Una de las principales razones del calentamiento global es el aumento sostenido de las emisiones de CO2, que atrapa el calor y calienta la atmósfera. Al ser más frecuentes las tormentas, los desprendimientos o las inundaciones, el cambio climático hará que los edificios sean más vulnerables y reduzca su vida útil.
Dado que la energía desempeña un papel fundamental en la gestión de los edificios, en este artículo analizaremos las consecuencias del cambio climático y del aumento de las emisiones de CO2 sobre el consumo energético del edificio y el confort de sus ocupantes.
Para los siguientes cálculos, utilizamos el modelado energético de edificios (Building Energy Modelling o BEM por sus siglas en inglés) para evaluar cómo se comportará un edificio de oficinas en un futuro próximo (2050) y lejano (2100) en comparación con el año en que fue diseñado (2000).
De hecho, y como ya sabrás, Dexma utiliza BEM para muchos propósitos, como simular el impacto de las mejoras de eficiencia energética, estimar la desagregación de los consumos de energía o evaluar el impacto de diferentes escenarios.
Medición del Impacto del Cambio Climático en los Edificios: Factores Externos
Para representar el efecto del cambio climático en los edificios, nos centramos en los siguientes parámetros meteorológicos significativos:
- Concentración atmosférica de CO2 en PPM
- Temperatura del aire exterior en ºC
- Humedad relativa del aire exterior en %
El efecto de otros parámetros meteorológicos como la velocidad del viento, la radiación solar o las precipitaciones se ha dejado de lado, por falta de bibliografía o por el escaso efecto estimado sobre el comportamiento de los edificios.
Veamos ahora estos tres parámetros, su definición y su impacto en el rendimiento del edificio.
1. Concentración Atmosférica de CO2
La concentración atmosférica de CO2 se expresa en partes por millón (PPM) y ha fluctuado entre 200 y 300 ppm en los últimos siglos.
Según las proyecciones de referencia de las Perspectivas Medioambientales de la OCDE, la concentración actual de CO2 en la atmósfera se sitúa en torno a las 400 ppm desde la década de 2000, alcanzando un nuevo umbral. Se prevé que la concentración atmosférica de CO2 siga aumentando hasta alcanzar 530 ppm en 2050 y 780 ppm en 2100.
Si queremos que estas alarmantes cifras disminuyan, debemos reducir significativamente nuestras emisiones. Sin embargo, aunque estabilizáramos nuestras emisiones de CO2, esto no se notaría inmediatamente. El CO2 emitido tarda en ser eliminado de la atmósfera de forma natural: mientras que algunos ciclos son rápidos y pueden eliminar el CO2 en 5 años, la absorción del CO2 por el suelo, los océanos o la vegetación puede tardar miles de años…
2. Temperatura del Aire Exterior
La temperatura del aire exterior, o temperatura de bulbo seco, es básicamente a la que nos referimos cuando hablamos de la temperatura del aire. Se denomina «de bulbo seco» porque la temperatura del aire es indicada por un termómetro que no se ve afectado por la humedad del aire.
Según las mismas proyecciones de la OCDE, y datos de Naciones Unidas, la temperatura del aire exterior, en comparación con el año 2000, aumentará en 2 ºC en 2050 y en 4 ºC en 2100.
Este cambio de temperatura nos afecta a todos. Está provocando temperaturas extremas regionales y estacionales, al tiempo que reduce la capa de nieve y el hielo marino, aumenta las precipitaciones intensas y modifica la gama de hábitats de plantas y animales, ampliando algunos y reduciendo otros.
3. Humedad Relativa del Aire Exterior
La humedad relativa (HR) es una medida de la cantidad de vapor de agua que hay en una mezcla de agua y aire en comparación con la cantidad máxima posible. Se expresa como un porcentaje que va desde el 0% (aire absolutamente seco, cero contenido de humedad) hasta el 100% (aire saturado de humedad, cualquier humedad adicional se condensará). Hay menos estudios sobre la relación entre la humedad del aire exterior y el cambio climático, pero el de PNAS indica una disminución de la humedad relativa del 0,2% por década en los últimos 50 años (ilustrado por el gráfico C).
