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Evaluación del impacto del uso de “Cool Roofs” en el ahorro de energía en edificaciones no-residenciales y residenciales en
México.
Taller Internacional: La Envolvente de la vivienda como elemento clave para la eficiencia energética en viviendas de clima cálido.
Monterrey Nuevo León, Mayo 8, 2014
Ing. Francisco R. Rubin Zacarías.Grupo Cool Roofs ANAFAPyT.
Dr. Gabriela del S. Álvarez García.Investigadora Cenidet.
Cool Roofs: Son materiales superficiales para techumbre que evitan el aumento de temperatura del techo, al reflejar la radiación solar y emitir el calor absorbido a la atmósfera.
COOL ROOFS
Ventajas:
• Económicos, fácil aplicación y mantenimiento.
• Ahorro de energía de enfriamiento y en el recibo de energía eléctrica.
• Reducción del efecto isla.
• Aumentan la duración del techo.
• Más confort en casas o edificios sin aire acondicionado.
• Por su clima, México es un gran candidato para la adopción de Cool Roofs.
• Desde hace muchos años existen productos tipo Cool Roofs en México.
• Algunas ciudades del país han adoptado su uso para mejorar condiciones de confort.
• En muchos casos, la falta de información al respecto ha limitado el uso de estos productos en la mayor parte del país.
• Actualmente los productos no están certificados y la comunicación al usuario final no es siempre clara.
• Como parte del estudio se observaron fotografías de satélite de varias ciudades de país, para estimar el porcentaje de techos por color en estas ciudades.
• Dado el estado actual de penetración, el potencial de mejora es muy alto.
COOL ROOFS EN MEXICO
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AREA DE TECHOS POR COLOR EN VARIAS CIUDADES
Se considera un área de 2500 hectáreas.
Se considera el centro de la ciudad para el estudio.
La intensidad de los pixeles varía de 0 (negro) a 255 (Blanco).
Se usa GIS Manifold Systems.
Se hizo el estudio para 5 ciudades.
5
AREA DE TECHOS POR COLOR EN VARIAS CIUDADES
Acapulco blanco
gris
rojo
Mexico City
blanco
gris
rojo
Guadalajara
blanco
gris
rojo
Merida blanco
gris
rojo
Monterrey
blanco
gris
rojo
ANTECEDENTES
6
CEM (Clean Energy Ministerial): Iniciativa global que promueve la eficiencia energética, la expansión de fuentes de energía limpias y el acceso a las mismas.
GSEP: Grupo del CEM encargado de eficiencia energética en edificaciones.
Zona Asia-Pacífico
JapónChina
India
Europa
Brasil
Mexico
E.U.A. Medio oriente
SudáfricaAustralia
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ESFUERZOS GLOBALES PARA LA ADOPCIÓN DE COOL ROOFS Una de las iniciativas más importantes de GSEP es la implementación de Cool Roofs, ya que son una forma sencilla y económica de reducir el impacto ambiental de las edificaciones.
ANTECEDENTES EN MEXICO
8
Septiembre 2011, Washington: Primera sesión de trabajo del grupo Cool Roofs de GSEP.
Febrero 2012, Ciudad de México: Conferencia Cool Roofs, se desarrollo plan de acción para implementar el uso de Cool Roofs en México.
CONUEE solicitó un estudio de impacto de la adopción de Cool Roofs en México.
Cenidet realizó el estudio de impacto, con el apoyo de GSEP y otros expertos técnicos.
ESTUDIO DE IMPACTO
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Los resultados de este estudio mostraron que en todos los casos analizados, el uso de Cool Roofs genera ahorros en energía de enfriamiento.
En este estudio se evaluó el uso de Cool Roofs en complemento con aislamiento térmico en techos.
Los costos de inversión en la mayoría de los casos se recuperan en menos de un año.
Particularmente en edificios residenciales, el potencial de reducción de gases de efecto invernadero es muy importante.
METODOLOGÍA DEL ESTUDIO
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Obtener información de las variables climáticas de ciudades localizadas en las 6 zonas climáticas definidas por INEGI.
Definir las características de los modelos de edificios de referencia para México (Residencial y no residencial).
Calcular las cargas de enfriamiento para diferentes valores de reflectancia solar del techo usando Energy Plus (Simulación dinámica).
