempla todas las variables de seguimiento y mejoramiento del sistema. (UPME, 2007) Para la implementación de la segunda etapa se recomienda la auditoría energética. Sin embargo, una auditoría energética requiere igualmente una planeación, que incluye la creación de un comité dentro de la organización, seleccionar un equipo auditor, establecer una agenda, recolectar y analizar información, realizar un diagnóstico energético, emitir recomendaciones y proponer un plan de mejoramiento y retroalimentación (UPME, 2007). 36 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Dentro del alcance de este proyecto, se propone la ejecución de las actividades operativas de una auditoría, que incluyen el levantamiento y análisis de la información que componen el consumo energético del edificio. Los edificios de oficinas en general se caracterizan por tener una gran cantidad de equipos, sistemas de acondicionamiento térmico e iluminación. Considerando esto, Balaras (C.A Balaras, 2002) realizó un diagnóstico de 56 edificios europeos en los cuales definió las condiciones iniciales de operación, tales como año de construcción, ubicación, área, tipo de materiales, consumos, tiempos de operación de los equipos, entre otros. Posteriormente realizó una evaluación de los sistemas que consumen energía en el edificio a través de la simulación en TOBUS, con lo que pudo determinar los resultados de las mejoras propuestas. Otra metodología para evaluar la eficiencia energética de un edificio es realizar una comparación con una instalación similar. Para esta metodología se realiza una descripción detallada del edificio y sus componentes, y se hace una comparación de los aportes realizados por estos con otros edificios. Jianjun Xia (Jianjun Xia, 2014) realizó este ejercicio para comparar los consumos energéticos de construcciones en Estados Unidos y China, dando como resultado marcadas diferencias de consumo, operación y potencial de ahorro. Respecto a las metodologías de diagnóstico existen varias que permiten realizar la evaluación energética de un edificio y su aplicación depende de factores, como su ubicación geográfica, que determina si es una instalación que sufre cambios de estaciones o si por el contrario mantiene un clima estable durante todo el año. También incluye características físicas del edificio, como la edad, número de pisos, planta de personal, uso de las instalaciones, entre otros (Chung, 2011). Adicionalmente, un factor que influye en la metodología aplicada, es la disponibilidad de recursos e información con la que cuente el auditor o la persona que realizará el diagnóstico. De acuerdo a esto, la evaluación del edificio incluirá mayor detalle y precisión de los productos obtenidos. Considerando lo anterior, se requiere evaluar una alternativa que sea completa y que se ajuste a los requerimientos del edificio y los auditores, por lo que se presentan algunas de las metodologías: Procedimiento para auditoría en edificios existentes integrado con los protocolos LEED. Este protocolo establece 3 niveles de auditoria llamados Tutorial, Estándar y Simulación y para cada uno de estos niveles, establece los mismos criterios con recomendaciones individuales para cada uno de ellos. Entre los criterios establecidos para cada nivel están: tamaño del edificio, características del sistema, consumos eléctricos, mediciones en el área, sistemas de monitoreo, listas de chequeo, hojas de cálculo, resultados previstos, tiempo de ejecución estimado y costo. Estos procedimiento en general son de fácil aplicación y ajustables a cualquier edificio (Dall'O', 2013). Otra metodología es la “Guía para elaborar un diagnóstico energético en inmuebles” (Cominsión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, 2013), donde propone un Marco Teórico 37 levantamiento de información general del inmueble, su funcionalidad y características. Esta metodología propone realizar un inventario de dispositivos de uso final de la energía, para lo cual propone algunos formatos de captura de la información. 1.7 Diagnostico energético El diagnóstico energético es una herramienta para identificar oportunidades de mejora a través de la medición de parámetros de funcionamiento y su comparación con los estándares. Para realizar la medición de las condiciones actuales, es necesario evaluar los requisitos del sistema. Para esto se debe contemplar la identificación de áreas, equipos y sistemas, condiciones normales y nominales de operación, identificar y validar las oportunidades de mejora y finalmente desarrollar y validar las alternativas para corregir las oportunidades de mejora halladas (UPME, Sistema de Gestión Integral de la Energía Guía para la implementación, 2008). 1.7.1 Evaluación de un edificio (Banco de la República, 2015) El Banco de la República estableció para el diseño de las nuevas instalaciones y de las adecuaciones que se realicen a los edificios ya existentes, la implementación de buenas prácticas en lo que se refiere a la sostenibilidad y medio ambiente. Debido a esto, los diseños incluyen factores de aprovechamiento de recursos, tales como corrientes de aire, manejo de agua (aprovechamiento de aguas lluvia), espacios adecuados para el acopio de residuos y recubrimiento de fachadas y construcción a partir de materiales con bajo impacto ambiental. De igual forma, para las construcciones existentes se busca la implementación de nuevos sistemas tecnológicos de bajo consumo, que presten servicios con mayor eficiencia, tales como sistemas de ventilación y aire acondicionado, automatización y modernización de sistemas de iluminación, subestaciones y plantas eléctricas. Considerando lo anterior, de la figura 1-9, se observan las estrategias implementadas por el Banco para el diseño y construcción de edificios sostenibles. 38 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura 1-9. Estrategias de diseño y construcción de edificios sostenibles (Banco de la República, 2015) Fuente: (Banco de la República, 2015) 1.7.2 Sistemas de iluminación (UPME, 2016) Para la realización de un diagnóstico de un sistema de iluminación se requiere de una planeación y los requisitos para realizar el levantamiento de la información: Información disponible del edificio Cronograma de trabajo Instrumentación requerida Entre la información que se requiere identificar, está: Horario de trabajo Características del edificio y su iluminación De las mediciones de luz se requiere: Establecer el nivel de iluminación de las áreas en estudio Establecer los niveles de consumo de la iluminación en el área Verificar el equipo de medición Marco Teórico 39 Establecer consumo de cada área por iluminación Análisis de información: Nivel de iluminación real vs requerido por norma Verificar la eficiencia en términos de lux en área de trabajo, por kWh consumido. Evaluación de ahorro potencial Uva vez identificados los sistemas de iluminación, se procede a evaluar otra alternativa tecnológica, que cumpla las funciones requeridas por la norma con un menor consumo y económicamente viable. De acuerdo al Diagnóstico Energético en el Sistema de Iluminación publicado por la UPME, los requisitos de iluminación se establecen en la tabla 1-3: Tabla 1-3. Requisitos de iluminación Clase de actividad Solo para ubicación en zonas de poca permanencia Áreas para trabajos no continuos Actividades con requisitos de iluminación bajos Actividades con requisitos de iluminación normal, como trabajo de oficina Tareas prolongadas que requieren precisión Tareas de alta precisión o muy especiales Iluminación recomendada (Lx) <100 100 a 200 300 500 a 1500 2000 a 3000 5000 a 20000 1.7.3 Sistemas de climatización (UPME, 2016) En esta sección se presentan los elementos de verificación de los diferentes sistemas de climatización que pueden mejorar su eficiencia energética. Por un lado se cuentan con los sistemas de refrigeración de alimentos y por otro lado se cuenta con la evaluación de sistemas de refrigeración de áreas de trabajo. Sistemas de refrigeración de alimentos: De las neveras se debe verificar: Ubicación: Fresco y sin exposición a los rayos del sol Termostato: En posición medio o bajo. La temperatura de almacenamiento normal de alimentos es de 2 a 4°C y la de congelación es de –10 a -12°C Número de aperturas de los equipos Sistema sin escarcha Estado de caucho de la puerta y recubrimiento aislante del refrigerador Estado de aseo del condensador del refrigerador 40 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Sistema de aire acondicionado: Para los sistemas de aire acondicionado ambiental, se evalúa independientemente los sistemas de aire localizado del centralizado. Los resultados se presentan en la tabla 1-3. Tabla 1-4. Componentes a evaluar en un sistema de aire acondicionado Sistema de aire centralizado Sistema de aire localizado Operación Registro de temperaturas, humedad, Inspección de puertas y ventanas presión, volumen de aire y condiciones de flujo. Requisitos del sistema Requisitos de temperatura y cambio de Tamaño de cuartos, localización y aire y presión exposición Control de pérdidas Aislamiento del sistema y verificación de Aislamiento paredes y techos partes para suprimir Verificación general Puertas y ventanas cerradas Aires apagados en ausencia de personal Horario de encendido y apagado Limpieza de componentes Incremento de temperatura por equipos o iluminación Aislamiento térmico Arborización en los alrededores Sistemas de ventilación: Adicional a los sistemas de refrigeración, también se realiza una verificación de los sistemas de ventilación, lo que incluye: Inspección visual de partes y localización Determinación de caudal y sus requisitos Presión requerida y perdidas de presión del ventilador 1.7.4 Motores eléctricos (UPME, 2016) Para determinar la eficiencia de un motor, es necesario evaluar las diferentes oportunidades de ahorro, como se mencionan a continuación: Selección correcta del motor: Como primera medida es importante definir que las condiciones nominales de los equipos sean las adecuadas para la necesidad que se desea cubrir. En ese sentido, la recomendación es que la potencia nominal este del 5% al 15% por encima del registrado. Cuando el exceso es mayor al 25%, el factor de potencia disminuye, aumentando la corriente y por lo tanto las pérdidas de energía. Mejoramiento de la energía eléctrica suministrada: Para asegurar el buen funcionamiento del motor, se requiere suministrar energía de buena calidad, que Marco Teórico 41 no presente grandes variaciones de voltaje o distorsión de la onda sinusoidal en sistemas trifásicos. Por lo tanto es necesario evaluar: o Voltaje: Se requiere que los voltajes suministrados por cada fase, sean muy cercanos al nominal y que entre ellos no presenten una variación superior al 5%. o Desequilibrio de voltaje: Se requiere que las condiciones para cada fase sean lo más uniforme posible, de modo que se eviten desequilibrios por fallas en fases, circuitos y cables, entre otros. o Distorsión armónica: Cada fase forma una onda sinusoidal independiente, pero que deben estar coordinadas entre sí. Para un sistema trifásico se debe evaluar que no se presenten variaciones de tamaño, extensión y frecuencia de la onda. Carga mecánica: Respecto a la carga mecánica, se debe verificar que los equipos asociados también cuenten con un buen desempeño y que las conexiones o las reducciones sean adecuadas para la necesidad. 1.7.5 Torres de enfriamiento (UPME, 2016) Para estimar la eficiencia de una torre de enfriamiento, es necesario evaluar la información existente: Información general de la torre Condiciones de operación actuales Registros de consumo de agua Registros de temperaturas de bulbo seco y húmedo Registros de temperatura y consumo del agua Ficha técnica de la planta Distribución, conexiones y diagrama de flujo Curva de operación e identificación de equipos complementarios Adicionalmente, es importante realizar el levantamiento en campo de la siguiente información: Capacidad de operación Condiciones físicas de la estructura Con esta información, existen varias metodologías para determinar la eficiencia de una torre. Entre estas metodologías está: El método de curvas de comportamiento: Se realiza a partir de las curvas propias del equipo suministradas por el proveedor y los valores de temperatura medidos en campo. Método del criterio de Merkel: Este método es aplicable cuando no se dispone de las curvas de comportamiento suministradas por el proveedor y por lo tanto se emplea una genérica. En esta se compara el valor de diseño con la relación de flujo de agua y aire de diseño, con los reales y se determina la capacidad de la torre. Balance de energía: El otro método para determinación de la eficiencia es realizar un balance de masa y energía, para lo cual se requieren las temperaturas de agua 42 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente fría y caliente, el flujo másico y las características del agua utilizada, y se realiza un balance de energía que se compara con el esperado por diseño. 1.7.6 Bombas centrífugas (UPME, 2016) Para la evaluación de bombas centrifugas, como primera medida se identifican los datos específicos nominales del equipo, que normalmente se encuentran disponibles en las placas. De aquí se captura principalmente marca y modelo del equipo y en los catálogos de cada proveedor se encuentran las curvas características. Entre otra información requerida para la identificación del equipo, están: Información del fluido de trabajo Información del motor acoplado nominal y mediciones del motor Tiempo de operación del equipo Carga constante o variable del motor A partir de esta información y con el catálogo de bomba, se procede a realizar las mediciones correspondientes: Caudal manejado por el equipo Carga o presión Temperatura A continuación, es necesario establecer la curva de operación del sistema. Como primera medida se calcula la carga estática total de la bomba, para lo cual es necesario realizar las siguientes mediciones: Altura de descarga y succión Presión del tanque de descarga y de succión Con estos valores, se aplica la siguiente ecuación: HET =HD -HS + PD -PS γ (1-1) Donde: HET: Carga estática total HD: Altura de descarga HS: Altura de succión PD: Presión del tanque de descarga PS: Presión del tanque de succión ᵞ: Peso específico del fluido Luego, se calcula la carga dinámica total a partir de las pérdidas por tuberías y accesorios, para lo cual se necesitará medir adicionalmente la longitud y diámetro de tubería. A partir de esta información, se calculan las dos pérdidas aplicando estas ecuaciones: Cálculo de pérdidas por tubería: Marco Teórico 2 fLv hL = 2Dg = 43 2 8fLQ D5 gπ2 (1-2) Donde: hL: Pérdida de carga e tuberías (m) Q: Caudal (m3/s) D: Diámetro de tubería (m) L: Longitud de la tubería (m) g: Aceleración de la gravedad (m/s2) f: Factor de fricción v: Velocidad del fluido (m/s) π: Constante adimensional (3,1416) Cálculo de pérdidas de carga en accesorios: hA = k∙v2 2g = 2 8∙k∙Q 4 D gπ2 (1-3) Donde: hA: Pérdidas de carga en accesorios (m) v: Velocidad del fluido (m/s) Q: Caudal (m3/s) D: Diámetro de tubería (m) g: Aceleración de la gravedad (m/s2) k: Coeficiente de resistencia Finalmente, se establece que la pérdida total de fricción es la suma de pérdidas por fricción en tubería y por accesorios. Considerando lo anterior, la carga total del sistema es la suma de la carga dinámica más la carga estática. 1.8 Evaluación económica Para la evaluación económica hay que considerar que la metodología de análisis que se emplee no puede considerar indicadores financieros que impliquen mejoramiento de los ingresos, como la tasa interna de retorno (TIR). Estos proyectos de actualización de tecnología, se representan en ahorro y reducción de consumo, pero continúan siendo un gasto, por lo que no tienen un factor de ingreso. Entre las metodologías más aceptadas está el costo del ciclo de vida, donde se comparan dos alternativas para un proyecto determinado. En esta metodología e consideran los costos de inversión, mantenimiento, consumibles y otros gastos que se ven afectados por factores como la inflación, intereses y otros gastos (Dall'O', 2013). Para la aplicación de modelos económicos se requiere la implementación de tasas de descuento, que son las tasas de interés con las cuales las organizaciones evalúan si una inversión que no generará un ingreso sino un ahorro, es rentable o no. Para el caso del 44 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Banco de la República, no hay una tasa de descuento por lo que se aplica una tasa del 7,66%, que corresponde a la tasa de interés a 5 años de las TES, que son títulos de deuda pública que son emitidos por el gobierno y administrados por el Banco de la República, por lo que de estos títulos el Banco recibe una utilidad. Para la implementación de esta metodología se realiza un análisis de flujo de caja y para efectos de este proyecto se aplicó el valor presente neto que en el punto donde las dos tecnologías propuestas están en equilibrio. 1.9 El Banco de la República A través de la Ley 25 de 1923 se creó el Banco de la República de Colombia, como banco central, a la cual se le confió el monopolio de la producción de moneda colombiana, la administración de las reservas internacionales del país, prestamista de última instancia y banquero de bancos. Así mismo se le confió las funciones regulación y control monetario además de controlar las tasas de descuento, de interés y la inflación (Banco de la República, 2013). A partir de la Constitución de 1991, se establecieron varias reformas de la administración del Banco, pero continua siendo una organización autónoma, que no solo asegura la disponibilidad de efectivo, controla la economía nacional sino que entre sus misiones también está gestionar el patrimonio cultural de la nación (Banco de la República, 2013). La política ambiental del Banco (Banco de la República, 2012) En el año 2012 se presenta la política ambiental del Banco de la República, la cual reitera el compromiso de la organización por desarrollar sus procesos de una forma sostenible y proteger el medio ambiente. La política aplica para todas las dependencias de la organización y sobre sus actividades o las que se desarrollen en su nombre, por lo que sus procedimientos están orientados a establecer las medidas de control, mitigación y reducción de los impactos negativos que puedan generarse durante la ejecución de sus funciones. El Banco de la República en el país El Banco de la República tiene presencia en 29 ciudades del país y está organizado en 15 sucursales, 13 agencias, 1 oficina principal que son todos los edificios ubicados en Bogotá menos Central de Efectivo y 2 plantas industriales ubicadas en Bogotá e Ibagué. Como parte de las responsabilidades asignadas por la Constitución de 1991, el Banco de la República es el encargado de estudiar, preservar y divulgar el patrimonio cultural del país, para lo cual cuenta con las agencias culturales, que realizan actividades como exposiciones, conciertos y talleres, entre otros. Estas actividades se desarrollan en las bibliotecas, museos y salas de conciertos disponibles en las instalaciones del Banco. Por otro lado, el Banco cuenta con sucursales, que además de desarrollar actividades culturales similares a las de las agencias, cuentan con servicio de banco, donde se realiza el cambio de especies monetarias y sirve como punto de distribución de billetes y monedas para los bancos comerciales locales. Algunas sucursales también cuentan con servicio de Marco Teórico 45 tesorería, por lo que además de distribuir efectivo, se encargan de captúralo, seleccionarlo, destruirlo y disponerlo. La oficina principal, está ubicada en Bogotá y la conforman todos los edificios excluyendo a la Central de Efectivo. En estos edificios se realizan las actividades principales que rigen la economía del país, se administran los recursos económicos, físicos y humanos del Banco y se cuentan con algunas de las instalaciones culturales más importantes del país y del mundo, como la biblioteca Luis Ángel Arango, el Museo del Oro y el de Arte. Finalmente, el Banco cuenta con dos plantas industriales, que son la Fábrica de Moneda en Ibagué y la Central de Efectivo en Bogotá que se encargan de producir efectivo. Adicionalmente la Central de Efectivo maneja la tesorería principal del país que realiza actividades de destrucción de billete. Varias de las instalaciones con las que cuenta el Banco son construcciones que llevan más de 20 años, por lo que los diseños originales no cuentan con los estándares de eficiencia actuales. Debido a esto, el Banco tiene entre sus proyectos la renovación de las estructuras y de los sistemas que consumen recursos para hacerlos más eficientes. En algunos casos, esta renovación no puede afectar las características arquitectónicas del edificio por tratarse de una instalación de patrimonio para el país, como es el caso de estudio de este proyecto. 