Combinado con el aumento de la temperatura del aire exterior (gráfico A), la cantidad total de humedad (humedad específica) está de hecho aumentando, como muestra el gráfico B. El estudio de The New York Times muestra que esta combinación de aumento de calor y humedad podría tener muchas consecuencias directas sobre la salud, la productividad e incluso podría llevar a la muerte incluso a individuos sanos.
Las condiciones meteorológicas resultantes pueden resumirse en el siguiente gráfico psicrométrico (más info aquí), que muestra el aumento de las temperaturas de bulbo seco y de los índices de humedad.
¿Qué significa esto para tus Edificios?
¡Buena pregunta!
Imaginemos un edificio de oficinas en Lyon (Francia), una región templada de Europa, construido en la década de 2000. Supondremos un edificio de 3 plantas con una bomba de calor para la calefacción y una enfriadora para la refrigeración, con una envolvente que corresponde a las normas del año 2000.
Gracias a la herramienta BEM de Dexma podrá estimar el impacto del cambio climático en el edificio gracias a diferentes indicadores (calidad del aire interior, confort térmico, temperatura y humedad del aire interior, consumo de energía de climatización), y para 3 escenarios climáticos diferentes que hemos mencionado: los años 2000, 2050 y 2100.
Impacto del Cambio Climático en el Confort de los Ocupantes
Ahora que hemos visto tres factores externos clave que afectan a los edificios, veamos cómo los ocupantes podrían verse afectados por el cambio climático.
1. Calidad del Aire Interior
Cuando se comprenden y controlan los contaminantes comunes de los interiores, se reduce el riesgo de problemas de salud en el interior y se mejora la calidad del trabajo y el confort de los empleados.
Una forma de medir la calidad del aire interior de una habitación es medir su concentración de CO2 en el aire. Esto puede hacerse utilizando Dexma Analyse, como se explica en este artículo sobre la calidad del aire interior.
Los niveles de CO2 en interiores suelen ser más altos que los del aire exterior, debido al CO2 exhalado por los ocupantes del edificio y producido por algunos aparatos del edificio, como las estufas de gas, por ejemplo. Por lo tanto, una regla general es intentar mantener la calidad del aire interior por debajo de 800 ppm, donde la norma de calidad del aire se considera «fresca» y «normal», y evitar absolutamente una concentración de CO2 superior a 1200 ppm, que corresponde a una «contaminación grave» que afecta directamente a la salud.
La forma más fácil de reducir el nivel de CO2 es garantizar una ventilación adecuada y así intercambiar el aire interior «contaminado» por, normalmente, un aire exterior más limpio. Simulemos los escenarios 2000, 2050 y 2100 para nuestro modelo de oficina y evaluemos cómo afecta el cambio climático a la calidad del aire interior.
Como podemos ver en el gráfico, los resultados muestran que la calidad del aire en 2050 (columna central) se deteriorará ligeramente en comparación con el año 2000 (columna de la izquierda), mientras que empeorará significativamente en 2100 (columna de la derecha), alcanzando 1200ppm en tono naranja oscuro.
2. Comfort Térmico
Debido a la multitud de factores y a su carácter «subjetivo», el confort térmico suele ser difícil de medir. El profesor danés Povl Ole Fanger estableció en los años sesenta una forma de aproximación al mismo que se denomina índice de voto medio estimado (PMV en sus siglas en inglés). Este índice se basa en la «percepción de un gran grupo de personas». Predice el voto medio de un gran grupo de personas en una escala de sensación térmica de siete puntos.
Esta predicción tiene en cuenta los siguientes parámetros: Tasa metabólica, aislamiento de la ropa, temperatura del aire, velocidad del aire, temperatura media radiante, humedad relativa.
A continuación se muestran los índices PMV anuales simulados para 2000, 2050 y 2100 para un espacio abierto a partir de nuestro modelo de oficina. La temperatura interior del espacio abierto se mantiene entre 22ºC y 26ºC durante las horas de trabajo (8h-18h) gracias a su sistema de climatización.
Así, con un edificio perfectamente climatizado, el confort térmico interior sólo se verá ligeramente afectado por el cambio climático desde el punto de vista del confort térmico.
Pensemos en otro escenario en el que eliminemos los sistemas de refrigeración de nuestro modelo. ¿Qué pasaría si la única forma posible de enfriar el espacio de la oficina fuera abrir manualmente las ventanas cuando hace más frío en el exterior, lo que sigue siendo el caso de algunos edificios de oficinas hoy en día?