Calcular los ahorros de energía, costos y tiempo de retorno de la inversión debidos al uso de Cool Roofs para cada edificio de referencia.
Mediante el uso de GIS, estimar el porcentaje de techos por color para 5 ciudades en México.
CLIMAS EN MEXICO
CÁLIDOSSUBGRUPOS DE CLIMAS CALIDOS1. Cálido húmedo2. Cálido subhúmedo
SECOS3. Seco4. Muy seco
TEMPLADOSSUBGRUPOS DE CLIMAS TEMPLADOS5. Templado subhúmedo.6. Templado húmedo
Tipo de clima CiudadCálido húmedo VillahermosaCálido Subhúmedo MeridaSeco MonterreyMuy seco HermosilloTemplado húmedo. TulancingoTemplado Sub-húmedo (b) Ciudad de MéxicoTemplado Sub-húmedo (a) Guadalajara
Los edificios de referencia se definieron de acuerdo con las normas oficiales mexicanas:
No-Residencial (NOM-008-ENER 2001)
Residencial (NOM-020-ENER 2011)
De esta forma, los resultados de este estudio son fácilmente comparables con los estudios de impacto ya reconocidos por las autoridades mexicanas.
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EDIFICIOS DE REFERENCIA
Edificio No-residencial
Descripción Valor
Número de pisos Ciudad de México - 5
Otros - 3
Área del edificio Cd. de México: 3125 m2
Otros: 1875 m2
Altura entre pisos 4 m
Área por piso 669 m2
Altura entre pisos 4 m
Relación de aspecto 01:01
Nivel de Iluminación 16 W/m2
Contactos 8 W/m2
Densidad ocupacional 9 m2por persona
Índice de ventilación 0.46 m3/min-m2
Índice de infiltración 1 ACH
Albedo Pared 0.25
Albedo Techo 0.1 – 0.9 (Variable del estudio)
Horas de ocupación y operación 8:00-22:00 (Lu-Vie)
Set point de Temperatura 25 °C
Relación ventana/pared (WWR) 40%
Ciudad de México
Otros
EDIFICIOS NO RESIDENCIALES BASE
Vista frontal
Vista posterior
EDIFICIO RESIDENCIAL BASE
Descripción Valor
Número de Pisos 2
Ciudad Todas
Área total 88 m2
Altura entre piso y piso 2.5 m
Relación ventana/pared (WWR) Diferente para cada muro
Relación de aspecto No aplica
Índice de ventilación Sin ventilación
Índice de infiltración 2 ACH
Albedo pared 0.1
Albedo techo 0.1 – 0.9 (Variable del estudio)
Horas de ocupación y operación Definidas
Setpoint de temperatura 25 °C
Contactos Consumo de aparatos domésticos
Densidad ocupacional Dado por cargas de calor sensible y latente por actividad
Cargas de aire acondicionado (HVAC) Lu-Vie (1-9)hrs y de (15-24)hrsSa-Do (1-24)hrs
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES
15
4.90
3.17 3.28
2.19
3.33
6.32
3.824.09
3.26
4.18
7.47
5.215.70
4.02
5.23
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo
Ahor
ro an
ual d
e en
ergí
a de
enf
riam
ient
o, M
Wh
Ciudad
0.60 0.70 0.80
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALESAhorros anuales de energía de enfriamiento al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias 0.6-0.8.
17
ReflectanciaCosto ($/m2)
Área (m2) Costo total ($)
0.3 (Rojo) $ 26.17 669 $ 17,506.930.6 $ 29.16 669 $ 19,507.180.7 $ 41.25 669 $ 27,594.720.8 $ 53.71 669 $ 35,934.51
Costo de productos comerciales de diferentes reflectancias.
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALESAhorro en costo de energía de enfriamiento durante todo el ciclo de vida del Cool Roof (5 años mínimo).
