Sistema de ahorro de energía NRG Systems — LEED Gold Certificado en el campo de la construcción industrial.
Joy Null, Directora de Relaciones Públicas, Watt Stopper/Legrand
Junio de 2007, Santa Clara (Estados Unidos, California). NRG Systems, con sede en Vermont, construyó su nueva sede teniendo en cuenta las preocupaciones medioambientales, así como las demandas de los sindicatos y empleados locales. En una superficie de 4.325 m2. Hay locales que incluyen: oficinas, talleres y almacenes. Aquí se encuentra una empresa que produce equipos meteorológicos. Durante la construcción del edificio, los criterios principales fueron: abordar la cuestión de reducir el impacto ambiental nocivo sobre el medio ambiente y mejorar el rendimiento de ahorro de energía del edificio.
Como se indicó, uno de los objetivos del proyecto era minimizar los requisitos energéticos en todas las áreas de funcionamiento del edificio, incluida la calefacción, el aire acondicionado y la iluminación. El segundo objetivo del proyecto es satisfacer las necesidades energéticas (en la medida de lo posible) utilizando fuentes de energía renovables. Los propietarios de las empresas constructoras confían en que las inversiones realizadas pueden garantizar importantes ahorros a largo plazo.
Naomi Miller (Naomi Miller Lighting Design) y Andy Shapiro (Energy Balance) presentaron el concepto de iluminación natural del edificio. En colaboración con Watt Stopper/Legrand, los desarrolladores seleccionaron un sistema de ahorro de energía que cumpliera con los ambiciosos criterios del proyecto.
Sistemas de iluminación natural y control de iluminación
La cuidadosa orientación del edificio con respecto a los puntos cardinales y las características del diseño arquitectónico proporcionan luz natural no sólo a los espacios de oficinas, sino también a los almacenes. La ubicación estratégicamente correcta de las ventanas (incluso en el tejado) permite que la luz natural penetre en las habitaciones distantes del edificio, creando al mismo tiempo una iluminación suave y difusa.
A la luz natural se ha añadido un sistema de iluminación eléctrica, que consiste en principalmente de lámparas fluorescentes T8 regulables con balasto de alta eficiencia de Watt Stopper/Legrand, un fabricante líder de sistemas de control de iluminación de bajo consumo para edificios comerciales y municipales.
Los fotosensores instalados monitorean continuamente el nivel de luz natural exterior y la iluminación fluorescente se ajusta automáticamente para proporcionar niveles de iluminación óptimos. Las oficinas han implementado una estrategia de control de iluminación multizona, proporcionando un control de iluminación separado para cada lugar de trabajo (Fig. 1).
Un esquema de iluminación natural óptimo y una iluminación fluorescente ajustable proporcionan la iluminación necesaria. Nivel de iluminación del puesto de trabajo siempre que esté ocupado.
Sensores de presencia en el puesto de trabajo
Se logran ahorros de energía adicionales utilizando sensores de presencia en el lugar de trabajo. Su instalación garantiza que las lámparas fluorescentes se apaguen cuando no hay nadie en el lugar de trabajo, evitando así un desperdicio innecesario de energía. Para lograr el máximo efecto de ahorro de energía, la mayoría de los lugares de trabajo están equipados adicionalmente con interruptores manuales.
De acuerdo con el tamaño y la finalidad funcional, cada lugar de trabajo está equipado con sensores infrarrojos pasivos, sensores ultrasónicos y sensores bidireccionales. La tecnología «doble» se utiliza ampliamente en varias oficinas o en una gran sala.
El uso de tecnologías combinadas garantiza la mejor sensibilidad y la máxima cobertura al tiempo que reduce a cero el número de “falsos positivos”. Si se utilizan dos tecnologías diferentes en combinación, deberán registrar por separado que el puesto de trabajo está ocupado antes de que se dé la orden de encender la iluminación. Si se abandona el lugar de trabajo, la luz permanecerá encendida hasta que ambos tipos de sensores registren la ausencia del propietario.
Se proporcionan sensores especiales resistentes a la intemperie para instalación en exteriores.
Son capaces de operar en un rango de temperatura de – 5°C a +55°C.
Los residentes de las zonas circundantes también se benefician del uso de sensores, ya que su funcionamiento reduce la llamada “contaminación lumínica” que sale de las ventanas de las casas al anochecer. .
Control de balastro del sistema de iluminación
El sistema de iluminación de NRG Systems está construido principalmente con lámparas T8 de alta eficiencia conectadas a través de un circuito de balastro programable controlado electrónicamente que proporciona a las lámparas la máxima salida de luz y una larga vida útil. Se pueden utilizar resistencias de lastre baja, normal y alta para diferentes partes del edificio. Esto permitirá al propietario del lugar de trabajo configurar la iluminación deseada y ahorrar energía.
Aunque la idea en sí parece simple, su ejecución añade complejidad durante las etapas de diseño y construcción. Cada tipo de cableado requiere una salida diferente, lo que confunde a los proveedores que no entienden las diferencias entre balastos. Esto complicará significativamente los diagramas de cableado. El contratista también debe tener cuidado de diferenciar el color de los diferentes tipos de cableado en cada habitación.