Pues bien… los resultados demuestran un gran aumento de las horas de sobrecalentamiento en verano a medida que el índice de PMV se sitúa por encima de 1. En otras palabras, muestra que es muy probable que la refrigeración manual de una sala de oficina (abriendo las ventanas) sea imposible en el futuro, incluso para los climas templados.
3. Humedad Relativa y Temperatura
Otra forma de medir el confort térmico sería medir la humedad relativa y la temperatura de la habitación a lo largo del año. Para este análisis se ha considerado que una humedad relativa de entre el 30% y el 60% y una temperatura de entre 21 y 26ºC suelen considerarse confortables para una oficina. Las cifras son ligeramente diferentes en España desde la publicación del Real Decreto-Ley 14/2022, que limita estas temperaturas en interiores a 19 en invierno y 27 en verano.
Vamos a representar la humedad relativa de la sala frente a la temperatura de un espacio de oficina abierto para los años 2000, 2050 y 2100 en un gráfico psicrométrico. El recuadro verde que se ve representa la zona de confort, mientras que las cruces rojas representan el aire interior durante todo el año.
En este sentido, podemos ver un desplazamiento hacia arriba de la humedad relativa. Es muy probable que los problemas de confort interior desplacen los problemas de sequedad invernal hacia los de humedad estival.
4. Impacto en el Consumo Energético
Para analizar el comportamiento del edificio desde el punto de vista del consumo energético de calefacción y refrigeración, compararemos el edificio de Lyon en otros dos climas: en Oslo y en Sevilla. El tejido del edificio, especialmente el grosor del aislamiento y la transmitancia térmica de las ventanas, se ha adaptado a la meteorología correspondiente para obtener resultados más realistas.
De los gráficos se deduce que la energía de refrigeración aumentará mientras que la de calefacción disminuirá en todos los casos, lo cual era previsible. El consumo total de energía de un edificio de oficinas disminuirá en las regiones frías (por ejemplo, Oslo), o se mantendrá constante en las regiones templadas (por ejemplo, Lyon), pero es muy probable que aumente considerablemente en las regiones más cálidas (por ejemplo, Sevilla).
Las regiones templadas, en las que el consumo de energía para la calefacción es actualmente el centro de atención, cambiarán lentamente su atención hacia el consumo de energía para la refrigeración. Esto también puede traer la necesidad de nuevas medidas de eficiencia energética para el entorno construido.
En resumen, en este artículo hemos analizado el comportamiento de un edificio de oficinas para tres escenarios: los años 2000, 2050 y 2100. Nos centramos en la calidad del aire interior, el confort térmico percibido por los ocupantes, la temperatura del aire interior y la humedad relativa, y el consumo de energía de la climatización del edificio.
Los resultados mostraron que el futuro podría ser un compromiso entre un mayor consumo de energía y la disminución del confort. Esto significa que probablemente será necesario un replanteamiento general de la forma en que planificamos, construimos y operamos los edificios.
Como parte de este plan, el control y la mejora constantes de los edificios serán cada vez más importantes. Para reducir el impacto del cambio climático en tu edificio, Dexma Analyse puede ayudarte de diferentes maneras: a monitorizar la calidad del aire interior en términos de CO2, temperatura y humedad y crear proyectos de medida y verificación (M&V) para evaluar la efectividad de tu plan de eficiencia energética. Y Dexma Detect te ayudará a evaluar la eficiencia de tus edificios e implementar mejoras.
Y para rematar… comparte informes en tiempo real gracias a los nuevos dashboards de Dexma, 100% adaptables a tus necesidades, para mostrar fácilmente tu información y datos energéticos.
Así que si estás preparado para ponerte en marcha y empezar con tus medidas de eficiencia energética, o si quieres más información, contáctanos.
Nota del editor – Este artículo está escrito por un experto del equipo Dexma:
Johann Loux es Ingeniero Energy Modelling & Data Scientist en Dexma. Johann aporta su experiencia en el campo de la eficiencia energética para el desarrollo de productos y la mejora de los algoritmos de Inteligencia Artificial de la Plataforma Dexma.