1.10 Normatividad A continuación se presentan algunas normas, que si bien no son de obligatorio cumplimiento por la naturaleza de sus aplicaciones, sí son empleadas por la organización como parte de la referencias para el desarrollo de sus propios procedimientos y políticas. Ley 697 de 2001: Está dirigida al Ministerio de Minas y Energía y su propósito es promover el desarrollo de programas de uso eficiente de recursos y el uso de energías alternativas. Decretos 2331 de 2007 y 895 de 2008: Establecen como norma cambio de bombillos incandescentes por dispositivo fluorescentes o de menor consumo energético para las empresas oficinales. Decreto 3450 de 2008: Se establece que todos los usuarios de energía eléctrica deberán ir remplazando gradualmente los bombillos de alto consumo, por bombillos eficientes y prohíbe la importación, distribución, comercialización y uso de bombillos de baja eficiencia energética. NTC-ISO 50001: Establece los requisitos para un sistema de gestión de la energía. BS-EN-15603:2008: Esta Norma establece los parámetros para el seguimiento del desempeño energético de un edificio. LEED: Esta norma para certificación de edificios con alta eficiencia energética, establece los lineamientos para determinar la eficiencia de un edificio. GTC 8:2004: Esta guía establece los principios de ergonomía visual, por lo que establece los requisitos de iluminación según las tareas a realizar. Esta norma es muy importante para determinar la eficiencia energética de la iluminación. UNE EN 16247-1:2012: Esta norma determina los parámetros para desarrollar una auditoría energética. La parte 2 va dirigida a edificios. 46 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente 2. Metodología En este capítulo se describirán los lineamientos llevados a cabo para realizar el diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente. Para esto, la metodología se fraccionó en 3 secciones de acuerdo a los propósitos fijados: Cálculo de la huella de carbono de las instalaciones evaluadas Diagnóstico energético Evaluación económica Una vez se conocen las características del edificio de interés, se diseña un plan de auditoría energética, a partir de los modelos de auditoría para edificios existentes consultados (Dall'O', 2013). Este plan permitió evaluar los consumos eléctricos del edificio y calcular las emisiones generadas en la producción de la energía eléctrica. De igual forma este plan permitió identificar los dispositivos que generan un impacto significativo en la instalación evaluada, y de los cuales se seleccionaron algunos para establecer una propuesta de cambio de tecnología que permita reducir los consumos del edificio y así mismo, las emisiones de CO2-eq. Para identificar la viabilidad de las propuestas tecnológicas, se comparó la situación actual contra una alternativa, considerando la inversión, los consumos energéticos, la mano de obra y la disposición de residuos, en un periodo de tiempo determinado. Esta evaluación económica se realizó tomando como referencia la metodología de cálculo el costo del ciclo de vida de los dispositivos. A continuación se presenta el detalle de la metodología empleada: 2.1 Emisiones de CO2 por generación de energía eléctrica en Colombia Para determinar el impacto ambiental generado por el consumo de energía de las instalaciones objetivo, se realizó el cálculo de la huella de carbono, dentro de los alcances 1 y 2 de acuerdo a la metodología del Protocolo de Gases de Efecto Invernadero (World Resources Institute (WRI) y World Business Council for Sustainable Development (WBCSD), 2016). Se escogió este parámetro de evaluación ya que mide el impacto en términos de emisiones de los requisitos energéticos para el buen funcionamiento de las instalaciones, y se considera que es un impacto cuyas proporciones están en aumento no solo en Colombia, sino que es un fenómeno global (Banco Mundial, 2013). Considerando lo anterior, se requirió calcular los factores de emisión de la energía eléctrica en Colombia en el periodo evaluado. 48 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente El cálculo de la huella de carbono se expresa en Kg de CO2 equivalente. Para realizar este cálculo lo primero que se debe hacer es identificar los factores de emisión por consumo de energía eléctrica para cada mes, conforme a la metodología establecida por la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética, 2014) y posteriormente realizar un breve análisis de las variaciones presentadas en este factor, las cuales fueron influenciadas por fenómenos climatológicos que sufrió el país durante el periodo de evaluación de este estudio que, de acuerdo a la información histórica disponible, se definió desde septiembre de 2012 hasta abril de 2016. A continuación se presenta la metodología de cálculo y análisis del factor de emisión para cada mes: 2.1.1 Procedimiento para el cálculo de los factores de emisión por consumo de energía eléctrica en Colombia Para el cálculo de los factores de emisión por energía eléctrica se ingresa a la página de XM en el siguiente vínculo: http://www.xm.com.co/, donde se abre la página principal y se hace clic en el vínculo “Portal BI”, como se observa en la Figura 2-1: Figura 2-1: Imagen del portal BI de XM (XM, 2015) Después de hacer clic en este vínculo se abre el portal de información inteligente, como lo muestra la Figura 2-2. En esta página se hace clic en la sección “Oferta”: Figura 2-2: Imagen del portal inteligente (XM, 2016) Luego de hacer clic, se abre una página con un menú al costado izquierdo de la pantalla con la opción de consulta de la oferta energética del país. En la última línea de este menú Metodología 49 está la opción de “Histórico Oferta” donde se hace clic y nuevamente aparece un vínculo al “Histórico Oferta”. Debe hacerse clic en este vínculo como se muestra en la figura 2-3: Figura 2-3: 2016) Consulta de la generación de energía y consumo de combustibles (XM, Cuando se hace clic en este vínculo se abre un listado de archivos en Excel, los cuales se descargan los que tienen por nombre “Consumo_De_Combustible” y “Generación (kWh)” como se observa en la Figura 2-4. También en este listado se presentan unas carpetas que contienen la misma información, pero de años anteriores. Figura 2-4: Archivos históricos de consumos y generación (XM, 2016) 50 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Al descargar los archivos de generación, se abre una tabla como se observa en la Figura 2-5. Esta tabla está compuesta por una columna de fecha de generación, recurso, que se refiere a la planta generadora que suministró la energía, combustible que se refiere a la fuente de la energía, por lo que en esta columna de “combustible” no solo se relaciona ACPM, gas y carbón, sino que también se relaciona las otras fuentes de energía que alimentan el SIN, como agua, viento y cogeneración. Las otras columnas de interés son las que están numeradas de 0 a 23 que es la cantidad de energía generada en kWh, hora a hora por cada planta relacionada. La columna de código agente se refiere al código de cada planta como proveedora del servicio y la columna del tipo de generación se refiere a la capacidad de la planta de producción que está conectada al sistema. Por ejemplo, las plantas con capacidad mayor a 20 MW son Plantas Despachadas Centralmente, mientras las que tienen capacidad entre 10 y 20 MW son conocidas como Plantas No Despachadas Centralmente (OCHOA, 2014). Figura 2-5: 2016) Imagen del archivo base con la información de generación de energía (XM, En la Figura 2-6 se muestra el archivo de Consumo de Combustible (MBTU) de donde se resaltan las siguientes columnas: Fecha: Se refiere a la fecha de cuando se realizó el consumo de combustible, Recurso: Se refiere a la planta que generó el consumo de combustible, Combustible: Se relaciona el tipo de combustible consumido y Consumo (MBTU): Relaciona el consumo total de combustible ese día. En este archivo solamente se relacionan consumos de ACPM, gas, queroseno, carbón, combustóleo y fuel oil, pues de acuerdo a la metodología de la UPME, son estos los que generan emisiones de CO2: Metodología 51 Figura 2-6: Imagen del archivo base con la información de consumo de combustible (XM, 2016) Para el cálculo de los factores de emisión, es necesario consolidar estos dos archivos en uno solo, donde se presenta el consumo total de combustible y la generación total por recurso (planta de generación), combustible y fecha. Primero, de la tabla de consumo de combustibles se genera una tabla dinámica que presente la información por mes, recurso, el tipo de combustible y la cantidad consumida, tal como se muestra en la Figura 2-7. Así mismo, de la tabla original de generación de energía, se produce una tabla dinámica que relacione el mes de generación, el recurso, el tipo de combustible y la generación total en kWh, tal como se presenta en la Figura 2-8. Los detalles de cálculo con la tabla dinámica se presentan en el Anexo A. Figura 2-7: Ejemplo de datos consolidados para el consumo de combustible Fuente: El autor Figura 2-8: Ejemplo de datos consolidados para la generación de energía Fuente: El autor 52 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Una vez se cuenta con las dos tablas dinámicas, estas se consolidan en una sola como se observa en la Figura 2-9, alineando para el mismo periodo (Mes-Año), el recurso (planta de generación), el tipo de combustible utilizado, la generación por el tipo de combustible, el consumo por tipo de combustible y el factor de emisión. Con esto finalmente se calculan las emisiones totales generadas por tipo de combustible y recurso en el mes. El detalle de este cálculo se presenta en el Anexo A de este documento. Figura 2-9: Consolidación de la generación de energía y consumo de combustible Fuente: El autor En algunos registros, los recursos (es decir, las plantas de generación) reportaban su generación pero no el consumo de combustible, para lo cual se calculó una relación con la información adicional para el mismo recurso. Esto consistía en dividir para un periodo determinado la generación reportada por tipo de combustible por su consumo, lo que daba como resultado un factor relativo de generación/consumo que era aplicado en los meses que no se reportaba el consumo de combustible. Un ejemplo de este cálculo se presenta en el Anexo A. Por otro lado, existe un grupo de termoeléctricas que no reportan su consumo pero si su generación. Entre estos recursos están: la planta de Cimarrón, El Morro 1 y 2, Proeléctrica 2, Purificación, Tasajero 2, Termocentro CC, Termodorada 1, Termopiedras 1 y Termoyopal 1. Para el periodo de evaluación de 2015, se incluyó en el grupo la termoeléctrica de Termobolívar, para la cual no se contaba con información de consumo o de eficiencia, por lo que se asumió 60%, al considerarse una planta nueva de ciclo combinado. Las plantas que funcionan con combustibles líquidos, se asumieron los factores de eficiencia por defecto iguales a las condiciones de las plantas de gas. Para estas plantas en especifico, la UPME establece una metodología diferente, que consiste en calcular un factor de emisión por generación de energía y no por consumo. Metodología 53 Este cálculo se realiza multiplicando el factor de emisión promedio por tipo de combustible utilizado en una planta y en un periodo determinado; luego se multiplica por un factor de 3,6 y se divide por el factor de eficiencia de la planta de generación, que depende de su tecnologia y año de inicio de operación. Con esta información se aplica la siguiente ecuación que da como resultado la Tabla 2-1. Respecto a esta tabla, el factor de la eficiencia fue suministrado por la UPME. EFEL,m,y = EFCO2,m,i,y *3.6 (2-1) ηm,y (Unidad de Planeación Minero Energética, 2012) Donde: EFEL,m,y = Factor de emisión de CO2 de la unidad m en el año y (t CO2/MWh) EFCO2m,i,y = Factor de emisión de CO2 promedio del combustible fósil tipo i utilizado en la unidad m en el año y (t CO2/GJ) m,y= Eficiencia promedio en la conversión de energía neta de la unidad m en el año y y = Año correspondiente al periodo de cálculo Tabla 2-1: Factores de emisión para recursos sin reporte de consumo. (Unidad de Planeación Minero Energética, 2016) Planta Combustible Año inicio operaciones Ƞm Factor Factor de Emision (Ton/TJ) Factor de Emision de CO2 por planta (TonCO2/MWh) CIMARRON EL MORRO 1 EL MORRO 2 TERMOPIEDRAS PROELECTRICA 2 PURIFICACION TASAJERO TERMODORADA 1 TERMODORADA 1 TERMODORADA 1 TERMOCENTRO CC TERMOCENTRO CC TERMOYOPAL 1 TERMOBOLIVAR Gas Gas Gas Gas Gas Gas Carbón JET A1 Gas QUEROSENE MEZCLA GAS - JET-A1 Gas Gas Gas 2007 2007 2007 2000 <2000 <2000 <2000 <2000 <2000 <2000 <2000 <2000 2004 2015 60,00% 60,00% 60,00% 46,00% 46,00% 46,00% 37,00% 46,00% 46,00% 46,00% 46,00% 46,00% 60,00% 60,00% 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 55,55 55,55 55,55 55,55 55,55 55,55 88,14 88,46 55,55 73,94 72,01 55,55 55,55 55,55 0,33332 0,33332 0,33332 0,43476 0,43476 0,43476 0,85754 0,69230 0,43476 0,57866 0,56353 0,43476 0,33332 0,33332 Los factores de eficiencia por defecto aplicados en la ecuación 2-1, se presentan en la Tabla 2-2. Por otro lado los factores de emisión para los combustibles en Colombia, se relacionan en la Tabla 2-3 54 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Tabla 2-2: Factores de eficiencia por defecto aplicados en la ecuación 2-1 (Unidad de Planeación Minero Energética, 2012) Factor de eficiencia por defecto (*) Tecnologa de Generacion Turbina de vapor Ciclo Abierto Ciclo Combinado Subcritico Supercritico Ultra-Supercritico IGCC Unidades Nuevas (Posterior a 2000) Gas Natural 37,50% 39,50% 60,00% Carbon 39,00% 45,00% 50,00% 50,00% Unidades antiguas (Antes de 2000) 37,50% 30,00% 46,00% 37,00% 35,50% 36,50% 0,00% Tabla 2-3: Factores de emisión para combustibles en Colombia (Unidad de Planeación Minero Energética, 2016) Ítem Valor Unidades Factor de emisión del Combustóleo 80.460 kg CO2/TJ Factor de emisión del ACPM Diésel Oil Factor de emisión del Natural Gas Factor de emisión del Carbón Genérico Factor de emisión del kerosene Factor de emisión del JET A1 Factor de emisión del Fuel Oil 74.831 55.553 88.136 88.136 88.461 78.281 kg CO2/TJ kg CO2/TJ kg CO2/TJ kg CO2/TJ kg CO2/TJ kg CO2/TJ Para cada combustible individual en la tabla consolidada final, se aplican los factores de emisión reportados en la Tabla 2-3, dando como resultado las emisiones totales. Por último, a la tabla consolidadaminal se le realiza el siguiente procedimiento para calcular el factor de emisión para cada mes: A la columna de generación (KWH) se le divide por 1000 para obtener MWH, Al consumo de combustible en (MBTU) se le convierte en (MJ) multiplicando por 1055, 06 MJ/MBTU, Luego se multiplica cada consumo de combustible en MJ por el factor de emisión correspondiente según el combustible utilizado para la generación, calculando las Metodología 55 emisiones. Es necesario ajustar las unidades9, debido a que los factores se presentan en TJ. Seguido a esto, se genera una tabla dinámica a partir de la tabla de emisiones, con la cual se calcula para cada mes, el tipo de combustible, su consumo y las emisiones generadas por el mismo. A partir de esta tabla, para cada mes evaluado se calcula el porcentaje de participación por cada fuente de energía. Por otro lado, con esta misma tabla dinámica para cada mes se calcula el factor de emisión de energía eléctrica para Colombia, dividiendo las emisiones totales por la energía total producida en el mes. Este valor posteriormente es multiplicado por el consumo mensual del edificio que da como resultado, las emisiones de CO 2 equivalentes del edificio evaluado para cada mes, por concepto de energía eléctrica. Los detalles de este procedimiento de cálculo se presentan en el Anexo A. Para el cálculo de los factores de emisión, no se consideraron las emisiones correspondientes a los procesos de cogeneración, ya que las emisiones tienen su origen en procesos diferentes a los de producir energía para el sistema. De igual forma, el cálculo de los factores no incluye ningún aporte por parte de las hidroeléctricas, ya que estas no están contempladas en la metodología de la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética, 2014). A partir de la última tabla dinámica presentada para el cálculo de las emisiones, se calcula para cada mes la cantidad de energía generada por tipo de fuente de energía y se agrupa en tres categorías: agua, gas y otros. Estas tres categorías suman el 100% de energía total generada por el SIN, con lo que se evalúa porcentualmente el aporte de cada fuente de energía durante el periodo de estudio. Como resultado de estos porcentajes se observa que a medida que se reduce la participación de las hidroeléctricas, el valor del factor de emisión aumenta. 2.1.2 Análisis de emisiones de CO2 por energía eléctrica en Colombia A partir de la última tabla dinámica presentada para el cálculo de las emisiones, se calcula para cada mes la cantidad de energía generada por tipo de fuente de energía y se agrupa en tres categorías: agua, gas y otros. Estas tres categorías suman el 100% de energía total generada por el SIN, con lo que se evalúa porcentualmente el aporte de cada fuente de energía durante el periodo de estudio. Como resultado de estos porcentajes se observa que a medida que se reduce la participación de las hidroeléctricas, el valor del factor de emisión aumenta. 2.1.3 Análisis de emisiones por consumo de combustible en las instalaciones Una vez calculado el alcance 2 de la huella de carbono, se procede al cálculo del alcance 1, que corresponde a las emisiones generadas directamente por la organización. Para esto se consulta el consumo y tipo de combustibles y refrigerantes utilizados en las instalaciones, en el periodo evaluado mes a mes y se multiplica por el factor de emisión correspondiente. Esto arroja como resultado las emisiones por emisiones generadas directamente en las instalaciones para cada periodo. 