Eficiencia energética en ingeniería civil y arquitectura

Cuando las empresas de administración de propiedades están considerando la eficiencia energética de los edificios, existe una tendencia a centrarse en las instalaciones mecánicas, eléctricas y de plomería (MEP). Si bien es cierto que las decisiones inteligentes en el diseño de MEP pueden generar ahorros de energía a largo plazo, es aún mejor si el edificio en sí también está diseñado para un consumo mínimo de energía. Por lo tanto, los ingenieros civiles y los arquitectos también pueden contribuir de manera significativa a reducir el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero en los edificios de la ciudad de Nueva York.

Los sistemas que representan la mayor parte del consumo de energía en los edificios de la ciudad de Nueva York incluyen calefacción, agua caliente sanitaria, refrigeración, ventilación e iluminación. Hay dos enfoques complementarios para reducir la energía utilizada por estas instalaciones: una opción es utilizar equipos de alta eficiencia y controles automáticos para minimizar el uso de energía, pero también es posible reducir la demanda en los sistemas de edificios con opciones de diseño arquitectónico y estructural inteligentes. Las siguientes son algunas opciones viables para reducir las necesidades energéticas de un edificio:

  • Hacer un amplio uso de la luz del día con ventanas y tragaluces optimizados.
  • Minimizar la ganancia de calor del sol y del aire exterior durante el verano.
  • Maximizar la ganancia de calor del sol y minimizar la pérdida de calor interior durante el invierno.
  • Diseñar el edificio para utilizar la convección de aire natural para la ventilación siempre que sea posible.

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Iluminación natural en los edificios de la ciudad de Nueva York

Las actualizaciones de iluminación LED ofrecen ahorros de energía significativos, especialmente cuando se reemplazan sistemas de iluminación antiguos e ineficientes, como bombillas incandescentes o tubos fluorescentes T12. Sin embargo, tenga en cuenta que la iluminación LED todavía consume electricidad: ofrece un bajo costo pero no es gratis. El sol es la única fuente de luz libre.

Tenga en cuenta que hay consideraciones especiales cuando la arquitectura de un edificio se optimiza para la luz del día. Simplemente usar el área de ventana más grande posible para permitir la entrada de mucha luz solar no es el mejor enfoque. Tenga en cuenta que la luz solar trae dos consecuencias negativas con un uso descuidado: el deslumbramiento y el calentamiento en verano.

El deslumbramiento es una discapacidad visual que se produce cuando miramos directamente a una fuente de luz concentrada o su reflejo en una superficie. El deslumbramiento se puede clasificar en dos subtipos: el deslumbramiento por discapacidad es el tipo que limita la visibilidad pero es tolerable de mirar, mientras que el deslumbramiento por incomodidad es el tipo que provoca una reacción instintiva de desviar la mirada. Por ejemplo, el reflejo de un dispositivo de iluminación en la pantalla de su computadora causa un deslumbramiento de discapacidad, mientras que mirar directamente al sol por accidente causa un deslumbramiento incómodo. Tenga en cuenta que el deslumbramiento no tiene ningún propósito práctico y debe evitarse siempre, a diferencia de la calefacción solar que puede ser beneficiosa durante el invierno o para el agua caliente sanitaria.

La calefacción solar es más compleja de gestionar, ya que puede ser beneficiosa o perjudicial según la temporada. Durante el verano, cuando los sistemas de refrigeración de los edificios funcionan a su máxima capacidad, la calefacción solar aumenta su carga y aumenta los gastos de energía. Lo contrario se aplica durante el invierno, cuando el efecto de calentamiento solar se resta de la carga en los sistemas de calefacción de espacios, ahorrando energía.

Los arquitectos e ingenieros civiles pueden arreglar las ventanas del edificio para una iluminación natural efectiva, mientras mantienen bajo control el deslumbramiento y el calentamiento solar no deseado.