Merida Monterrey Hermosillo Mexico Tulancingo
R=0.3 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00
R=0.6 $48,559.75 $23,359.75 $24,319.75 $15,599.75 $24,639.75
R=0.7 $49,672.22 $20,472.22 $22,632.22 $15,992.22 $23,352.22
R=0.8 $46,372.43 $23,252.43 $27,252.43 $13,812.43 $23,412.43
$0.00
$5,000.00
$10,000.00
$15,000.00
$20,000.00
$25,000.00
$30,000.00
$35,000.00
$40,000.00
$45,000.00
$50,000.00
$55,000.00Ah
orro
tota
l = A
horr
o de
l per
iodo
-co
sto
recu
brim
ient
o ($
)
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALESAhorros anuales de energía de enfriamiento por ciudad al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias 0.6-0.8, (Considera número de edificios).
1.51 1.56
0.85
2.81
0.33
1.95 1.89
1.05
4.18
0.41
2.312.57
1.47
5.16
0.51
0
1
2
3
4
5
6
Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo
Ahor
ro an
ual d
e en
ergí
a de
enf
riam
ient
o, G
Wh
Ciudad
0.6 0.7 0.8
20
Ahorros anualizados de energía y reducción de emisiones de CO2 en la Ciudad de México.
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES
Reflectancia 0.6 0.7 0.8
Concepto Cantidad Cantidad Cantidad Unidades
Ahorro en el consumo de energía 2.81 4.18 5.16 GWh
Ahorro en gasto de producción de energía* 3,034,800 4,515,400 5,572,800 Pesos
Reducción de emisiones de CO2 1,990 2,950 3,650 Toneladas
Equivalencia en vehículos automotores+ 398 590 730 Vehículos
* CFE, 2011 El costo promedio de producción de energía era:1.08 pesos/kWh. + EPA, Un vehículo automotor emite en promedio 5 ton de CO2/año.
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Retorno de la inversión.
RESULTADOS EDIFICIOS NO RESIDENCIALES
Reflectancia, R 0.6 0.7 0.8
CiudadTiempo de retorno de Inversión
Bimestre (año)Mérida (Cálido sub-húmedo)
2 (0.3) 6 (1.0) 9 (1.5)
Monterrey (Seco)
3 (0.5) 10 (1.7) 14 (2.3)
Hermosillo (Muy seco)
3 (0.5) 10 (1.7) 13 (2.2)
Cd. de México (Templado sub-húmedo)
4 (0.7) 12 (2.0) 18 (3.0)
Tulancingo (Templado húmedo)
3 (0.5) 10 (1.7) 14 (2.3)
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES
22
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALESAhorros anuales de energía de enfriamiento al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias 0.6-0.8.
0.470.41
0.55
0.31
0.560.63
0.55
0.74
0.41
0.750.81
0.70
0.95
0.52
0.94
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo
Aho
rro
de e
nerg
ía d
e en
fria
mie
nto,
MW
h
Ciudad
0.6 0.7 0.8
24
ReflectanciaCosto ($/m2)
Área (m2) Costo total ($)
0.3 (Rojo) $ 26.17 54.5 $ 1,426.260.6 $ 29.16 54.5 $ 1,589.220.7 $ 41.25 54.5 $ 2,248.120.8 $ 53.71 54.5 $ 2,927.19
Costo de productos comerciales de diferentes reflectancias.
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALESAhorro en costo de energía de enfriamiento durante todo el ciclo de vida del Cool Roof (5 años mínimo).
Merida Monterrey Hermosillo Mexico Tulancingo
R=0.3 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00 $0.00
R=0.6 $6,383.81 $5,600.45 $6,560.81 $4,080.83 $7,597.07
R=0.7 $7,971.29 $6,801.10 $9,445.62 $4,886.20 $9,517.22
R=0.8 $9,699.02 $8,167.90 $13,435.57 $5,651.08 $11,471.68
$0.00
$2,000.00
$4,000.00
$6,000.00
$8,000.00
$10,000.00
$12,000.00
$14,000.00
$16,000.00
Ahor
ro to
tal =
Aho
rro
de e
nerg
ía e
n el
per
idod
o -c
osto
del
irec
ubrim
ient
o ($
)
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALESAhorros anuales de energía de enfriamiento por ciudad, al cambiar techos rojos (R=0.3) a techos con reflectancias 0.6-0.8 (Considera número de edificios).
0.24
0.48
0.38
0.19
0.04
0.32
0.66
0.52
0.25
0.05
0.41
0.84
0.67
0.32
0.06
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Merida Monterrey Hermosillo Cd. de México Tulancingo
Aho
rro
de e
nerg
ía d
e en
fria
mie
nto,
TW
h
Ciudad
0.60 0.70 0.80
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Ahorros anualizados de energía y reducción de emisiones de CO2 en la Ciudad de Monterrey.