56 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente 2.2 Auditoría y diagnóstico energético Para realizar la evaluación energética, se tomaron elementos tanto de diagnóstico de equipos críticos como elementos de auditorías energéticas. Por lo tanto, la metodología para realización del diagnóstico energético, está conformado de los siguientes elementos: Establecimiento del plan de auditoría: El plan de auditoría depende del alcance y nivel definido para la auditoría. Para esta aplicación se definió que el alcance sería la energía consumida por el edificio y el nivel de la auditoría sería la de recorrido (Zhenjun Ma, 2012). De acuerdo a este nivel seleccionado, el levantamiento de información constará de: - Descripción del edificio - Información de consumos de energía eléctrica y de combustibles del edificio, - Mediciones generales de temperatura e iluminación, - Listas de comprobación y entrevistas a usuarios - Hojas de cálculo para análisis de información. Base de diagnóstico: - Identificación de áreas de trabajo - Identificación de equipos críticos - Identificación de estándares de operación (identificación de actividades y rutinas) - Evaluación de equipos críticos Evaluación de desempeño arquitectónico 2.2.1 Datos sobre consumo del edificio Para esta evaluación se consultó con el proveedor de servicio de energía la disponibilidad de datos históricos del edificio, para lo cual suministró información desde septiembre de 2012 hasta abril de 2016. Con esta información se definieron 2 evaluaciones: Se definió como año base de estudio el 2015, por tratarse del año completo más reciente. Con la información de este año, hora a hora, se clasificó por día de la semana y se excluyeron los días festivos, pues el comportamiento de sus consumos representa más un día dominical que un día laboral. Con la información remanente se calculó el promedio del consumo hora a hora para cada día de la semana y se normalizó dividiendo por los metros cuadrados de la instalación. Esto permite que la instalación sea comparable con otra que desarrolle actividades similares, sin importar el tamaño o consumo total del edificio. Como resultado de este procedimiento se obtuvieron los perfiles de consumo promedio por hora para cada día de la semana, lo que permite identificar las horas pico de consumo para cada. Posteriormente, se calcularon los consumos mensuales y se dividieron por el área del edificio, lo que permitió identificar tendencias de consumo en el periodo evaluado. Metodología 57 2.2.2 Mediciones de nivel de iluminación y temperatura A partir de los planos arquitectónicos del edificio, se estableció un plan para recorrer cada área, que consistía en dividir y numerar cada sección del piso o nivel. Esta división permitía sectorizar el plano de trabajo lo que facilita la identificación y ubicación con mayor detalle de los dispositivos y las características de cada área individualmente. Ya que sobre los mismos planos se realizaban las divisiones de las áreas, también se ubicaron los tipos y cantidades de bombillos disponibles. Así mismo, sobre el plano y las secciones se registraron las lecturas de niveles de iluminación, temperatura ambiental y la hora. Estas mediciones se realizaron con termómetros de alcohol y un luxómetro digital DT-8809A calibrado por el proveedor de equipo. Para las mediciones de los niveles de iluminación se siguieron los lineamientos de la norma GTC 8, donde se establece que las mediciones se deben realizar sobre los planos de trabajo, en áreas amobladas y a 20 cm de nivel del suelo para áreas de circulación. También esta norma establece que la distancia de puntos debe ser de aproximadamente 1 a 2 m para alturas normales de techos. Adicionalmente se consideró una relación máxima de 2:1 entre longitud y ancho de las los rectángulos donde se ubican los puntos de medición. (ICONTEC, 1994) Respecto a los dispositivos de uso final de la energía eléctrica disponibles en las áreas, no fue posible realizar mediciones directas del consumo de energía eléctrica, por lo que solo se registró del tipo de dispositivo disponible, cantidad en el área, tiempo de uso promedio y su consumo nominal. En caso de no reportar el consumo nominal, como primera medida se consultaban los catálogos de los productos con su referencia, donde habitualmente reporta el consumo del equipo. Si tampoco es posible disponer de los consumos por este medio, se registraba el amperaje de funcionamiento del equipo, que de acuerdo al voltaje de la conexión, se puede tener un valor aproximado de su consumo. Para algunos equipos específicos, tampoco se disponía de esta información, por lo que fue necesario buscar un consumo promedio de acuerdo a la capacidad individual del equipo. Para los equipos más representativos, sus consumos y sus fuentes de consulta, se presenta un listado en el Anexo D. 2.2.3 Listas de comprobación y entrevistas a usuarios (UPME, 2014) La lista de chequeo propuesta para la captura de información constaba de: Número de personas del área Mediciones de temperatura de cada sección identificada en el plano. Mediciones del nivel de iluminación del área. De acuerdo al tamaño y forma del área y su complejidad, se estableció el número de puntos de medición. Se registró el tipo, número y consumo de los dispositivos disponibles en el área y estos, cuáles estaban en funcionamiento y cuáles no. Características de los límites de la sección, como tipo de piso y divisiones. Respecto a las encuestas a los usuarios se consultó sobre su percepción de confort y sus hábitos regulares que pueden tener influencia en el consumo de energía. Esta encuesta consta de: 58 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Tiempo de funcionamiento promedio u horarios de funcionamiento de los dispositivos a su cargo Consulta de confort de iluminación y temperatura del área de trabajo. Horario de trabajo del personal Hábitos de manejo de dispositivos generales del área (por ejemplo iluminación y aire acondicionado centralizado) Hábitos de desplazamiento del personal dentro de las instalaciones (escaleras o ascensor) y frecuencia. Un esquema de la grilla de recolección de información se presenta en el Anexo E. 2.2.4 Hojas de cálculo En la hoja de cálculo principal se desarrolló el inventario total que consolidó toda la información disponible, respecto a ubicación, dispositivos en uso final de la energía, cantidades, consumo estimado y tiempos de operación de todos los dispositivos que consumen energía en el edificio, lo que permite totalizar el consumo estimado del edificio. 2.2.5 Identificación de áreas de trabajo Para la identificación de las áreas de trabajo, se tomó como referencia de entrada los planos del edificio y se verificó la actividad de las secciones individualmente. Como resultado de esta identificación se encontraron 4 áreas: Oficina: Es el área que más predomina en el edificio, pues de los 19 niveles evaluados, 15 tienen como principal actividad, operaciones de oficina. Restaurante y alimentos: En el edificio hay un piso específico para el restaurante, y los pisos individuales tienen pequeñas áreas con cocinetas, las cuales se emplean para preparación de café para cada piso. Tránsito: Estás áreas son únicamente para el tránsito de personal y no son áreas donde se realicen trabajos específicos. Servicio: Son áreas donde se mantienen los equipos que prestan servicio a todo el edificio, pero la presencia de personal es mínima, como por ejemplo las áreas de trabajo de plantas eléctricas, aires acondicionados, bombas, etc. Fuera de servicio: son las áreas que actualmente no se encuentran habilitadas para prestar ningún servicio a los usuarios del edificio. 2.2.6 Identificación de estándares de operación (identificación de actividades y rutinas) A partir del inventario de equipos, las entrevistas a los usuarios, la identificación de áreas y análisis de los consumos horarios, se identifican estándares de operación de los equipos y de las instalaciones. Como resultado de esto, se obtiene la hora promedio de inicio de actividades y finalización, así como la hora pico de consumo de energía y rutinas de funcionamiento de los equipos centrales. Metodología 59 2.2.7 Identificación de equipos críticos Una vez se identifican los equipos y sus rutinas de operación, se definen los equipos críticos para revisión. Para esto se requiere estimar el impacto energético estimado, a partir de la hoja de cálculo que consolida toda la información referente a los consumos totales del edificio de acuerdo al aporte individual de cada equipo. Como criterio para la selección de estos equipos se tomaron en cuenta las siguientes consideraciones: Tiempo de operación promedio: Este aspecto tiene relevancia, considerando que los equipos de uso prolongado o permanente pueden representar un consumo importante, pues son equipos que suelen funcionar con o sin actividad del edificio. Consumo nominal del equipo: Este aspecto se consideró importante debido a que el funcionamiento de equipos de alto consumo energético impactan los consumos totales del edificio. Cantidad presente en las instalaciones: Este último factor se consideró relevante, considerando que las actividades de que demandan gran cantidad de equipos, así estos individualmente aporten un consumo insignificante, pueden representar un consumo relevante respecto al total del consumo. 2.2.8 Evaluación de equipos críticos Finalizada la identificación de equipos críticos, se procede a una evaluación más detallada. Para esta evaluación se consideran lo criterios establecidos por la UPME: Eficiencia energética en sistemas de iluminación (UPME, 2016): Para la realización de este diagnóstico, se siguen las siguientes directrices: - Se identificación los horarios de movimiento masivo del personal. - Se identificaron las características del área de trabajo iluminado, respecto a componentes del área, colores y límites. - Se identificaron los tipos de bombillo o lámparas, configuración y estado de funcionamiento. Esta información se registró directamente en los planos de levantamiento junto con las mediciones de iluminación y temperatura, pues de esta manera servirá como insumo para proyectos posteriores de estudios de iluminación en el área de trabajo. - Medición del nivel de iluminación del área. - Cálculo de consumo de energía del área por iluminación. Esta medición se realizó por piso y presenta una relación porcentual de la distribución del consumo en el edificio por concepto de iluminación - Requisitos de iluminación. Se consultó la norma legal vigente y estándares normales de operación. - Comparación de requisitos de iluminación respecto a lo medido. Esto se realizó a partir del uso que se le da al área de trabajo, como se presentan en la sección 2.2.5. debido a que cada área de trabajo tiene un requisito diferente de nivel de iluminación. 60 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Eficiencia energética en sistemas de refrigeración y climatización (UPME, 2016) - Sistema de refrigeración. Para los sistemas de refrigeración de la cocina es necesario verificar: - Ubicación: Lugar fresco lejos de fuentes de calor y sin exposición a rayos solares - Termostato en nivel medio o bajo si es posible, siempre y cuando cumpla con los requisitos de temperatura para conservación. - Número de aperturas de la puerta y tiempo - Sistema de deshielo (sin escarcha) - Estado de cierre de las puertas - Limpieza de los equipos - Sistemas de aire acondicionado. Los sistemas de aire acondicionado dependerán de si son centralizados o localizados, como se presenta a continuación: - Aire acondicionado localizado Verificar los límites con los que cuenta el área a refrigerar, considerando si el área se encuentra aislada por puertas y ventanas Verificar que la capacidad del equipo es acorde a lo requerido por el área Para verificar esta parte, se debe considerar una carga de refrigeración adecuada para el área y para el trabajo que desempeña. Verificar la disposición de aislamiento del área evaluada y que sean propensas a generar pérdidas de la eficiencia. - Aire acondicionado centralizado Operación: Para la evaluación de un aire acondicionado centralizado, se requiere revisar el registro histórico de temperaturas, humedad, presión y volumen de aire movido por el equipo, así como sus condiciones de flujo y los controles con los que cuenta el sistema. Esta permitirá determinar las condiciones reales del equipo. Demanda del sistema: De igual forma se necesita verificar en el catálogo del equipo, el desempeño esperado de acuerdo a la temperatura de trabajo, flujo, cambio de aire y presión Pérdidas: Verificar el aislamiento sea adecuado y esté en buen estado. - Sistemas de ventilación Para los sistemas de ventilación, se debe identificar: Verificar visualmente las condiciones del sistema Mediciones de caudal y presión Verificar aseo y mantenimiento del sistema Identificar puntos de pérdida de presión Determinar la demanda del sistema vs. Lo suministrado al sistema Medición de pérdidas de presión e inspección Eficiencia energética de motores (UPME, 2016) - Identificar el uso y los requisitos de la carga los cuales se suplirán con el motor. - Seleccionar un motor con la potencia adecuada. La potencia nominal del motor debe estar entre 5 y 15% por encima de lo requerido. Esto se calcula a partir del Metodología - 61 voltaje medido, que para cada fase debe hacerse mínimo por duplicado y se multiplica por el amperaje, que debe medirse un mínimo de 3 veces. Verificar la calidad de energía alimentada a los motores o Para esto se debe verificar que la tensión medida sea muy cercana a lo reportado como nominal en la placa del equipo. Se sugiere que no sea superior al 5%. o Adicionalmente, se deben medir las 3 fases por duplicado y calcular su variación a través de la desviación estándar, la cual permitirá identificar un desequilibrio de las tensiones. También es importante identificar la calidad y grosor del cableado. o Onda sinusoidal: Con un equipo de medición sinusoidal verificar la coordinación de las 3 fases del sistema de alimentación, estas deben estar coordinadas en posición, frecuencia y amplitud. Verificar que los acoples del motor sean adecuados y se encuentren en buen estado. Eficiencia energética en torre de enfriamiento (UPME, 2016) Consultar datos de operación: o Datos nominales de torre de enfriamiento o Datos de servicio prestado de la torre - Datos de campo o Caudal de aire y agua o Consumo de energía o Temperaturas de bulbo seco y húmedo o Temperaturas de entrada y salida del agua o Identificar si el suministro de aire y agua es adecuado a lo requerido por el equipo - Datos operacionales o Identificar a través el porcentaje de humedad del aire que enfría la torre está saturado. o Evaluar la eficiencia de operación del juego de motores del sistema. o Plano general de la torre y diagrama de tubería e instrumentación o Diagrama de flujo y curas de operación de torre, motores y ventiladores. - Inspección o Verificar estructura interior y exterior de la torre o Verificar condiciones del equipo mecánico o Verificar presencia de cascadas, canalizaciones o rocío - Eficiencia energética en bombas centrífugas (UPME, 2016) - Identificar requisitos del sistema y suministrados por la bomba - Identificar condiciones nominales del sistema de bombeo o Inspección de condiciones físicas de la bomba o Datos de la placa de la bomba: Caudal, revoluciones por minuto (rpm), altura de presión (m), Marca y modelo o Fluido de trabajo o Datos de la placa del motor acoplado - Mediciones del sistema o Medición de caudal, presión y temperatura o Medición condiciones eléctricas del motor o Diámetro y longitud de tuberías 62 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente - A partir de los datos suministrados de la placa, consultar con el fabricante las curvas características del equipo Con esta información se aplica las ecuaciones 1-1 y 1-2, con lo que se estiman las pérdidas por tubería y accesorios y se grafica en la curva característica del equipo, con lo cual se determina por cruce de curvas la eficiencia del sistema. 2.2.9 Evaluación de desempeño arquitectónico (Banco de la República, 2015) Los siguientes criterios, los tiene establecido el Banco para el diseño de sus nuevas estructuras y para las remodelaciones requeridas a las estructuras existentes: Dirección predominante de vientos en el área: Este criterio se aplica para aprovechar las corrientes de aire para refrigerar el edificio. Sensor de ocupación: Con este criterio se identifica si dentro de las áreas de trabajo hay personal presente, para mantener la iluminación encendida. Una de las formas de controlar la ocupación se realiza con tarjetas de proximidad a la entrada de las áreas. Baños eficientes: Esto incluye sanitarios de bajo consumo, orinales sin consumo, sensores de presencia para agua en lavamanos y secadores de alta eficiencia. Generación de energía por paneles solares Aislamiento térmico de fachada para evitar calentamiento por radiación solar Control de iluminación para aprovechamiento de luz solar Variabilidad de montajes mobiliarios Sistemas de inclusión para personas discapacitadas 2.3 Clasificación de la información Con la información detallada del inventario e identificación de equipos críticos, posteriormente dentro de las categorías y subcategorías relacionadas en la Tabla 2-4. A cada dispositivo se le asigna una categoría y subcategoría, por ejemplo: un bombillo de 17 W, se le asigna la categoría de “Iluminación” y la subcategoría de “Áreas de Trabajo”. A continuación, se calcula el consumo total de las instalaciones para un año, esto se logra multiplicando el número de dispositivos, por su consumo nominal y por las horas de funcionamiento al año. Seguido a esto, se inserta una tabla dinámica que tome como rango toda la matriz del inventario. Para el campo de “Fila” se selecciona categoría y en la de valores “Suma de Consumo”. Como resultado se obtiene el consumo total de cada categoría en el año, con lo cual se calculan los porcentajes de aporte de cada una. Metodología Tabla 2-4: 63 Clasificación de los dispositivos de consumo energético Categoría Equipos para preparación de alimentos y bebidas Sistemas de apoyo menores Iluminación Sistemas de apoyo mayores Equipos de Oficina Equipos de acondicionamiento localizado Equipos de acondicionamiento centralizado Respaldo a sistemas críticos Subcategoría Cocina Oficina Emergencia Seguridad Complementarios Área de trabajo Emergencia Motores Motobombas Cocina Emergencia Cómputo Complementarios Impresión y scan Audiovisuales Aire acondicionado Ventilación Aire acondicionado Ventilación Emergencia Fuente: El autor A continuación se genera el primer diagrama de Sankey para presentación e identificación de los mayores consumidores. Para realizar este diagrama se ingresó al siguiente vínculo: http://sankeymatic.com/build/. En la caja de Inputs al costado izquierdo de la pantalla se relaciona el origen (Consumo total), seguido del aporte de cada categoría en corchetes, por ejemplo [0.8] y termina con el nombre de la categoría (Equipos de apoyo). Una vez finalizado en ingreso de la información, se debe hacer clic en Preview para ver el diagrama proyectado. Esta página tiene en las demás pestañas diferentes opciones de color, y presentación del diagrama que dependen del gusto del usuario. Una vez finaliza toda la edición, el usuario hace clic en “Export 1200x1200 PNG” para la generación de la gráfica en un archivo de imagen. Un ejemplo de la generación de un diagrama de Sankey se observa en la Figura 2-10. 