En las lámparas de techo, pared y de pie decorativas, se pretende utilizar, en primer lugar, lámparas fluorescentes compactas de 32 vatios.
Las restricciones de diseño en cuanto al tipo de lámparas utilizadas simplifican significativamente el mantenimiento posterior y permiten al propietario para ahorrar en general en el reemplazo de las lámparas defectuosas.
Configuración del sistema
Cuando se les pregunta a los diseñadores si el sistema de control de iluminación funciona actualmente de forma óptima, la respuesta suele ser negativa. Existen varios problemas de compatibilidad que aún no se han resuelto satisfactoriamente, ya que requiere reunir a fabricantes de diferentes tipos de equipos: cableado de iluminación, electrónica de balastro, las propias luminarias y el sistema electrónico de control. Esta condición requiere que el propietario del edificio sea un especialista en electrónica.
Después de una serie de mediciones de campo, observaciones del comportamiento del sistema y análisis de los resultados de las pruebas de laboratorio, Shapiro y Miller descubrieron que algunas líneas de cableado que fueron diseñadas para usar un solo balastro para tres lámparas en realidad estaban encaminadas para una lámpara y un par de lámparas. Como resultado, la corriente adicional que fluye a través de los dos balastros sobrecarga el sistema.
Además, las lámparas instaladas no eran compatibles con la carga del balastro, por lo que fue necesario reequilibrar el cableado.
Los diseñadores también descubrieron un error en el funcionamiento del controlador de la lámpara fluorescente, cuya tarea es apagar las luces en un día soleado. Tan pronto como los ingenieros de Watt Stopper/Legrand se enteraron de esto, pudieron hacer recomendaciones sobre cómo volver a comunicar el controlador para corregir el error.
Los electricistas también tuvieron dificultades para implementar un sistema que permitiera controlar las lámparas mediante una señal externa (tanto sensores de luz natural como sensores de presencia de una persona en el lugar de trabajo). Estas dificultades estaban asociadas con la complejidad de la comunicación conjunta «sensor — relé — resistencia de lastre — interruptor». Los investigadores observaron que poner en funcionamiento los sensores lleva mucho tiempo, especialmente teniendo en cuenta el deseo de los propietarios de los edificios de minimizar el consumo de energía. Esto requiere reajustar parámetros como la sensibilidad, que, por cierto, determina el tiempo de funcionamiento «en vivo» de los sensores. Sin embargo, el período prolongado de puesta en servicio se amortiza por sí solo. Ahora los sistemas funcionan exactamente como se esperaba en la etapa de diseño.
Éxitos de los diseñadores
Fig. 2. Costos energéticos anuales aproximados de los edificios de NRG Systems en comparación con los edificios típicos
El resultado de una cuidadosa atención a los detalles del proyecto fue la creación de un sistema de relaciones que utiliza un tercio menos de energía en comparación con un edificio nuevo típico. La carga de iluminación para el nuevo proyecto será de sólo 0,77 W/m2, un 46% menos que la norma ASHRAE/IESNA 90.1-2001. Los beneficios de ahorro de esta estrategia de control han sido demostrados mediante el monitoreo continuo del consumo de energía. Durante el día, el consumo de energía disminuyó en más de un 40%, incluso en los meses de invierno.
El consumo real de electricidad para la iluminación de los edificios resultó estar bastante cerca de las expectativas: 40 mil kW/hora desde marzo de 2005 hasta Febrero de 2006. Este proyecto de construcción fue uno de los pocos en lograr la certificación LEED Gold.
NRG Systems también ha tenido cierto éxito en el uso de energía barata: el 72% de su energía proviene de fuentes de energía renovables como la solar, la eólica y las pilas de combustible.
Los fundadores de la empresa, David y Jan Blittersdorf, establecieron y pagaron una prima del 8,21% del coste del proyecto (7.833.000 millones de dólares) para un proyecto especializado de terceros, cuyo sistema fotovoltaico requería una inversión importante. Según David: «Ya hemos pagado por adelantado la mayor parte de nuestros costos de energía con la esperanza de utilizar energía renovable, por lo que no tenemos que preocuparnos por las tarifas eléctricas en constante aumento». Según sus estimaciones, en la fase de diseño ya se han ahorrado entre 4 y 8 millones de dólares, teniendo en cuenta los 30-40 años de funcionamiento del edificio. Al año, esto corresponde a aproximadamente 643 mil dólares en bonificaciones por la construcción del edificio, 460 mil. dólares por el uso de fuentes renovables de energía eléctrica. La prima por la certificación LEED fue de 183.000 dólares.
El diseñador Andy Shapiro concluye:
“La prima por un proyecto de iluminación natural, junto con fuentes de luz energéticamente eficientes cuidadosamente seleccionadas y un sistema de control altamente eficiente, será relativamente compensar rápidamente los bajos costos de servicios públicos”.
Al implementar el proyecto propuesto, NRG Systems redujo todos los aspectos del consumo de energía asociados con el funcionamiento de los edificios. Así, el consumo eléctrico para la iluminación del local es un tercio del consumo típico de un edificio nuevo construido a medida (Fig. 2).