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES
* CFE, 2011 El costo promedio de producción de energía era:1.08 pesos/kWh. + EPA, Un vehículo automotor emite en promedio 5 ton de CO2/año.
Reflectancia 0.6 0.7 0.8
Concepto Cantidad Cantidad Cantidad Unidades
Ahorro en el consumo de energía 0.48 0.66 0.84 TWh
Ahorro en gasto de producción de energía*
51,840,000 71,280,000 90,720,000 Pesos
Reducción de emisiones de CO2: 340,000 460,000 590,000 Toneladas
Equivalencia en vehículos automotores+
68,000 92,000 118,000 Vehículos
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Retorno de la inversión.
RESULTADOS EDIFICIOS RESIDENCIALES
Reflectancia, R 0.6 0.7 0.8
CiudadTiempo de retorno de Inversión
Bimestre (año)Mérida (Cálido sub-húmedo)
2 (0.3) 3 (0.5) 4 (0.7)
Monterrey (Seco)
2 (0.3) 4 (0.7) 5 (0.8)
Hermosillo (Muy seco)
2 (0.3) 3 (0.5) 4 (0.7)
Cd. de México (Templado sub-húmedo)
2 (0.3) 4 (0.7) 7 (1.2)
Tulancingo (Templado húmedo)
1 (0.2) 3 (0.5) 4 (0.7)
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Este estudio demostró el potencial que tiene el uso de CoolRoofs de reducir el uso de energía y la emisión de gasesinvernadero si se usan extensivamente en áreas urbanas.
Ambos edificios, (residencial y no residencial) localizados en los5 climas, mostraron ahorros de energía de enfriamientosignificativos siendo mayores en los climas cálidos y secos.
El tiempo de retorno de la inversión siempre es menor que eltiempo de vida del Cool Roof. En la mayoría de los casos menosde 1 año.
Muy pocas ciudades en México han adoptado parcialmente eluso de los Cool Roofs, Mérida es una de ellas, pero la mayoríano usa esta eco-tecnología todavía.
Los Cool Roofs son probablemente la tecnología pasiva deahorro de energía que se pueden implementar más fácilmenteen una edificación.
CONCLUSIONES
NMX COOL ROOFS
• ANAFAPyT fue el organismo elegido para redactar la NMX de Cool Roofs.
• Los criterios más importantes para considerar en un Cool Roofson:
– Reflectancia Solar (SR).
– Emitancia térmica (TE).
– Índice de reflectancia solar (SRI).
– Vida útil del producto.
– Disminución de reflectancia por envejecimiento/ensuciamiento.
La NMX se enfoca en la medición y reporte de estos parámetros para los productos para techo.
MÉTODOS DE PRUEBA• Reflectancia Solar – ASTM C1549
• Emitancia térmica – ASTM C1341
• Índice de reflectancia solar (SRI) – ASTM E1980
• Relación de contraste extendida – Método desarrollado por el grupo de trabajo
• Vida útil del producto – Declarada por el fabricante, tendrá que justificarse de acuerdo con las características/normas del producto.
• Disminución de propiedades reflectivas por envejecimiento o ensuciamiento – Protocolo para evaluación de resistencia al ensuciamiento desarrollado por el grupo de trabajo.
ESPECIFICACIONES PROPUESTAS
ESTATUS• El grupo de trabajo incluye a más de 60 integrantes entre fabricantes
de productos para techos, académicos, organizaciones gubernamentales
y laboratorios de prueba entre otros.
• La norma lleva un 80% de avance.
• Se estima que salga a consulta pública en agosto de 2014.
• La NMX será publicada en conjunto por CONUEE y COTENNAREC.
• El organismo verificador será el ONNCCE.
• Ya hay un laboratorio independiente en proceso de acreditación para
realizar la medición de reflectancia solar y emitancia térmica.
• Ya existen productos en el mercado mexicano que cumplen con los
criterios que pedirá la NMX.
34
¿Preguntas?
www.cenidet.edu.mx
35
Gracias
www.cenidet.edu.mx