64 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura 2-10: Producción de los diagramas de Sankey (Sankeymatic, 2016) De igual forma se generan tablas dinámicas para calcular la distribución del consumo por categorías y subcategorías y finalmente son graficadas como diagramas de Sankey las requeridas por su alto consumo. Una vez se determina el porcentaje de consumo de cada subcategoría, se seleccionan las subcategorías que se consideran más representativas y que permitirán una reducción importante del consumo energético eléctrico del edificio si se contemplara una alternativa tecnológica más eficiente. Para estas subcategoría, se solicita información a diferentes proveedores de los dispositivos de consumo final de la energía eléctrica, así como tiempos de instalación y costo de disposición final de residuos, con lo cual se desarrolla la evaluación económica que se presenta en la sección 2.4. Para la evaluación de temperatura de las áreas y los niveles de iluminación se tabulan los datos registrados durante los recorridos a las instalaciones y se identifica el piso o nivel donde se realizó esta medición. Posteriormente se promedian los datos de temperatura e iluminación por cada piso. A continuación, se comparan estos valores promedio con estándares normados para el confort del personal, como normas técnicas y regulación nacional o internacional si aplica. Metodología 65 2.4 Evaluación económica Para la evaluación económica se aplica la metodología del costo de ciclo de vida (Dall'O', 2013), que es un método apropiado para evaluar económicamente proyectos de mejoramiento de la eficiencia energética durante su vida útil en instalaciones. Este método consiste en evaluar dos alternativas disponibles a partir de los costos asociados a cada proyecto y comparar en el tiempo de vida de los proyectos, la alternativa más económica. Para esta metodología, se toma como referencia datos promedio de costos asociados con disposición de residuos, mano de obra, inversión en nuevos dispositivos y consumo de energía eléctrica. También se requiere estimar una proyección de la inflación, una tasa de descuento de los flujos y establecer algunas suposiciones de operación para realizar la proyección del sistema en el tiempo, estas estimaciones se presentan puntualmente en el capítulo de Resultados de este documento. Tanto para la evaluación de bombillos como para la de computadores, se maneja el mismo esquema de cálculo que se presenta a continuación: Como primera medida se establecieron las horas de operación al año. Para el caso de las bombillas, se asumió que trabajarían 5 días a la semana durante 11 horas y para el caso de los computadores se asumió que se utilizaban 5 días a la semana durante 7 horas. En esta sección también se definió que el periodo de evaluación sería de 6 años para ver los efectos de la inversión. A continuación se establecen los valores de la inversión inicial, por lo que se define la cantidad de unidades a adquirir y el valor unitario. Estos dos valores se multiplican para calcular la inversión total inicial. En esta sección también se aclara la vida útil en años o en horas según el equipo, con lo cual se identifica durante el periodo de evaluación (6 años) cuantas veces requiere cambio. Se sigue con la definición de la tasa de inflación. De acuerdo a lo consultado con el Banco no se cuenta con una proyección de cuánto será la inflación de los próximos 6 años, pero la meta de inflación definida es de 3%, por lo que se establece que los valores de la inflación para el año 2 y 3 es 4% y para el año 4, 5 y 6 es del 3%. Para el costo del kWh, se tiene que el edificio es una instalación no regulada, es decir que solo un 40% de la tarifa es regulada por la CREG, por lo que se le establece un valor inicial que aumenta con la inflación cada año. El otro 60% de la tarifa es negociable por la organización, por lo que la organización asume que el incremento estimado por año es del 15%. Con esta información se calcula la fracción regulada y la no regulada para cada año, la cual se tomará como valor de la energía en la proyección como $/kWh. Con la información del valor del kWh para cada año, se calculan las unidades consumidas por año. Esto se realiza sumando los dispositivos que tienen el mismo consumo y se multiplica por el consumo de cada dispositivo, por las horas de operación y se divide por 1000, para pasar de Wh a kWh. Finalmente se multiplican los kWh totales por el valor de cada kWh, de lo que se obtiene el valor total pagado por energía, para el año y el dispositivo evaluado. 66 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente A continuación se calcula la mano de obra del personal técnico que instalaría los dispositivos. Para esto se estima un tiempo promedio de cambio de cada dispositivo, que multiplicado por el número de dispositivos, daría el tiempo total de instalación. Por otro lado se asume que el salario de un técnico de mantenimiento, quien sería el personal idóneo para realizar el cambio, devenga un salario de $800.000 mensuales. A este valor se le multiplica por un factor de 1,3, que corresponde al cargo adicional por parafiscales. El valor obtenido por salario mensual se por multiplica por 12, para calcular el valor total anual y este, se divide por las horas laborales al año que se calculan como 48 horas semanales por 52 semanas al año. Este cálculo arroja como resultado un valor por hora de $5.000 que se multiplica por el total de horas requeridas al año para cambio de dispositivos, dando como resultado el valor total pagado por mano de obra. La disposición de residuos, se refiere a la disposición requerida de los dispositivos que al final de su vida útil se consideran un residuo peligroso por sus componentes. Por ejemplo, los bombillos fluorescentes deben disponerse como residuo peligroso por su contenido de mercurio al igual que los computadores. Los bombillos LED cuentan con certificado de ausencia de mercurio, sin embargo se requieren certificados adicionales para asegurar que tampoco presentan otro tipo de metales que restrinjan su disposición como residuo no peligroso. Para efectos del cálculo se estimó un valor promedio de disposición de residuos peligrosos para equipos eléctricos y electrónicos que se multiplicó por el peso individual de los dispositivos que se dispondrían y por el número total de dispositivos a disponer. A continuación se establece un esquema que relacione el costo asociado por año para cada tipo de egreso: Se estima que los valores calculados para el primer año son los mismos, para el segundo año no se considera inversión mano de obra o disposición de residuos, considerando que por el tiempo de vida de los dispositivos, todavía estarán en uso, por lo que solo se considera el valor de la energía consumida que se calculó previamente, considerando que el valor del kWh tiene unas consideraciones especiales para su cálculo en el tiempo. Para los años siguientes se realizan los cálculos de acuerdo a la vida útil de cada dispositivo, por lo que se consideran los egresos en tiempos diferentes. Por ejemplo, los bombillos LED, no vuelven a considerar gastos adicionales diferentes al consumo energético, mientras que los bombillos fluorescentes actuales en el año 5 deben considerar nuevamente su inversión, instalación, disposición de residuos y continuar con los costos de energía. Para el caso de los bombillos fluorescentes que nuevamente se instalan al año 5, el valor de la inversión debe considerar la inflación de los años anteriores, para presentar el valor real en el año 5. Estas consideraciones también se realizaron para la adquisición de computadores integrados que tienen una vida útil de 3 años y los computadores de torre y pantalla que tienen una vida útil de 5 años. Metodología 67 Con esta información individual se propone un estado de pérdidas y ganancias, donde relaciona para cada año: Los ingresos: este valor es 0, ya que es un proyecto que no genera ingresos. Los costos de ventas: estos costos se refieren a la suma del costo de energía, mano de obra y disposición de residuos. La utilidad bruta se calcula como los ingresos menos los costos de ventas. A esta utilidad se le resta los gastos de administración, que se consideran 0 para el balance del proyecto, debido a que esta actividad no hace parte de las operaciones del Banco. A continuación se calcula la utilidad operacional, que es la resta de la utilidad bruta menos el gasto de administración. Para este proyecto no se consideran gastos financieros, por no ser un proyecto financiado por ninguna entidad bancaria, sino por recursos propios. Tampoco se considera impuesto de renta, pues es un proyecto que no genera utilidades. Por lo que la utilidad neta es igual a la utilidad operacional. A continuación se plantea el flujo de caja que se calcula restando a la utilidad operacional la inversión y este valor obtenido corresponde al flujo de caja para cada año. Con estos valores se aplica la fórmula del valor presente neto de Excel (=VNA), que requiere para su cálculo una tasa de interés, la cual se asume de 7,66%, correspondiente a las TES a 5 años, que son los títulos de deuda pública administrados por el Banco. Se considera realizar el cálculo con esta tasa de interés, debido a que el Banco no maneja una tasa de descuento para sus proyectos. Para finalizar el cálculo del valor presente neto, se aplica en la fórmula los valores generados del flujo de caja para cada año a partir del segundo año y se suma el valor del primer año. Estos valores son los comparables entre una propuesta y otra, con lo cual se determina el punto de equilibrio o tiempo de recuperación de la inversión. Los detalles de la muestra de cálculo se presentan en el Anexo B de este documento. 68 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente 3. Resultados y discusión de resultados En este capítulo se presentan los resultados obtenidos a partir de la información suministrada por diferentes entidades y del levantamiento realizado durante los recorridos al edificio en estudio. Así mismo se presentan las consideraciones asumidas para el tratamiento de la información y finalmente se realiza un análisis de los resultados conforme a lo esperado. En la primera parte se presentan los resultados del cálculo del factor de emisión aplicable a cualquier instalación en Colombia que consuma energía eléctrica del SIN. Posteriormente, se realizó una evaluación del edificio conforme a la metodología de auditoría básica (Dall'O', 2013) y evaluación de equipos (UPME, 2016) y se analizó su consumo y su huella de carbono actual, incluyendo consumos totales, consumo de ACPM, distribuciones por dispositivos, temperatura y nivel de iluminación y finalmente se propuso una alternativa para dos de los principales consumidores. 3.1 Cálculo de los factores de emisión por consumo de energía eléctrica en Colombia A partir de la metodología de la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética, 2014) se calculó el factor de emisión para la energía consumida en Colombia para cada mes. Como se observa en la Figura 3-1, los factores de emisión en Colombia oscilan entre 0,15 a 0,20 toneladas de CO2 por MWh, y presentaban incrementos que no superaban las 0,25 toneladas, sin embargo los meses finales del año 2015 y principios del 2016 estuvieron fuertemente marcado por el fenómeno del Niño que afectó toda la región. Esto se vio reflejado en una reducción de la disponibilidad de agua en los embalses lo suficiente para que las plantas termoeléctricas debieran entrar a cubrir la demanda nacional de energía. Tal fue el impacto de la sequía y que algunas termoeléctricas entraron en falla, que de la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG) emitió la resolución 029 de 2016 (Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), 2016) con lo cual se intentó incentivar el ahorro de energía por parte de los colombianos, con el objetivo de que entre todos los usuarios del SIN se ahorrara al menos el 5% de energía, equivalente a 400 GWh en un plazo de 6 semanas, para evitar una crisis mayor que obligara a un racionamiento de energía nacional. Como resultado de los ahorros realizados en todo el país, se alcanzó un ahorro de 1.179 GWh (MINMINAS, 2016) para mediados de abril, con lo cual se eliminó la restricción por parte del gobierno, considerando que entraron en funcionamiento algunas de las termoeléctricas fuera de servicio y parte de los embalses se recuperaron para la entrada en funcionamiento de algunas hidroeléctricas. 70 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Sin embargo, el fenómeno antes descrito, redujo porcentualmente el aporte de la energía hidroeléctrica en el país, por lo que se vio compensada con termoeléctricas, incrementando el factor de emisión hasta a 0,35 toneladas de CO2 equivalente por MWh. Figura 3-1: Factor de emisión de la energía eléctrica en Colombia Fuente: El autor Esto se corrobora en la Figura 3-2, donde se observa que hasta septiembre de 2015 la generación por energía hidroeléctrica era de al menos en 60%. A partir de este mes se observa una reducción de hasta el 46% de la energía hidroeléctrica, que de acuerdo a la metodología de la UPME, esta fuente de energía no genera emisiones de CO2 equivalente. En esta figura también se observa el incremento porcentual de la contribución por parte de gas y de otros. Estos “otros” corresponden a las contribuciones hechas por ACPM, bagazo, carbón, viento, fuel oil, queroseno y jet A1. A contribución de “otros” corresponde principalmente a los aportes realizados por el ACPM y carbón que pasaron respectivamente de participar el 0,3% y el 8,8% en el 2014 al 5,8% y el 12% entre octubre de 2015 y abril de 2016. Figura 3-2: Distribución por fuentes de energía del SIN Fuente: El autor Resultados y discusión de resultados 71 3.2 Determinación del impacto ambiental: Cálculo de la huella de carbono del edificio. Considerando los consumos de energía del edificio y las fuentes de energía en Colombia, se genera la Figura 3-5, la cual se establece la cantidad de combustible consumido cada mes y por el cual se estiman la huella de carbono del edificio, la cual se muestra en la Figura 3-6. Figura 3-3: Consumo de energía por m2 y fuente de energía para el Edificio Principal Fuente: el autor Conforme a la metodología del Protocolo de Gases de Efecto Invernadero (World Resources Institute (WRI) y World Business Council for Sustainable Development (WBCSD), 2016), se realizó el cálculo de la huella de dentro de los alcances 1 y 2. Para esto se multiplicó el factor de emisión calculado por el consumo, mes a mes (Alcance 2). Por otro lado se multiplicó el consumo de ACPM como combustible por el factor de emisión correspondiente, que de acuerdo a la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética, 2016) es de 10.2765 kg/gal, para calcular las emisiones por generación de energía (Alcance 1). Como resultado de este cálculo se presenta la Figura 3-4, donde se observan las emisiones de CO2 del edificio por consumo de energía eléctrica suministrada por el SIN y por consumo de ACPM. Lo que se puede observar en esta gráfica es una breve tendencia a la reducción de las emisiones, originada por la reducción del consumo a partir de 2014 y a un factor de emisión con una tendencia constante en el tiempo hasta octubre de 2015, donde el fenómeno del Niño afectó seriamente los embalses y la disponibilidad de energía dependió en gran medida de las termoeléctricas del país. A partir de octubre de 2015, se observa un 72 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente incremento cercano al 80% de la huella de carbono del edificio por parte de la energía eléctrica suministrada por el SIN. Figura 3-4: Huella de carbono mensual del Edificio Principal Fuente: El autor Por otro lado también se observa una reducción del consumo de ACPM. Únicamente se observa un valor atípico en noviembre de 2013, que se debió a una demanda de energía por autogeneración en las instalaciones por falla del sistema que suministra energía eléctrica de la red principal y considerando que el factor de emisión de la energía eléctrica del SIN es mucho menor que el de ACPM, no se requiere de un suministro significativo de ACPM para incrementar considerablemente las emisiones de CO2 globales de la instalación. Durante la política de ahorro en la que se solicitó por parte del gobierno en marzo de 2016, la autogeneración de energía para sobrellevar el impacto del fenómeno del niño y la intensa sequía que azotó al país, se observa un incremento del 100% de las emisiones generadas por consumo de combustible respecto al consumo de febrero de 2016. Otro de los factores que tiene impacto en el alcance 1 de la huella de carbono, es la emisión de gases refrigerantes, sin embargo esta información no se encuentra desagregada por edificio para todo el Banco, por lo que no fue posible calcular el impacto generado por este factor, sin embargo, se puede considerar como una emisión insignificante, ya que las emisiones generadas por estos refrigerantes contribuyen solamente 0.2% del alcance 1 global de la entidad y al 0.01% de la huella de carbono total. Resultados y discusión de resultados 73 3.3 Evaluación del consumo de energía del Edificio Principal. Para la realizar el estudio de energía del edificio principal del Banco de la República, se siguió la metodología presentada en el capítulo 2 de este documento, que es el resultado de la metodología por Dall’o (Dall'O', 2013) para auditorías energéticas en edificios y por la UPME, para diagnóstico de equipos 3.3.1 Descripción del edificio El Edificio Principal del Banco de la República es un edificio de conservación histórica (Instituto Distrital de Patrimonio Cultural, 2001), que fue construido en 1958. Es un edificio de seguridad, donde anteriormente funcionaba la tesorería principal del Banco, la cual actualmente está funcionando en la Central de Efectivo de Bogotá desde el año 2005. En el edificio principal del Banco se realizan las principales actividades administrativas como banca central del país, cuenta con servicio de restaurante para sus colaboradores, tiene un área aproximada de 29.400 m2 construidos y una planta de personal de aproximadamente 1.000 personas. Este edificio se divide en 13 pisos principales, un mezzanine, un semisótano, 3 sótanos, un ático y la cubierta para un total de 19 niveles. Está ubicado en la carrera 7ª con Av. Jiménez, en la ciudad de Bogotá, que es una ciudad con una altura de 2640 msnm, con temperaturas que oscilan entre los 6 y 22°C. Respecto a sus consumos, el Edificio Principal tiene un consumo cercano a los 130 kWh/m2 al año, lo que lo ubica en el tercer edificio más consumidor de la organización, después de la Fábrica de Moneda y la Central de Efectivo. Esto se debe a que respecto a los demás edificios administrativos del Banco, este es el más grande en área, con mayor densidad poblacional y con mayor número de operaciones ejecutadas. Por otro lado, se trata de un edificio que inició su operación en el año 1958 y está declarado por el Distrito Capital (Alcande Mayor de Bogotá, 2001), como una instalación de conservación por ser considerado un bien de interés cultural para el centro histórico de la ciudad de Bogotá. Por tal condición, se espera que el periodo de funcionamiento del edificio sea muy prolongado en tiempo, además de ser una condición que representa una limitante para modificaciones estructurales de la instalación. 3.3.2 Información de consumos de energía eléctrica del edificio La Figura 3-3 presenta el consumo mensual en kWh/m2, donde se observa en general una reducción de los consumos respecto a los valores del final de 2012 y del primer semestre de 2013, donde superaban los 11 kWh/m2, mientras que a partir del 2014 se observa un consumo con una tendencia regular entre 10 y 11 kWh/m2. 74 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura 3-5: Consumo mensual de energía eléctrica por m2 Fuente: El autor Adicionalmente se evaluó el consumo por hora, lo que dio como resultado la Figura 3-4. Para esta gráfica se calcularon los valores promedio para cada día de la semana y cada hora, donde se observan valores promedio por m2. Para la generación de esta gráfica se descartaron los días festivos, ya que no son representativos de las operaciones realizadas y se comportan como días dominicales. Tomando como referencia la información suministrada por usuarios del edificio y corroborando con la figura 3-4, las actividades se inician a las entre 6 y 7 de la mañana, cuando el personal de servicios generales accede para realizar el aseo de las oficinas. Adicionalmente las personas que laboran en este edificio, tienen la posibilidad de mantener un horario de trabajo de 7 am a 4 pm o de 8 am a 5 pm, sin embargo la tendencia demuestra que en general las personas prefieren el horario que inicia a las 7 am, considerando la facilidad de entrar y salir del centro de la ciudad en ese horario. A las 7:00 am se observa que la curva de consumo inicia una meseta que tiene una tendencia hasta las 4:00 pm, donde empieza un descenso hasta aproximadamente las 8:00 pm y un pequeño pico entre las 11:00 am y la 1:00 pm, donde la mayoría del personal se desplaza para su hora de almuerzo, ya sea dentro del edificio o fuera de él, por lo que se utilizan en mayor medida los ascensores y los hornos microondas. Se observa que las áreas en general no cuentan con sistemas inteligentes de iluminación y por lo general los computadores realizan actualizaciones de seguridad en horas no laborales. Respecto a los suministros de aire acondicionado centralizado para las oficinas, se acuerdo a lo observado y a lo informado por los usuarios, solo se encienden bajo demanda y pocas horas al día, en general después de las 10:00 am o de las 2:00 pm, cuando las oficinas reciben radiación solar directa, pero que debido a los niveles de ruido Resultados y discusión de resultados 75 de la zona, no es posible mantener las ventanas abiertas para ventilación natural, por lo que en estos horarios es donde se incrementa el uso de ventiladores. Por otro lado se observa que la carga base del edificio está alrededor de los 10 Wh/m2, pues es un valor que se mantiene en las horas no laborales como nocturno y días domingo y corresponden a actividades continuas que debe mantener el edificio 24 horas por 7 días a la semana. Entre los equipos más relevantes pos su consumo, que deben mantener este régimen son: Equipos de aire acondicionado para centro de cómputo UPS para equipos de cómputo Ventilador de suministro de aire para el sótano Figura 3-6: Promedio horario por m2 por día de la semana Fuente: El autor 3.3.3 Desagregación del consumo del edificio. En esta parte del capítulo, se observa la desagregación de los consumos del edificio, como resultado del inventario realizado en las instalaciones del mismo. Como resultado de este inventario se identificaron y evaluaron cerca de 19.700 dispositivos, entre los cuales se encontraban equipos propios de trabajo en oficina, sistemas de iluminación y seguridad, equipos para atención de todo tipo de emergencias, como caídas de corriente eléctrica, incendios y seguridad entre otros. También se encontraron dispositivos propios de funcionamiento de cualquier edificio, como equipos de 76 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente ascensores, motores de suministro de agua, iluminación, calefacción y ventilación, y por último se encontraron equipos propios de un restaurante, para disponibilidad exclusiva de los colaboradores del Banco. La relación general de consumo por categoría, subcategoría y dispositivos se encuentra relacionada en el Anexo C de este documento. Para el levantamiento de esta información no se contaba con medidores reales de consumo para cada equipo, por lo que se estableció como criterio, primero el consumo nominal de cada dispositivo, o en su ausencia, se seguiría con el amperaje del equipo y por último se consideró la capacidad del equipo. Una relación general de los dispositivos más comunes en oficinas y sus consumos se presenta en el Anexo D de este documento. Para algunos motores, si se contó con mediciones puntuales, por lo que se utilizaron estos valores para calcular el consumo total. Las horas de funcionamiento se definieron a través de encuestas de hábitos del personal, donde se determinó el tiempo promedio de uso de dispositivos. Así mismo se consideró si los dispositivos requerían reportar un consumo en Modo Sleep o en reposo, en el cual se reduce la potencia del equipo por inactividad, pero sigue consumiendo energía. Un ejemplo de estos consumos son los computadores que quedan encendidos toda la noche. Finalmente, para cada dispositivo se multiplicó su consumo individual por las horas de funcionamiento estimadas en un año, lo que permitió determinar cuanta energía consumió este dispositivo. Este cálculo se replicó para todos los dispositivos inventariados. El resultado final es la suma de todos estos consumos individuales, que estimaron el consumo total del edificio al año en 138,2 kWh/m2. Este valor es muy cercano al consumo facturado por el proveedor del servicio en 2015 que fue de 130,15 kWh/m2. Respecto al consumo calculado (138,2 kWh/m2-año), parte se realizó tomando como referencia las mediciones realizadas en algunos equipos, las cuales son inferiores a las nominales, por lo que en el momento de la medición, no se encontraban a plena carga o con la carga normal de funcionamiento. Esto quiere decir, que se estima que el valor calculado puede ser mayor, pero solo podrá descartarse realizando mediciones continuas de estos equipos, que confirmen o descarten los consumos medidos para este proyecto, ya que se trataron de mediciones puntuales. A continuación, se agruparon estos dispositivos en 8 categorías, como se observa en la figura 3.7, donde: La categoría de alimentos y bebidas se refiere a dispositivos de suministro a los colaboradores en las áreas de oficina, como pequeñas cafeteras y dispensadores de agua y a algunos dispositivos menores del restaurante. Los equipos de apoyo menores se refirieren a algunos para seguridad de las instalaciones o equipos de confort para el personal. Los equipos de apoyo mayores se refieren a los dispositivos que se requieren para el buen funcionamiento del edificio, como motores para ascensores, bombas para el suministro de agua, etc. Los equipos de acondicionamiento localizado, se refieren a los dispositivos de ventilación o de aire acondicionado específicos para un área específica. Los equipos de acondicionamiento centralizado, se refiere a los dispositivos de suministro de aire o aire acondicionado para áreas de gran tamaño. Resultados y discusión de resultados 77 Los sistemas de iluminación, corresponden a todos los equipos de iluminación disponibles, ya sea en las superficies de trabajo, en las zonas de tránsito o en dispositivos de emergencia. Los equipos de oficina corresponden a todos los dispositivos dispuestos para realizar las actividades administrativas en las áreas de oficina. Y finalmente los equipos de respaldo a equipos críticos, que son todos los dispositivos que se requieren asegurar la continuidad de los sistemas de cómputo. Figura 3-7: Distribución de consumo por categoría para todo el edificio Fuente: El autor 78 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente De la Figura 3-7, se observa que las categorías de mayor consumo son: equipos de oficina (27,08%), iluminación (20,36%), sistemas de apoyo mayores (10,17%) y equipos de aire acondicionado centralizado (12,02%), los cuales consumen el 69,63% de la energía eléctrica total. Adicionalmente se realizó una subcategorización, lo que permite identificar los dispositivos que mayor influencia tienen en consumo total del edificio. Esta identificación se presenta en las Figuras 3-8, 3-9, 3-10 y 3-11, como se observa a continuación: Para la categoría de iluminación se identificó que la iluminación para las áreas de trabajo es una subcategoría que tiene gran influencia en el consumo total del edificio, por lo que se desglosó en sus principales componentes, identificando que los bombillos de 32 W y los bombillos de 17 W suman el 14.48% del consumo total del edificio, como se observa en la Figura 3-8. Figura 3-8: Categoría: Iluminación Fuente: El autor En la categoría de Sistemas de apoyo mayores, se identificó la subcategoría de Motores, que consume 6,43% de la energía total el edificio, como se observa en la figura 3-9 Resultados y discusión de resultados Figura 3-9: 79 Categoría: Sistemas de apoyo mayores Fuente: El autor La figura 3-10 muestra la distribución equipos para acondicionamiento de áreas centralizado, donde el aire acondicionado es el que presenta mayor impacto. Figura 3-10: Equipos de acondicionamiento centralizado Fuente: el autor 80 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Respecto a los equipos de oficina, el consumo energético más importante se genera en los computadores de CPU y pantalla independiente, pues consumen el 19.21% del consumo total de las instalaciones, como se observa en la Figura 3-11 Figura 3-11: Categoría: Equipos de Oficina Fuente: El autor Los equipos de la categoría Respaldo a equipos críticos, no cuenta con subcategorización, ya que esta categoría está compuesta por los sistemas UPS para respaldo de todos los equipos de cómputo del edificio y aporta el 11.04% del consumo total. A partir de esta evaluación por distribución de consumos entre categorías, subcategorías y dispositivos, se identifican los dispositivos más consumidores de los cuales se escogieron los computadores de torre y pantalla y los bombillos de 17 y 32 W para desarrollar la propuesta técnica y económica, que se presenta en la Sección 3.7 3.4 Evaluación de iluminación y temperatura En esta sección se presentan los resultados obtenidos de las mediciones del nivel de iluminación y temperatura en las áreas de trabajo. Resultados y discusión de resultados 81 3.4.1 Evaluación de los sistemas de iluminación En esta sección se evalúa el sistema de iluminación, conforme a la metodología propuesta. Como primera medida se identifican los horarios de trabajo, que como se mencionó en la sección 3.3.2, son desde las 7:00 am hasta las 4 pm, cuando se inicia un descenso del consumo. En general, las áreas de trabajo están divididas por paneles de color verde o gris, con tapete gris y las áreas que limitan con estructuras fijas del edificio, columnas o baños, tienen muros de concreto de color blanco, aunque algunas oficinas principales, estos muros cuentan con recubrimiento en madera de color café oscuro. Las lámparas normalmente tienen configuración de cuatro bombillos, cuando se refiere a tubos fluorescentes, para bombillos de bulbo o de bala se cuenta con 1 o 2 máximo. En la gráfica 3-12 se observan los niveles promedio de iluminación por cada piso, sin embargo, la norma establece que los niveles de iluminación mínimos dependen de la actividad o tarea que se realice, tal como se presentó en la tabla 3-1 y verificada en la GTC 8 (ICONTEC, 1994), donde se realizan las siguientes aclaraciones: Para oficinas tipo general y computación un rango de iluminación entre 300 y 750 luxes y para oficinas abiertas entre 500 y 1000 luxes. Para áreas de circulación y corredores entre 50 y 150 luxes. Para áreas destinadas a servicios de almacén y bodegaje entre 100 y 200 luxes. Para áreas para realizar actividades con requisitos visuales simples, como las áreas de restaurante y cocina, se recomienda entre 200 y 500 luxes. Considerando lo anterior, se calculó la iluminación promedio por tipo de área, como se presenta en la tabla 3-1, donde se observa que las oficinas, en general cuentan con niveles aceptables de iluminación, excepto para los pisos 5, 11, 13 y Mezzanine. Las áreas de tránsito cuentan con muy buenas condiciones de iluminación a excepción del sótano 2, el cual no se encuentra en uso, pero dispone de un área para tránsito para inspección. Las áreas de servicio cuentan con buena disponibilidad de luz de acuerdo a lo sugerido y las áreas de alimentos y restaurante presenta niveles de iluminación inferiores en los pisos 3 y del 8 al 11, aunque estas áreas solo se utilizan para lavado de menajes de cafetería y preparación de bebidas para el personal de cada nivel, por lo que los niveles de iluminación no son restrictivos. 82 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Tabla 3-1. Iluminación promedio por nivel y tipo de área medida en luxes. CLASIFICACIÓN DE ÁREA NIVEL DEL EDIFICIO FUERA DE SERVICIO (LUX) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ATICO MZ Sótano 1 Sótano 2 Semisótano TERRAZA 584 794 OFICINA (LUX) RESTAURANTES Y COCINETAS (LUX) 583 712 524 556 339 650 531 568 574 581 358 536 307 381 472 160 263 233 SERVICIO (LUX) TRANSITO (LUX) 187 454 433 487 916 588 782 536 581 544 1,754 459 645 450 269 189 145 152 165 608 951 193 226 151 18 93 18 263 660 686 La Figura 3-12, donde se presenta el nivel de iluminación promedio para cada piso. Conforme a lo establecido en la normatividad vigente, se establece en la resolución 2400 de 1979, en el artículo 83, que la intensidad lumínica para áreas de trabajo en oficina debe ser de al menos 1.500 luxes, sin embargo, el trabajo en oficina se puede considerar como diferenciación de detalles finos, con grado regular de contraste y largos periodos de tiempo que tiene un requisito de 500 a 1.000 luxes. Por otro lado, existen normas más recientes que establecen nuevos parámetros de iluminación en áreas de trabajo, como son la Guía Técnica Colombiana (GTC) 8 de 1994, que establece nuevos rangos de iluminación. Por ejemplo, los trabajos realizados en oficinas, se considerarían como “Tareas con requisitos visuales medianos”, que de acuerdo a los ejemplos establecidos en el anexo B.3 de esta guía, se establece que los niveles de iluminación deben estar entre 300 y 750 luxes, pues son oficinas de tipo general, con actividades de computación, donde las personas encuestadas manifestaron sentir confort visual con una intensidad alrededor de los 500 luxes. Considerando lo anterior, se calculó el promedio de intensidad lumínica medida en cada piso del edificio, dando como resultado la Figura 3-12. Resultados y discusión de resultados 83 Cabe aclarar que los valores reportados en la Figura 3-12 son valores promedio de las mediciones realizadas durante el levantamiento de información del edificio, por lo que los valores reportados se ven influenciadas por zonas de baja luminosidad, como corredores y pasillos, que de acuerdo a la GTC 8, deben tener una intensidad de 50 a 150 luxes. A continuación se presentan las gráficas de distribución del edificio en lo que se refiere al consumo por iluminación y nivel de iluminación Figura 3-12: Nivel de iluminación promedio para cada piso Fuente: El autor En esta figura se observa que entre los pisos de mayor intensidad lumínica está el semisótano, que se debe a que es uno de los pisos que recientemente han sido reformados y cuentan con oficinas y con una hemeroteca disponible para uso del público, por lo que los sistemas de iluminación instalados son muy eficientes. Otro piso que también cuenta con una intensidad lumínica alta es el piso 13, en el cual se desarrollan actividades de restaurante por lo que la iluminación registrada corresponde principalmente a la disponibilidad de luz natural en el área. 84 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Por otro lado, las áreas con menor intensidad de iluminación son los sótanos, esto se debe a que en estas áreas se encuentra principalmente maquinaria o se encuentran fuera de servicio, por lo que no se desarrollan actividades por el personal. Figura 3-13: Distribución del consumo de energía eléctrica por iluminación (%) Fuente: El autor En la Figura 3-13 se observa que el piso 3, presenta el mayor consumo energético por iluminación respecto al resto del edificio, esto se debe al tipo de bombillos y a que en la mitad del piso hay un vacío, por lo que esta iluminación debe llegar hasta el piso 2. Por otro lado, el piso que menos consume corresponde al piso 13, ya que por la disponibilidad del área se puede hacer un mejor uso de la luz natural. También el área de cubiertas presenta un valor bajo de consumo de energía respecto al resto del edificio, esto se debe a que las tareas realizadas en esta área no requieren mayor detalle y solo se hace uso de luz artificial para realizar trabajos de mantenimiento cuando se requiere, por lo que la iluminación en esta área es leve la mayor parte del tiempo. Resultados y discusión de resultados 85 3.4.2 Evaluación de temperatura ambiente en áreas de trabajo Figura 3-14: Temperatura promedio para cada piso Fuente: El autor Esta sección presenta la temperatura promedio de cada nivel del edificio, el cual no puede ser comparado con ninguna norma colombiana por cuanto la misma no establece un rango de confort del personal, por lo que se toma como referencia el Real Decreto 486 de 1997, Anexo III (Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, 1997), donde se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo. En este decreto se reglamenta que la temperatura adecuada para ejercer actividades de oficina debe estar entre 17 y 27°C, por lo que conforme a esta referencia, la temperatura de las áreas de trabajo del edificio en estudio es adecuada, aunque en los últimos 5 pisos pueden estar presentando altas temperaturas, como se observa en la Figura 3-14. Esto se debe principalmente a que por su altura reciben mayor radiación solar directa que las oficinas de pisos inferiores, sin embargo varios usuarios del edificio manifestaron que se presentan fuertes variaciones de temperatura durante el día y la época del año, inclusive desde los primeros niveles del edificio. También estas variaciones pueden darse 86 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente por la alta concentración de personal que regularmente mantiene sus equipos de cómputo encendidos durante toda la jornada, lo que incrementa la temperatura de las áreas especialmente en las horas de la tarde. 3.5 Evaluación de equipos críticos Esta sección presenta los grupos de equipos que son considerados de interés para su evaluación, por lo que se presenta una breve descripción de las condiciones actuales: Aire acondicionado localizado Equipos de cómputo de pantalla grande y pequeña Equipos con evaluación de potencia y voltaje Instalaciones generales Equipos de refrigeración Torres de enfriamiento Bombas de agua fría NOTA IMPORTANTE: Por tratarse de un edificio de alta seguridad y teniendo en cuenta los procesos que allí se realizan y la restricción al acceso de información que la organización considera como sensible, no se especifican marcas o modelos específicos de los equipos, por lo que solo se presentan los resultados de las evaluaciones realizadas. Considerando el alcance del proyecto, la segunda fase del mismo deberá contener el diagnóstico detallado de cada equipo que se considere crítico por su consumo, sin embargo a continuación se presenta una evaluación preliminar realizada para algunos de los equipos identificados como relevantes. 3.5.1 Aire acondicionado localizado El equipo de aire acondicionado evaluado, correspondió al equipo ubicado en el centro de cómputo. Este es un equipo de uso exclusivo y especializado para el servicio que está prestando, por lo que debe mantener condiciones de humedad y temperatura específicas. Como resultado de la verificación realizada para este equipo se obtiene la tabla 3-5. Tabla 3-2. Evaluación del equipo de aire acondicionado del centro de cómputo Característica Operación Requisitos del sistema Observación El área se observa totalmente aislada con muros de concreto y paredes y puertas de vidrio que se mantienen cerradas. Posee un piso y un techo falso para facilitar la distribución de la corriente de aire. Cuenta con sistema de cortinas para evitar el calentamiento por radiación solar. Se observa que internamente existen subdivisiones de las áreas y que los sistemas de refrigeración se enfocan en puntos específicos, lo cual se hace más eficiente. El área de operación del personal se encuentra aislada para que no presenten inconvenientes por baja temperatura. Resultados y discusión de resultados Control de pérdidas 87 Considerando que los límites son concreto y vidrio, se considera un aislamiento aceptable. Adicionalmente en las áreas de refrigeración, se mantienen apagados los bombillos para evitar el calentamiento por los mismos. De acuerdo a la ficha del equipo, su capacidad nominal es de 70 kW. Sin embargo, para calcular la capacidad necesaria por el sistema, es necesario estimar una carga de refrigeración, que está en función de las actividades y los equipos en el área. Dado que lo que se evaluar, es que la capacidad del equipo sea adecuada para la demanda, no se puede estimar la carga refrigerante con un factor empleado para un área de oficinas normal, sino que está en función de la cantidad de dispositivos de cómputo, la configuración de distribución del aire, el índice de enfriamiento de rack y el índice de temperatura de retorno, entre otros. Considerando lo anterior, esta evaluación del sistema de refrigeración excede del alcance de este proyecto, sin embargo, si se considera importante evaluar conforme a lo sugerido por Behzad (Behzad Norouzi-Khangah, 2016) para la siguiente fase del proyecto en la organización. 3.5.2 Equipos de cómputo Tanto los equipos de cómputo como los de iluminación se evaluaran en la sección 3.6 que incluirá una alternativa tecnológica y una propuesta económica. 3.5.3 Evaluación de potencia y voltaje De los recorridos realizados durante el inventario de dispositivos, se identificaron 152 equipos, entre aires acondicionados que se componen principalmente de manejadoras y compresores, motores de ascensores y ventiladores, entre otros. De estos equipos se realizaron las mediciones sugeridas por el documento de la UPME sobre “Eficiencia Energética en Motores Eléctricos” a 52 equipos, para evaluar su funcionamiento. Los equipos restantes, no se incluyen en la evaluación, ya sea porque no se cuenta con las placas de identificación disponibles, información de marca y modelo del equipo, se encuentra fuera de funcionamiento o fuera de servicio, presentaba dificultades de medición o porque la información capturada era insuficiente para realizar el diagnóstico. Voltaje de los dispositivos: Para establecer el voltaje y el amperaje suministrado, se utilizó una pinza voltiamperimetrica, con la cual se midió cada fase del motor y se comparó con el voltaje y amperaje nominal. Cada medición de voltaje se repitió 2 veces, mientras que las mediciones de amperaje se repitieron de 3 a 5 veces. Los resultados se presentan en la Tabla 3-6. 88 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Tabla 3-3. Mediciones de voltaje y amperaje de los equipos evaluados. Resultados y discusión de resultados 89 Se observa que para todos los casos, el voltaje promedio suministrado es muy cercano al nominal y las tres fases presentan muy poca variación entre ellas, por lo que se puede inferir que no presenta desequilibrio. Sin embargo esto no se puede descartar hasta realizar las mediciones de las ondas sinusoidales, que no fue posible medir por disponibilidad de equipos. Inspección física de los equipos: Respecto a las condiciones físicas y su cableado, se observa en buen estado sin presentar desorden, cables pelados o desgastados y buenas condiciones de aseo. Esto debido a que el mantenimiento preventivo programado para estos equipos se realiza todos los meses. Durante la rutina de mantenimiento se incluye la limpieza, inspección del equipo y verificación de parámetros de funcionamiento del equipo. De estos mantenimientos en el mes de julio de 2016, se informó que el 69% de los equipos reportados en la tabla 3-6 tiene una operación normal, el 12% requiere cambio de correa y el 19% requiere otro tipo de mantenimiento adicional, como pintura o cambios de piezas. A partir de los valores de voltaje y amperaje medidos, se calcularon las potencias de los equipos. Como resultado se observa que en algunos casos son menores a lo calculado como consumo nominal.. De cualquier modo, para poder evaluar la potencia de los equipos medidos respecto a la carga, es necesario realizar mediciones continuas en un periodo de tiempo determinado, de modo que los equipos puedan someterse a diferentes cargas y estas sí ser comparadas con la potencia nominal. Carga del motor: De acuerdo a lo informado por el personal técnico, las conexiones con las que cuenta el equipo, son instaladas de acuerdo a lo sugerido por el fabricante o son ajustadas por personal especializado. 3.5.4 Instalaciones eléctricas De las instalaciones eléctricas en general, no se observaron cables pelados, o circuitos sobrecargados. Inspección visual Tablero: Los tableros inspeccionados se observaron adecuadamente señalizados y presentaron interruptores de protección debidamente identificados. Cableado y canalizaciones: Debido a que se encuentran empotrados, no fue posible verificar el estado de cables o canalizaciones. Tomacorriente: las tomacorriente inspeccionadas en las áreas, se encontraban en buen estado, aseadas y con carga adecuada, es decir que no se encontraron acoples para realizar múltiples tomas en un solo enchufe. Sistema de puesta a tierra: No fue posible verificar la puesta a tierra, por lo que no se pudo confirmar si se cumplían con las especificaciones requeridas. 3.5.5 Equipos de refrigeración Por otro lado se verificaron las neveras para congelación y refrigeración disponibles en la cocina del edificio y se encontraron las siguientes condiciones: 90 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Tabla 3-4. Verificación de equipos de refrigeración del restaurante. Nevera Citalsa Refrigerador Lassele Ubicación En lugar fresco y retirado de fuentes de En un lugar lejos de fuentes de calor, pero calor frente a la ventana donde se expone a la radiación solar en las horas de la mañana. Termostato En el rango de 1 a 10, se encuentra De acuerdo a lo observado en el tablero, la ubicado en 7, con una temperatura de temperatura es de – 19°C, cuando lo 2,8°C, cuando el rango sugerido es de 2 a sugerido es entre -10 a -12°C. 4. Número de aperturas Se estimó alrededor de 30 veces al día. Se estimó alrededor de 15 veces al día. Aunque se observa que mientras se Aunque se observa que mientras se extraen los alimentos requeridos, las extraen los alimentos requeridos, las puertas permanecen abiertas para evitar puertas permanecen abiertas para evitar abrirlas nuevamente. abrirlas nuevamente. Sistema sin escarcha Se evidencia que el equipo no presenta formación de escarcha Estado de caucho de las puertas y recubrimiento aislante Se observa buen estado de los cauchos y del material de recubrimiento interior de las paredes y las puertas Aseo del condensador y demás dispositivos del equipo No se puede verificar el estado del condensador y demás por cuanto el equipo cuenta con tapa en la parte exterior 3.5.6 Torres de enfriamiento Respecto a las torres de enfriamiento no se cuenta con ninguna información por cuanto son equipos antiguos, de los cuales se verifican las condiciones de voltaje, pero no existen registros de temperaturas o consumos de agua, ni de energía. Tampoco se cuentan con planos o fichas del equipo. Por otro lado, durante la inspección física se observó un buen estado de la estructura, sin formación de cascada, canalización, rocío o incrustaciones. Dadas las condiciones de ubicación del motor, no fue posible verificar la placa del mismo, aunque mediante los tableros de control se verificó que el voltaje es en promedio de 449, con un nominal de 450 y una corriente medida de 4,9 A en promedio. 3.5.7 Bombas de agua fría: Las bombas de agua fría alimentan los chiller. Son un sistema de 7 bombas que trabajan alternándose. Resultados y discusión de resultados 91 De acuerdo a lo observado, la placa del equipo no suministraba ninguna información sobre la carga, caudal o consumo, sin embargo si relacionaba la marca y la referencia, la cual permitió identificar información de las curvas características del sistema. Respecto al fluido que se maneja en las bombas es agua del acueducto de la ciudad que por los esfuerzos a los que es sometida, no presenta cambios de fase y tiene una densidad cercana a 998 kg/m3. Información del motor acoplado: El motor tiene una potencia de 15 HP, con un voltaje nominal de 440 V y un amperaje nominal de 21,6 Amp. De acuerdo a las mediciones realizadas, los equipos presentan un voltaje promedio de 441,1 V y un amperaje de 13,1 Amp. Es decir que registra un amperaje 39% por debajo de lo nominal y el voltaje esta 0,3% por encima de lo nominal. Mediciones: Dadas las condiciones de los equipos que se encuentran en funcionamiento y el alcance de este proyecto no fue posible determinar los valores de caudal, carga y temperatura. 3.6 Evaluación del diseño arquitectónico Para la presentación de la evaluación del diseño arquitectónico, se presenta la tabla 3-8, que compara de acuerdo al criterio, el cumplimiento respecto a las características actuales del edificio. Tabla 3-5: Evaluación del diseño arquitectónico. Criterio Diagnóstico Observación Los vientos predominantes para la ciudad, medidos en el aeropuerto el dorado (IDEAM, 2016), son prevenientes del Noreste de la ciudad, mientras que el edificio está ubicado casi perpendicularmente al norte por el costado del parque Santander, por lo que el aprovechamiento de los vientos no es el más eficiente. Adicionalmente, el nivel de ruido del sector no permite el aprovechamiento de las corrientes de aire, ya que las ventanas deben permanecer cerradas. Dirección predominante del viento No cumple Sensor de ocupación No cumple En la mayoría de las áreas el encendido y apagado de la iluminación se realiza con interruptores de corriente No cumple El edificio no cuenta con sistema de generación de energía por paneles No cumple El edificio cuenta con ventanales en sus cuatro costados Generación de energía por paneles solares Aislamiento térmico de fachada 92 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Control de iluminación para aprovechamient o de luz solar No cumple Variabilidad de montajes Cumple Sistemas de inclusión para personas discapacitadas Cumple Los sistemas de iluminación son por interruptor La mayoría de las oficinas son modulares para permitir su redistribución de acuerdo a las necesidades Todas las áreas de trabajo administrativo cuenta con acceso para personal discapacitado. Solo áreas especiales de maquinaria presentan restricción. 3.7 Propuesta de mejoramiento y evaluación económica De acuerdo a la distribución de consumos evaluada en la sección 3.2.2, se determinó que la propuesta de mejoramiento y la evaluación económica se realizarían sobre los bombillos de 17 W y 32 W para los sistemas de iluminación y sobre los computadores de CPU y pantalla independiente. Como resultado, se realizaron las siguientes consideraciones: Las horas de funcionamiento de los bombillos al año es de 2964 horas. Las horas de funcionamiento de los computadores es de 1820 horas al año. Conforme a lo consultado con el Departamento de Infraestructura del Banco, la tarifa de la energía tiene dos consideraciones: El 40% de la factura es regulada, por lo que no es negociable y se estima con un valor promedio de $135/kWh que va aumentando con los años de acuerdo a la inflación. El 60% restante de la tarifa, no es regulada sino negociable por el Banco, para lo cual se estima un valor promedio de $164,5/kWh y que aumenta un 15% anual. Respecto a la inflación, no se encontraron proyecciones para los siguientes 6 años, por lo que se asumió en todos los casos evaluados que la inflación para el año 2 y 3 es del 4% y para los años 4, 5 y 6 es del 3%, considerando que el 3% es la meta de inflación por el Banco. 3.7.1 Cambio de iluminación. Para el reemplazo de tecnología de iluminación, se consultó a un proveedor de bombillos (General Electric) sobre una alternativa para realizar el reemplazo de los tubos de 32 W y de 17 W, a lo que propuso los siguientes productos: Para el reemplazo de las bombillas de 17W y 60 cm de longitud, el proveedor propone un tubo LED de 8 W, 800 lm y una temperatura de luz de 6500 K, por un valor de $30.000. Para el reemplazo de las bombillas de 32W y 120 cm de longitud, el proveedor propone un tubo LED de 14,5 W, 1650 lm y una temperatura de luz de 6500 K y una vida útil de 30.000 horas por un valor de $40.000. De acuerdo a lo consultado en los catálogos de los bombillos ofrecidos, estos productos tienen una vida útil de 40.000 horas. Resultados y discusión de resultados 93 Con estas consideraciones se realizó el cálculo del valor presente neto para 6 años, con las siguientes consideraciones: Se realiza el cambio de todos los bombillos de 17W y 32W, independientemente de si están prendidos o apagados y posterior al cambio, todos permanecen encendidos durante el tiempo de evaluación. Se asume que no hay financiación. Se asume que la tasa de descuento de la inversión para los flujos es del 7,66%, que corresponden a los TES del Banco a 5 años. Esto se asume considerando que el Banco no maneja una tasa de inversión para proyectos. Se asume un valor de $5.000 la hora hombre para el reemplazo de las bombillas y se asume un tiempo de cambio por bombilla de 30 minutos. Se debido a que durante el tiempo de evaluación no se requiere hacer cambio de bombillos LED, se asume que el peso de disposición correspondería al peso de los bombillos fluorescentes que se dispondrían por hacer el cambio de tecnología. Se establece que el valor promedio de disposición de residuos es de $928/Kg. Con estas consideraciones se calcula el estado de pérdidas y ganancias (P&G) y finalmente el flujo de caja. Con los resultados de este flujo de caja a 6 años, se calcula el valor presente neto (VNA) para cada año, utilizando como tasa de interés el TES de 7,66%. Una vez finaliza esta evaluación, se inicia con la evaluación económica de los bombillos existentes. Para esto se consultó en un almacén de cadena (Homecenter – Calle 26, el 14 de mayo de 2016), la información correspondiente a los bombillos de 17W y 32W, por lo que se consideran las siguientes condiciones de los productos: Los bombillos de 17W y 60 cm de longitud, tienen un valor de $3.900, una vida útil de 15.000 horas y un peso de 200 g. Los bombillos de 32W y 120 cm de longitud, tienen un valor de $3.900, una vida útil de 15.000 horas y un peso de 300 g. El tiempo estimado de cambio de estas bombillas es de 20 minutos por cada una. Una vez se cuenta con la información de los productos, se entra a establecer las consideraciones del cálculo: Al igual que los bombillos LED, se asume que no hay financiación. Se asume una tasa de descuento de la inversión del 7,66%. Se asume un valor de $5.000 la hora del técnico que realizaría el cambio de bombillos. Se establece un valor de disposición de residuos de $928/Kg. Se considera que todas las bombillas que son instaladas se envían a disposición. Para el cálculo de la energía consumida se establece en un primer panorama (Situación actual 1) que la relación de bombillas encendidas y apagadas se conserva. Para un segundo escenario, se supone que todas las bombillas instaladas están en funcionamiento (Situación actual 2) Nuevamente con esta información, se calcula el estado de pérdidas y ganancias (P&G) y el flujo de caja a 6 años y se calcula el valor presente neto (VNA) para cada año, con una tasa de interés del 7,66%. Como resultado de esta evaluación se obtiene la Figura 3-18, 94 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente donde se observa que para el escenario 1 se alcanza un equilibrio casi a los 5 años, mientras que para el escenario 2, el equilibrio se alcanza casi a los 2 años y medio. Figura 3-15: Valor presente neto para cambio de bombillos Fuente: El autor Inicialmente, se puede considerar que bajo el escenario 2, la alternativa de iluminación LED, podría tener un punto de equilibrio muy lejano, sin embargo este escenario contempla que la proporción de bombillos encendidos y apagados se conserva, lo que implica que el 34.5% de los bombillos se mantienen apagados por diferentes razones, ya sea porque la proximidad con las ventanas y la disponibilidad de luz natural conlleve a que son innecesarias para ciertas áreas, porque están fundidas o porque los usuarios consideran que no son requeridas en las áreas para su confort, por lo que son desactivadas. 3.7.2 Cambio de equipos de cómputo. Para el cambio de tecnología de los equipos de cómputo se consultó a la Unidad de Soporte y Continuidad Informática del Banco, la cual es la encargada de suministrar los equipos de cómputo a los usuarios del Banco. Como resultado de esta consulta, la Unidad informa que el costo de los equipos para cambio (torre y pantalla) tienen el mismo precio nominal que los computadores que actualmente se están suministrando, que son marca DELL integrados, pero la única variación que presentan es la variación del precio del dólar, por lo que para efectos de evaluación de tecnologías, es válido asumir el mismo valor para ambos equipos. De acuerdo a lo informado por la Unidad, el valor de los computadores integrados que actualmente se suministran tienen un costo de $2’438.000. Sin embargo, el precio que se asume para los equipos actuales es de $2’300.000, por tratarse de una tecnología anterior. Para las consideraciones de cada caso evaluado se estableció: El consumo de los equipos de torre y pantalla pequeña es de 256W y que el consumo de los equipos de torre y pantalla grande es de 262W. Resultados y discusión de resultados 95 El consumo de los equipos integrados es de 150W. Las horas de operación de los equipos nuevos y existentes es de 1820 horas al año. El tiempo de instalación de cada equipo es de 30 minutos, tanto para los de torre como para los integrados. El peso de los computadores de torre con pantalla pequeña es de 11.7 Kg y que el peso de los equipos con pantalla grande es de 12.4 Kg. El peso de los equipos integrados es de 7 Kg. Se asume que los equipos después de su vida útil son dispuestos como residuo y no son donados. El precio por disposición de residuos es de 928/Kg De acuerdo a lo informado por la Unidad de Soporte, los equipos nuevos tienen una vida útil de 3 años, mientras que los antiguos tienen una vida útil de 5 años. Con esta información, nuevamente se realiza el cálculo de pérdidas y ganancias y posteriormente el flujo de caja para cada equipo, dando como resultado la Figura 3-19: Figura 3-16: Valor presente neto para cambio de computadores Fuente: El autor De esta gráfica se observa que el punto de equilibrio se alcanza a los 2 años de la inversión inicial, sin embargo para el año 4 el valor presente neto de los computadores integrados es mucho mayor que para los equipos de torre. Esto se debe a que la vida útil de los computadores nuevos es 2 años menor que la vida útil de los computadores existentes. 3.7.3 Resultado de la evaluación económica y ambiental Para evaluar el resultado de esta propuesta desde el punto de vista ambiental, se estableció que se realizaría tomando como referencia un periodo de un año. Como primera medida se asumió un factor de emisión de 0.211 Kg de CO2/kWh para el año. Luego para cada caso se estableció el consumo anual y se calcularon las emisiones, dando como resultado la Tabla 3-9. 96 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Tabla 3-6: Emisiones generadas por tipo de tecnología según el caso de estudio Dispositivo evaluado en un año Iluminación actual - Escenario 1 Iluminación actual - Escenario 2 Iluminación LED Computadores actuales Computador integrado Fuente: El autor Consumo (kWh) 568.516 859.693 360.070 320.436 185.913 Emisiones generadas (Kg de CO2) 119.957 181.395 75.975 67.612 39.228 Si se contemplara solo el escenario 1 respecto a la iluminación, el ahorro sería de 208.446 kWh, equivalente al 5.3%, mientras que el ahorro por cambio de computadores de torre y pantalla por integrados dejaría un ahorro al año de 134.523 kWh, equivalente al 3.4%. Esto daría un ahorro total de 342.969 kWh al año, lo que representaría un ahorro aproximado de 8.7%, equivalente a $102’719.216 al año. 4. Conclusiones y recomendaciones 4.1 Conclusiones De acuerdo a lo observado en la figura 3-1, el factor de emisión calculado para el consumo de la energía eléctrica, presentó un incremento del 133% entre los meses de septiembre de 2015 a marzo de 2016, donde el territorio nacional sufrió los efectos del fenómeno del niño, trayendo como consecuencia una intensa sequía que limitó la producción de las plantas hidroeléctricas y por lo tanto se incrementó la producción para el sistema interconectado nacional de las plantas termoeléctricas. Esto demuestra que los efectos climáticos tienen un impacto importante en la producción de energía y en la huella de carbono de los edificios. Esto se demuestra en la gráfica 3-4 de la huella de carbono de la organización, que durante los meses donde se intensificó el fenómeno de El niño, la huella de carbono total se incrementó en 80% a partir de octubre de 2015. A partir de la información suministrada por el proveedor del servicio de energía, se calculó un consumo total anual de 130 kWh/m2. De la gráfica 3-6 se determinó que el consumo base del edificio es de 10 Wh/m2 que corresponden al consumo de los equipos de operación continua. De esta gráfica también se observa, que el horario pico de consumo se da entre las 11 am y las 2 pm, pues en este horario la mayoría de los equipos tienen su pico de funcionamiento por desplazamiento del personal a la hora de almuerzo. Por ultimo de esta gráfica se observa que el horario normal de trabajo empieza desde las 7am y empieza su descenso desde las 4 pm hasta las 8 pm aproximadamente. Con el inventario de los dispositivos, se identificaron las siguientes 8 categorías: alimentos y bebidas, equipos de apoyo menores y mayores, equipos de acondicionamiento centralizado y localizado, sistemas de iluminación, equipos de oficina y equipos de respaldo a equipos críticos, siendo las más consumidoras iluminación, con un aporte del 20,36% y equipos de oficina con un aporte del 27,08%. Este último se debe principalmente a los equipos de cómputo que aportan la mayor parte de este porcentaje. El consumo real para 2015 fue de 130,15 kWh/m2 y el estimado a partir del inventario, los tiempos de operación y su consumo estimado, fue de 138 kWh/m 2, lo que es muy cercano al valor real. Sin embargo el valor calculado por el inventario podría ser mayor, considerando que los consumos medidos, son inferiores a los nominales por tratarse de mediciones puntuales a una carga inferior de la normal de trabajo. Adicionalmente los equipos medidos, no corresponden a los equipos más consumidores de la instalación, pues los sistemas de apoyo aportan solo el 10% del total estimado, considerando que el tiempo de trabajo es bajo y se cuenta con pocas unidades disponibles. Respecto al 98 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente aire acondicionado centralizado, se estima que aporta el 12% del total y los equipos medidos tienen su pico de funcionamiento hacia el mediodía y las primeras horas de la tarde, por lo que el amperaje medido pudo ser mucho menor que el normalmente operado. Respecto a la evaluación de iluminación se concluyó que en general las instalaciones cuentan con niveles aceptables de iluminación en las áreas de acuerdo a su función, sin embargo se presentaron pisos con niveles por debajo de lo recomendado. Por ejemplo para oficinas, donde lo recomendado es entre 500 y 1000, en los pisos 5, 11, 13 y mezzanine se encontraron valores de 339, 358, 307 y 263 respectivamente. Para las áreas de tránsito se observó que el sótano 2 presentaba niveles de iluminación de 18, cuando lo recomendado es entre 50 y 150 luxes. Y finalmente, para las áreas de restaurante y alimentos, se encontró que las cocinetas de los niveles 3, 8, 9, 10 y 11, estaban por debajo de lo recomendado (200 y 500 lx) con valores de 160, 189, 145, 152 y 165, respectivamente. En lo referente a las mediciones de temperatura, se encontró que en la mayoría de los pisos la temperatura es confortable, sin embargo los últimos pisos, presentan lo niveles más elevados. Esto se debe a que reciben mayor radiación solar en las horas de la tarde. El piso 9 alcanzo temperaturas de 27°C, lo que limita la temperatura de confort para el personal. Se realizó una evaluación detallada de los equipos considerados de interés para el estudio, entre los cuales está el sistema de aire acondicionado del centro de cómputo, los computadores y bombillos, bombas de agua y motores. Como resultado de esta evaluación, se encontró lo siguiente: o o o o El aire acondicionado del centro de cómputo cuenta es un sistema de alta precisión. El área se encuentra despejada, aislada con paredes y puertas en vidrio, tiene piso y techo falso para distribución de las redes de refrigeración, las ventanas al exterior cuentan con cortinas para evitar la radiación, por lo que se observa que de acuerdo a los estándares físicos se está cumpliendo, sin embargo no fue posible verificar que los aires dispuestos son adecuados para la necesidad, ya que esto implica una evaluación mayor de información que no se encuentra disponible. Respecto a los equipos de cómputo y los bombillos se realizó una evaluación económica y se comprobó que el cambio de tecnología es favorable para reducir los consumos energéticos y la huella de carbono y que son recuperables para los bombillos entre 2 y 5 años, pero los equipos de cómputo no se recuperan en menos de 5 años. Esto debida a que la vida útil de los computadores nuevos es de tres años, cuando los antiguos son de cinco. Respecto a las bombas de agua, no fue posible determinar si el funcionamiento es eficiente o no, debido a que se requerían mediciones adicionales que no estaban disponibles. Para la evaluación eléctrica de equipos, se aplicó la metodología para evaluación de motores eléctricos, que consta verificar la calidad de la energía eléctrica suministrada y compara la potencia real respecto a la nominal. Como resultado de esto se concluye que la calidad de energía suministrada es buena. Por otro lado la Conclusiones 99 potencia medida fue menor en algunos equipos respecto a la nominal. Esto se debe principalmente a que son mediciones puntuales y que su medida pudo ser en horas de baja demanda, por lo que no es representativa del sistema. Adicionalmente, se inspeccionaron las conexiones eléctricas de los tableros tanto de equipos como el general de los pisos y se encontraron en buen estado y perfectamente señalizado, sin embargo no se pudo verificar las puestas a tierra n i las canalizaciones. Respecto a la toma eléctrica, se observaron en buen estado, aseadas y sin sobrecarga de equipos. Se inspeccionaron las neveras del restaurante y se encontró que no presentan problemas de aseo, deterioro de los equipos o escarcha. Sin embargo si se encontró que una de ellas está expuesta a los rayos solares y que ambas neveras, están trabajando con temperaturas en el rango más bajo de lo recomendado. Por ejemplo, la nevera para almacenar congelados, tiene una temperatura de -19°C cuando lo recomendado es de -10 a -12, y la nevera de conservación, maneja una temperatura de 2,8°C cuando lo recomendado es entre 2 y 4°C. Se realizó una comparación de los estándares de construcción del Banco para el desarrollo de edificios eficientes, entre los cuales se evalúan condiciones tales como, aprovechamiento de corrientes de aire, sensores de ocupación vinculados con la iluminación, generación de energía por paneles solares, aislamiento térmico de fachada, aprovechamiento de luz natural, variabilidad de montajes y sistemas de inclusión para personas discapacitadas, de la cuales solo se está cumpliendo con variabilidad de montajes y sistemas de inclusión. 4.2 Recomendaciones Se recomienda estudiar la posibilidad de realizar la instalación o actualización de software previa programación, a fin de evitar que los equipos de cómputo permanezcan encendidos las 24 horas durante toda la semana y por lo tanto permitir que los equipos se apaguen al final de la jornada laboral. Estudiar la viabilidad de instalar películas polarizadas en las ventanas externas del edificio, con el propósito de reducir la radiación directa del sol y por tanto mejorar la eficiencia de los sistemas de aire acondicionado. Desarrollar e implementar programas de sensibilización a los usuarios del edificio para desincentivar el uso de ascensores en desplazamientos cortos. Así mismo, programas que pueden ir enfocados al ahorro de energía en los puestos de trabajo, tales como desconexión de equipos de personal en vacaciones y apagado de iluminación al término de la jornada. Reemplazar los bombillos de 17W y 32W identificados por bombillos tipo LED, ya sea por tubos o evaluar la posibilidad de instalar paneles, que reemplazarían las lámparas de 4 tubos fluorescentes actuales. 10 0 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Se recomienda adelantar una consultaría en ingeniería que permita hacer un diagnóstico completo de los niveles de iluminación de las distintas áreas de trabajo, de tal forma que se pueda identificar aquellas áreas críticas y se pueda proponer algún tipo de intervención a las redes eléctricas internas así como la instalación de dispositivos eficientes de iluminación. Adicionalmente, para los sistemas de iluminación, implementar sensores de ocupación, en función del ingreso y salida del personal. También puede evaluarse la posibilidad de instalar detectores de movimiento en el área de hall de ascensores y en áreas de poca permanencia. En lo referente a las áreas refrigeradas 24 horas, se sugiere evaluar la posibilidad de incrementar la temperatura ambiente en dichos recintos, de modo que se reduzca la carga asignada a los equipos de aire acondicionado. Inspeccionar los ductos de aire acondicionado centralizado, con el fin de identificar posibles obstrucciones y caídas de presión del sistema. Adicionalmente, evaluar la posibilidad de la refrigeración por sectores donde se requiera. Incrementar la instalación de computadores integrados de bajo consumo energético, que permita incrementar el ahorro de energía eléctrica, puesto que se ha demostrado que los equipos de cómputo son uno de los dispositivos de mayor consumo energético dentro del edificio. Asegurarse que los refrigeradores y neveras no estén expuestos directamente a los rayos del sol, mediante el uso de persianas o películas polarizadas. Por otro lado, ajustar la temperatura con el fin de garantizar el uso eficiente de mencionados equipos. Respecto a los equipos de apoyo mayores, como motores, ventiladores y bombas, se sugiere realizar mediciones continuas más detalladas. Esto permitirá determinar el consumo real y la carga real que deben cubrir estos equipos y evaluar su eficiencia. Por otro lado, también se sugiere la instalación de medidores de presión, caudal de agua y aire para los sistemas de bombeo y torres de enfriamiento de modo que permita hacer un seguimiento de su eficiencia. Evaluar las instalaciones eléctricas dispuestas en las oficinas, para identificar cortos, bajas de voltaje, puntos de recalentamiento y estado de las conexiones. Esto permitirá identificar posibles pérdidas de energía. A. Anexo: Memoria de cálculo de factores de emisión Consolidado de consumo de combustible (MBTU) Una vez se descargan los archivos de consumo de combustible de los años a evaluar, conforme se explicó en la sección 2.1.1 del capítulo de la Metodología, se unen en uno solo, adjuntando los datos de 2013 después de los datos de 2012 y los datos de 2014, debajo de los de 2013 y se continúa adicionando los datos hasta completar de 2016 a la fecha. Como resultado se obtiene un archivo con una matriz como la que se observa en la Figura A-1: Figura A-1: Consolidado de consumo de combustible. Fuente: XM, 2016 A este archivo se le adiciona una columna adicional a la derecha que se llama Mes-Año y de acuerdo a la fecha de la primera columna, se registra el año y mes correspondiente, de manera que queda como en la Figura A-2: 10 2 Figura A-2: Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Consumo de combustible con la adición de columna. Fuente: XM, 2016 A continuación se hace clic en el menú Insertar y luego clic en Tabla dinámica, donde aparecerá una nueva ventana que solicita seleccionar el rango y la ubicación, para lo cual se debe asegurar que en la selección se toma toda la matriz de consumo que se ha generado con la unión de la información de todos los años que se evalúan. Para la ubicación, se escoge en una “Nueva hoja de cálculo”, tal como se ve en la Figura A-3 Figura A-3: Ventana emergente para creación de tabla dinámica. Fuente: El autor Una vez se confirma la selección de la matriz y la ubicación, se hace clic en aceptar. A continuación se abre una nueva hoja en Excel y en ella una ventana insertada, llamada “Lista de campos de tabla dinámica”, en esta se selecciona mes-año, recurso y combustible, que se ubican en la etiqueta de fila y luego se selecciona consumo de Anexo A. Memoria de cálculo de factores de emisión 103 combustible que se coloca en la división de “Valores” y se configura este campo de valor como Suma. El resultado de esta selección se presenta en la Figura A-4. Figura A-4: Lista de campos de tabla dinámica. Fuente: El autor Como resultado de esta selección se genera la tabla que se presenta en la Figura A-5 Figura A-5: Tabla dinámica de consumo de combustible (MBTU) Fuente: El autor 10 4 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Esta es la tabla final es el consolidado de consumo de combustible por recurso y por tipo de combustible para cada mes. A continuación, se continúa con el proceso de consolidación de datos para la generación de energía. Consolidado de la generación de energía Mientras que para el archivo de consumo de combustibles se relacionan únicamente las plantas de generación térmica, en archivo de generación de energía relaciona todas las plantas que están asociadas al SIN y que reportaron su producción, por lo que se incluyen los procesos de cogeneración, energías alternativas y principalmente a las hidroeléctricas. Para iniciar el cálculo se requiere descargar el archivo de la plataforma de XM, tal como se explicó en el capítulo de Metodología. Cuando se abre este archivo, se presentan en las columnas cada hora de producción en el día, las cuales se suman en una nueva columna al final que se nombró “Total”. Esto debe realizarse por cada fila para obtener la producción de energía de cada recurso en el día. Al igual que en el archivo de consumo de combustible, se debe colocar una columna al final que relacione el año y el mes de la energía generada. La matriz final que se espera tener, es como la que se observa en la Figura A-6. Figura A-6: Presentación del archivo de generación de energía. Fuente: XM, 2016 Con esta matriz de base, nuevamente se hace clic en el menú Insertar y clic en Tabla dinámica, donde, aparece nuevamente una ventana de creación de tabla dinámica, que solicita confirmar el rango de la matriz y la ubicación de la nueva tabla. Se debe seleccionar que se cree en una nueva hoja de cálculo. Cuando se confirma esta información haciendo clic en aceptar, se abre una nueva hoja de cálculo en el mismo libro de Excel con la ventana de “Lista de campos de la tabla dinámica” y al igual que para tabla dinámica de consumo, se selecciona mes-año, recurso y combustible en las etiquetas de fila y para Valores se selecciona Total, que en la Anexo A. Memoria de cálculo de factores de emisión 105 configuración de campos, se define como “Suma”. El resultado de este procedimiento, es una tabla dinámica como la que se observa en la Figura A-7. Figura A-7: Tabla dinámica de generación Fuente: El autor Como resultado de esta selección se obtiene la tabla dinámica que se observa en la Figura A-8. Figura A-8: Tabla dinámica de generación de energía 10 6 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Matriz principal de cálculo Cuando ya están listas las hojas de cálculo de consumo de combustible y generación, se crea en una tercera hoja de cálculo una matriz principal en la que se procede a cruzar la información de las dos hojas anteriores, pero considerando que el periodo de evaluación seleccionado es desde septiembre de 2012 hasta abril de 2016, solo se compiló la matriz en este periodo de tiempo. Para la generación de la matriz principal, por cada fila se enlista la siguiente información: Fecha Recurso Combustible Generación (kWh) Consumo de combustible (MBTU) Una vez se finaliza este cruce de los datos, la matriz principal que se obtiene se observa en la Figura A-9. Figura A-9: Matriz principal compilada Fuente: El autor Si hay información pendiente tanto de generación como de consumo se debe dejar el espacio en blanco. A continuación se insertan una columna entre Generación (kWh) y consumo combustible (MBTU), que se llama Generación (MWh). Para la generación de esta columna se multiplica cada valor de Generación (kWh) y se divide en 1000, como se observa en la ecuación A-1. Generación(MWh)= Generación (kWh) 1.000 (A-1) Anexo A. Memoria de cálculo de factores de emisión 107 Posteriormente se adiciona una columna al final de la matriz que se llama Consumo Combustible (MJ). Para la generación de esta columna se multiplica cada valor de Consumo Combustible (MBTU) por 1.055,06, como se muestra en la ecuación A-2. MJ Consumo Combustible (MJ)=Consumo Combustible (MBTU)×1.055,06 (A-2) MBTU Luego, se coloca otra fila al final de la matriz que se llama Factor de Emisión (kg/TJ). En esta columna se coloca el factor de emisión suministrado por la UPME y que está enlistado en la Tabla 2-3, para cada combustible según corresponda. Finalmente se coloca una última columna que se llama Emisiones de CO 2 (Ton). Para calcular estas emisiones se multiplica el factor de emisión por el consumo y se hace el ajuste de unidades como se presenta en la ecuación A-3. Kg 1 Ton Emisiones de CO2 =Factor Emisión [ TJ ] × Consumo[MJ]× 1000 kg × 1 TJ 106 MJ (A-3) Para los recursos que generan energía, por cogeneración, eólica o agua, se establecen que las emisiones son 0. Una vez se completa toda la matriz, se observa que hay algunos recursos que pudieron reportar consumo pero no generación, por lo cual se incluyen las emisiones pero su generación se deja en 0. Por otro lado hay algunos recursos que reportaron generación pero no consumo de combustible. Para estos recursos se calculó una relación, a partir de registros del mismo recurso, con el mismo combustible pero de otro mes. Esta relación calculada se presenta en la ecuación A-4. Factor de relación de consumo de combustible= Generación (kWh) Consumo de combustible (MBTU) (A-4) En caso de que las relaciones históricas sean muy variables para un mismo recurso y su combustible, se escoge una relación lo más cercana posible a la fecha de generación en la que no se reportó el consumo. Adicionalmente existen otros recursos que no tienen historial de consumo de combustible, como por ejemplo, las plantas de Cimarrón, el morro 1 y 2, Proeléctrica 2, Purificación, Tasajero 2, Termobolívar, Termocentro CC, Termopiedras y Termoyopal. Para estos recursos no se calcula el consumo de combustible, sino que se multiplica por el factor de emisión calculado en con la ecuación 2-1, que se calcula con los factores de emisión suministrados por la UPME y que se relacionan en la Tabla 2-3, como se muestra a en la ecuación A-5. Kg CO FERecurso [ 1 Ton 2 ]× FEcombustible [ ×3,6 Ton CO2 1 TJ TJ 1000 kg = × 1000 GJ ] MWh ηrecurso (A-5) Este factor calculado se reemplaza en la matriz principal en lugar del factor de emisión de combustible y para calcular las emisiones, solamente se multiplica el nuevo factor de emisión calculado (Ton CO2/MWh) por la generación de energía (MWh). Finalmente, a partir de esta matriz principal se genera una tercera tabla dinámica donde se selecciona mes-año y se coloca en “Etiqueta de fila”. Luego se selecciona la generación (MWh) y la emisión (Ton CO2) y se colocan en la sección de “Valores” con una configuración de Suma, tal como se muestra en la Figura A-10. 10 8 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Figura A-10. Lista de campos de tabla dinámica para cálculo de factor de emisión. Fuente: El autor La tabla dinámica que se obtiene con esta configuración se muestra en la Figura A-11. Figura A-11: Tabla dinámica para cálculo de FE de energía Fuente: El autor Para finalizar, para cada mes se divide la emisión de CO2 por la generación, lo que da como resultado el factor de emisión para cada mes en Ton CO2/MWh. Anexo A. Memoria de cálculo de factores de emisión 109 B. Anexo: Memoria de cálculo de la evaluación económica Para la realización del análisis económico, primero se requiere establecer algunos criterios y suposiciones respecto a la información que no está disponible para realizar el cálculo. Para el caso de estudio se requirió asumir la siguiente información: El tiempo de evaluación es de 6 años para todos los casos calculados Tasas de inflación: Debido a que no se conoce la tasa de inflación futura, pero se conoce que la meta es el 3%, se asume que para el año 2 y 3 es del 4% y para los años 4,5 y 6 es del 3%. La tasa de descuento con la cual se compararán las alternativas es del 7,66%, equivalente a los TES a 5 años, publicados por el Banco. La proyección del incremento para la fracción de la tarifa de consumo de la energía regulada es igual a la tasa de inflación. La proyección del incremento para la fracción de la tarifa de consumo de la energía no regulada es del 15% anual. No hay financiación Con estas consideraciones se inicial con el cálculo del valor presente neto de la inversión propuesta, que considera 4 grupos de gasto: Inversión, costo de energía, mano de obra y disposición de residuos. Como primera medida, se establecen las horas de trabajo al año del dispositivo evaluado. Con esta información se estima en el periodo evaluado el número de inversiones requeridas por reposición. Por ejemplo, se estima que los bombillos están prendidos 11 horas al día, por 5 días a la semana, más 2 horas del sábado, por 52 semanas al año, lo que da un total de funcionamiento de 2964 horas de trabajo al año. Inversión A continuación, se valora la inversión, para lo cual se calcula por tipo de dispositivo, su valor unitario y la cantidad requerida para comprar. En esta parte también se consulta las horas de vida útil del dispositivo. Como resultado se obtiene el valor total de la compra por dispositivo, como se observa en la ecuación B-1. $ Valor total ($)=Unidades requeridas (Unid)× Valor unitario (Unid) (B-1) 11 2 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Costo de la energía El valor total de la energía, corresponde a la suma de la fracción regulada más la fracción no regulada. Para el primer año, solo se deben sumar estas dos tarifas para calcular el valor total del kWh, pero del segundo año en adelante se calcula el valor de la fracción regulada más la inflación y para la fracción no regulada, se calcula un incremento del 15%, como se muestra en la ecuación B-2. Costo energíay [ $ $ $ ] = Costo reguladay-1 ×(1+iy ) [ ] + Costo no regulada y-1 ×(1+0,15) [ ] kWh kWh kWh (B-2) Donde: - i, es la tasa de inflación para el año y y, es el año evaluado Después de calcular la tarifa de energía para cada año, se calcula cuanta energía se consume y posteriormente cuanto se paga por este consumo como se muestra en la ecuación B-3 y B-4. Energía consumida[kWh] = (#de dispositivos [Unid]×consumo unitario [ [h]× 1 kW 1000 W W Unid ]) ×Horas de uso (B-3) $ Costo de energíay =Energía consumida [kWh]×tarifa de energíay [ ] kWh (B-4) Costo de mano de obra Para el costo de la mano de obra, se estimó un tiempo de instalación del dispositivo y se estimó que la hora de trabajo del personal técnico es de $5.000, por lo que el valor total por mano de obra se calculó con la ecuación B-5. h $ Costo de mano de obra [$]=t [Unid] ×#dispositivos[Unidades]×Mano de obra [h] (B-5) Donde, t = tiempo de instalación de un dispositivo Para el siguiente año, se multiplica el valor de la mano de obra por (1+i), que es el incremento por la inflación. Disposición de residuos Para la disposición de residuos se estimó el valor unitario de la disposición de residuos por peso, para lo cual se requirió consultar el peso de los dispositivos y se aplicó la ecuación B-6. Anexo B. Memoria de cálculo de la evaluación económica 113 Costo disposición [$]= Masa dispositivo kg $ [Unid] ×#dispositivos[Unidades]×Disposición [kg] (B-6) Al igual que la mano de obra, el valor del siguiente año se calcula multiplicando el costo de la disposición por (1+ i), donde i es la inflación correspondiente al año que se evalúa. Estado de pérdidas y ganancias Con toda la información anteriormente calculada, se propone un estado de pérdidas y ganancias (P&G), que se calcula como sigue para cada año evaluado: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Ingresos = 0. Por la naturaleza del proyecto, no se generan ingresos Costo total de ventas=Costo energía + costo mano de obra + disposición residuos Utilidad bruta = Ingresos - Costo total de ventas Gasto de administración = 0. No se consideran gastos, puesto que no hace parte del negocio. Utilidad operacional=Utilidad bruta-Gastos administrativos Gastos financieros = 0. El proyecto no requiere financiación Impuesto de renta= 0. Es el impuesto sobre las ganancias, que son iguales a 0. Utilidad neta=Utilidad operacional-Gastos financieros-Impuesto de renta Flujo de caja operacional=Utilidad operacional-Inversiones Finalmente se calcula un valor presente neto a los 6 años aplicando la siguiente ecuación con los flujos de caja operacionales (FCO) para cada año y, y con una tasa de descuento td de 7,66%: FCO2 FCO3 FCO4 FCO5 FCO6 1 + (1+t )2 + (1+t )3 + (1+t )4 + (1+t )5 d) d d d d VPN6 =FCO1 + (1+t (B-7) C. Anexo: Tabla de la distribución total de la energía eléctrica del edificio Categoria Subcategoria Sistemas de apoyo menores Complementarios Equipo Secador de manos Cajero automático Otros Emergencia Det. Humo Alarmas incendio Otros Seguridad Camara seguridad Sensor proximidad Otros Equipos para preparación de alimentos y bebidas Cocina Estufa 4 puestos Horno JAVAR Otros Oficina Dispensador de agua Nevera pequeña Otros Sistemas de apoyo mayores Cocina Cuarto frío Emergencia Torre de enfriamiento de chiller Equipo red contra incendios Otros Motobombas Bomba de agua fría - Chiller Bomba de agua Otros Motores Motores de ascensores 6a Motores de ascensores 7a Otros % Aporte 0.83% 0.19% 0.11% 0.05% 0.03% 0.41% 0.26% 0.11% 0.05% 0.23% 0.09% 0.06% 0.08% 4.86% 3.11% 0.98% 0.91% 1.22% 1.75% 0.77% 0.35% 0.63% 10.18% 0.44% 0.44% 0.28% 0.26% 0.01% 0.00% 3.02% 2.41% 0.29% 0.32% 6.43% 4.12% 1.28% 1.04% Anexo C. Tabla de la distribución total de la energía eléctrica del edificio Categoria Subcategoria Respaldo a sistemas críticos Emergencia Equipo 115 % Aporte 9.93% 9.93% UPS C. cómputo, MD, Servicios Aux. 3.33% UPS #1 Usuario 2.46% Otros 4.14% Equipos de acondicionamiento localizado 14.74% Aire acondicionado 14.70% Aires centro de cómputo 11.97% Aire acondicionado de las UPS de C. cómputo 2.15% Otros 0.58% Ventilación 0.04% Vent. Pie largo 0.02% Vent torre 0.01% Otros 0.01% Equipos de acondicionamiento centralizado 12.02% Aire acondicionado 8.12% Condensadores centro de computo 2.86% Equipo paquete 0.76% Otros 4.50% Ventilación 3.90% Ventilador centrífugo de suministro 2.28% Ventilador centrífugo de extracción 1.36% Otros 0.27% Iluminación 20.36% Area de trabajo 20.34% 32 W ON 7.41% 17 W ON 7.07% Otros 5.86% Emergencia 0.02% Letreros de salida de emergencia 0.02% Equipos de Oficina 27.08% Audiovisuales 0.35% TV 32" x 87W 0.16% TV 48" x 95W 0.04% Otros 0.15% Complementarios 1.17% RAC 0.92% Router inalambrico 0.07% Otros 0.19% Cómputo 24.74% P. Pequeña 11.18% P. Grande 8.03% Otros 5.53% Impresión y scan 0.82% Multifuncional 0.20% Impresora samsung SCX-5935 NX 0.14% Otros 0.48% D. Anexo: Base de datos de los principales componentes. Equipo Fuente 14 W ON 15 W ON 17 W ON 32 W ON 40 W corto 40 W ON Etiqueta del equipo Etiqueta del equipo Etiqueta del equipo Etiqueta del equipo Etiqueta del equipo Etiqueta del equipo http://supplyalarm.es/5-4siren.html http://www.electrocalculator.com / http://www.electrocalculator.com /tabla-agrupada.php http://www.easy.cl/easy/Product Display?mundo=1&id_prod=164 138&id_cat=0&tpCa=4&caN0=8 3&caN1=8804&caN2=8527&caN 3=0 http://www.electrocalculator.com / http://www.citalsa.com/files/cafet era_espresso_wega_eco_2_gru pos_12501014.pdf Etiquita del equipo Etiquita del equipo Etiquita del equipo Etiquita del equipo Alarmas incendio Altavoz Bafle techo Balanza de cocina Boton timbre Cafetera citalsa wega Calentador de agua Calentador de agua Calentador de ambiente Camara seguridad Consumo en funcionamiento/ Unidad (W) 14 15 17 32 40 40 10 3 3 5 10 2.800 1.000 1.000 1.500 5 Anexo D. Base de datos de los principales componentes Equipo Campana de extracción Campana detector de humo Cargador radio Citofono Fuente http://www.atenasventilacion.co m.ar/extractoresparrilleros/extractor-de-aireparrillero-m23.html http://www.electrodh.com/catalo go/veritem.action?id=21495&d=1 http://www.tienda8.cl/product.ph p?id_product=411 http://www.steren.com.co/catalo go/prod.php?f=&sf=&c=&p=2047 &result=citofono https://www.usa.canon.com/inter net/portal/us/home/support/detail Computador Canon Microfilm s/scanners/supportScanner 300 micrographic-scanners/microfilmscanner-300 Consola de sonido https://issuu.com/maliciacarb/do cs/campos_catalogo2015_br CPU torres servidor grande Z Etiqueta de equipo 620 https://www.sony.es/support/es/ DVD content/cnt-specs/KDL40W605B/list http://www.kadell.com/catalogo_ Estufa 4 puestos kadell.pdf http://www.kalley.com.co/sites/d Grabadora efault/files/ft_k-led32hdst2.pdf https://docs.sony.com/release//C Grabadora FDDW222_es.pdf http://www.sena.edu.co/transpar encia/gestionGreca contractual/Lists/Contrataci%C3 %B3n%20directa/01_03_12_10_ Formato.pdf http://www.electricaribe.com/co/ hogar/consejos/consejos+de+ah Horno microondas orro+de+energia/129711031223 5/consumo+de+tus+electrodom esticos.html 117 Consumo en funcionamiento/ Unidad (W) 124 6 11 20 228 18.000 1.164 66.000 18.000 45 26 1.500 770 11 8 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Equipo Impresora Lexmark E260dn Impresora RICOH aficio MP 301 SPF Fuente https://www.lexmark.com/es_XL/ products/lasermono/34S0301.shtml http://www.ricoh.com.co/product s/product_details.aspx?cid=102 &scid=99&pid=2445&ptm=specif ications#pdtfeatures http://www.samsung.com/in/con Impresora samsung SCX-3406 sumer/it/printers(5 Amp) multifunction/mono-multifunctionprinter/SCX-3406W/XIP http://www.grantech.cl/producto/t Laminador ermolaminadora-plastificadoracarnet-carta-oficio-2/ http://www.neopost.com.au/sites /neopost.com.au/files/Product/Br Laminador GBC ocuseal 1200 ochure/gbc-docuseal-1200pouch-laminator.pdf http://www.kolm.cl/shop/focosled-varios/1613-foco-led-3-x-1Led 3 puntos on watt-3627-napoles-embutido-luzfria-p-cielo-falso-3627.html http://es.aliexpress.com/store/pr oduct/Dicroica-led-4X1Wspotlight-5w-GU5-3-g5-3-ledLED 4 diodos on dicroica-lamp-spot-lightsbombillas110v127v/1517052_32345601463.ht ml https://www.amazon.es/amzdeal %C2%AE-antiniebla-ReflectorLED 8 DIODOS ON proyectorCuadrada/dp/B00DYRW5ZE http://www.decoracioneiluminaci on.com/Focos-de-LEDLED BALA ON empotrables-o-encastrablespara-banos-aseos-y-cocinas-nt212.html Consumo en funcionamiento/ Unidad (W) 2.790 1.100 310 200 240 3 4 27 20 Anexo D. Base de datos de los principales componentes Equipo Fuente LED BULBO ON http://www.homedepot.com.mx/c omprar/es/coapa-del-hueso/focoled-luz-fria-10-w-a19-e27-6500k Letreros de salida de emergencia Maquina para hacer maiz Maquina escribir eléctrica Nevera grande Olla eléctrica Equipo de torre y pantalla grande Computador integrado http://www.aled.cl/fichastec/FICH A%20TECNICA%20LETRERO% 20LED%20SALIDA%20ACRILIC O.pdf http://articulo.mercadolibre.com. co/MCO-421218864-maquinapara-hacer-palomitas-de-maizcon-forma-de-balon-_JM http://www.ine.gob.ni/DAC/consu ltas/Tabla_Aparatos_Elec_Agost 10.pdf http://www.electrocalculator.com / https://www.amazon.es/Bielmeie r-695127-el%C3%A9ctricaautom%C3%A1ticainoxidable/dp/B005G20LFG Torre: http://h20564.www2.hp.com/hps c/doc/public/display?docId=emr_ na-c01926347 Consumo monitor: http://www8.hp.com/lamerica_ns c_cnt_amer/es/products/monitor s/productdetail.html?oid=5362813#!tab=s pecs Torre inactiva: http://www.cyberpuerta.mx/PC-sPortatiles/PC-de-Escritorio/HP8000-Elite-SFF-C2D-3-0Ghz500GB-2GB-Ram-Windows-7Professional.html http://www.cubixco.com/es/com puters/all-in-one-computers-1/hpproone-600-aio-desktop-ci74770s-3-1ghz-1tb-8gb-dvd-rwwin7pro64win-8pro-span-21-5inethernt-usb-f2p77lt-abm http://www.ecoguideit.com/es/product/hp/proone-400g1-23-non-touch 119 Consumo en funcionamiento/ Unidad (W) 9 3 1.200 43 250 1.800 262 180 12 0 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Consumo en funcionamiento/ Unidad (W) Equipo Fuente Computador integrado http://www.ecoguideit.com/es/product/hp/proone-400g1-23-non-touch 180 Equipo de torre y pantalla pequeña http://h20564.www2.hp.com/hps c/doc/public/display?docLocale= null&docId=emr_na-c01900946 256 Plastificadora carnes http://www.grantech.cl/producto/t ermolaminadora-plastificadoracarnet-carta-oficio-2/ 200 Portaretratos eléctricos http://spanish.alibaba.com/pdetail/electronic-album-open-freesexy-movies-60041535311.html 7 Portatil Se tomó de referencia un ACER: http://www.aceronline.es/aceraspire-one-cloudbook-11-nxshfeb-001.html 45 Portatil Se tomó de referencia un ACER: http://www.aceronline.es/aceraspire-one-cloudbook-11-nxshfeb-001.html 45 Portatil Se tomó de referencia un ACER: http://www.aceronline.es/aceraspire-one-cloudbook-11-nxshfeb-001.html 45 http://yourtotalpharmacy.com/en/ 43-clean-airball-portable-hepa-airpurifier-white.html http://www.manualslib.com/man Radio reloj ual/378973/Rca-Rc59i.html http://www.cajastoluca.com.mx/ Registradora CajaReg/CR_Ncr2010.html http://relojes-digitales-deReloj tablero digital pared.com/Relojes-luminososde-pared.html http://www.electrocalculator.com Reproductor de música philips / Purificador de aire Clean air ball 3 9 5 17 46 Anexo D. Base de datos de los principales componentes 121 Consumo en funcionamiento/ Unidad (W) Equipo Fuente Router inalambrico http://www.xatakahome.com/lared-local/synology-rt1900acanalisis-un-router-para-usuariosque-buscan-la-mejor-conexion 11 Scanner http://www8.hp.com/co/es/produ cts/scanners/productdetail.html?oid=377692#!tab=sp ecs 36 http://www.plusamerica.com/n31w.html http://www.electroventasltda.cl/p df/imprimir_ficha/telon-electricoTelón blanco eléctrico dinon-300-ancho-x-225-altometroscon-cremoto-inalambricotde300x225 http://www.electrocalculator.com Termo / http://www.electrocalculator.com Timbre salida / Torre: http://h20564.www2.hp.com/hps Torre CPU c/doc/public/display?docId=emr_ na-c01926347 Ventilador de escritorio Etiqueta del equipo Ventilador de pie corto Etiqueta del equipo Ventilador de torre Etiqueta del equipo Ventilador de pie largo Etiqueta del equipo Ventilador mini Etiqueta del equipo Ventilador mini kalley Etiqueta del equipo http://www.zunuba.com/consum Reproductor VHS ption_sp.html https://files.support.epson.com/d ocid/cpd3/cpd38865/Source/Spe Videobeam EPSON power lite cifications/Reference/PLPG6050 pro G6050W W/spex_electrical_plpg6050w.ht ml http://www.aescobarZunchadora ltda.com/ram_10d.html Tablero eléctrico 89 40 20 10 240 13 60 49 61 13 10 100 498 750 E. Anexo: Esquemas de las tablas de recolección de información. - Recolección de información general de dispositivos del edificio. Piso Número de personas en el área N° de sección - Nombre de dispositivo Cantidades disponibles Consumo Horas de funcionamiento/semana Recolección de información y encuesta a personal del área. Información general Fecha Nombre del área Fecha Horario Horario de Uso de aire Uso de aire Área o Personas en Rutina de funcionamiento de Uso de Actividad trabajo del acondicionado acondicionado Sección el área los equipos disponibles iluminación personal localizado centralizado Hábitos de desplazamiento Movimientos del personal Ascensor /Escalera Lugar de almuerzo Restaurante/ A fuera/ En oficina Confort Temperatura Iluminación 124 Diagnóstico energético y propuesta de mejoramiento de la eficiencia energética de un edificio existente Bibliografía (ACOLGEN), Asociación Colombiana de Generadores de Energía Eléctrica. (15 de 08 de 2016). Preguntas frecuentes. 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