  • Las ventanas que dan al norte tienden a ser las más efectivas, ya que la mayor parte de la luz solar que llega al lado norte de los edificios es indirecta: no hay deslumbramiento.
  • Las ventanas orientadas al este reciben luz solar directa durante la mañana, mientras que las ventanas orientadas al oeste reciben luz solar directa durante la tarde. Las ventanas con estas orientaciones deben colocarse de manera que los ocupantes no se vean afectados por el deslumbramiento.
  • Las ventanas que dan al sur reciben luz solar durante todo el año, pero tenga en cuenta que el sol está más bajo en el cielo durante el invierno. Las cortinas de las ventanas se pueden usar para bloquear el sol cuando están más arriba en el cielo durante el verano, mientras permiten la entrada de la luz solar durante el invierno. Para que esto sea viable, es importante tener en cuenta la prevención del deslumbramiento.

Los tragaluces se instalan en los tejados como lo indica su nombre, y tienen un diseño prismático que elimina el deslumbramiento y minimiza la ganancia de calor. Sin embargo, los tragaluces son más adecuados para edificios de un solo piso con un área de piso amplia, como almacenes e instalaciones industriales. Su aplicación en la construcción de rascacielos es muy limitada, ya que solo el nivel superior puede beneficiarse.

Aislamiento y hermeticidad en edificios de la ciudad de Nueva York

Puede tener el equipo HVAC más eficiente del mercado, pero los gastos de energía seguirán siendo altos si la envolvente del edificio no es una barrera efectiva contra la transferencia de calor. Tenga en cuenta que cada BTU de calor ganado en verano o perdido en invierno representa gastos de energía. Sin embargo, aunque no es posible reducir la transferencia de calor a cero, se puede minimizar.

La mayor parte de la transferencia de calor no deseada entre un edificio y sus alrededores se produce por dos mecanismos: conducción a través de paredes y ventanas y fugas de aire. En el primer caso, la transferencia de calor ocurre directamente, mientras que en el segundo caso el calor es transportado por aire, pero el efecto es el mismo: los equipos de calefacción y refrigeración deben trabajar más para compensar.

Los edificios de vidrio de gran altura se han vuelto muy comunes en la ciudad de Nueva York, pero tienen problemas de rendimiento de la envolvente del edificio. Las paredes son mucho mejores que las ventanas para prevenir la transferencia de calor: una ventana de triple panel de alto rendimiento conduce mucho menos calor que una ventana de un solo panel, pero incluso una pared simple proporciona un aislamiento mucho mejor que ambas.

Como en el caso de la iluminación natural, es mucho más fácil conseguir una envolvente de edificio de altas prestaciones si se tiene en cuenta desde la fase de diseño arquitectónico. Las mejoras de la envolvente de los edificios son posibles en las construcciones existentes, pero reconstruirlas por completo puede tener un costo prohibitivo.

Ventilación natural en edificios de la ciudad de Nueva York

Aunque los sistemas de ventilación consumen menos energía que los equipos de calefacción y refrigeración de espacios en la mayoría de los casos, sus gastos de electricidad aún pueden ser significativos. Si se implementa de manera efectiva, la ventilación natural puede generar ahorros masivos en la potencia del ventilador, especialmente en construcciones de gran altura.

En los edificios existentes, normalmente existen amplias oportunidades para implementar iluminación natural, aislamiento y hermeticidad, incluso si el rendimiento no coincide con el de una nueva construcción diseñada con estas características. Sin embargo, la ventilación natural tiende a ser más difícil de implementar: la arquitectura y el diseño estructural del edificio deben optimizarse para hacerlo posible, lo que requeriría cambios significativos en los edificios existentes.

La ventilación natural en edificios de gran altura se basa en el hecho de que el aire se eleva y desplaza el aire sobre él a medida que gana temperatura. Estos edificios se diseñan normalmente con un atrio muy alto, lo que permite un flujo de aire constante hacia arriba, desplazando el aire caliente de los espacios interiores a través de salidas especialmente diseñadas.

Certificaciones de construcción ecológica para ingenieros civiles y arquitectos de la ciudad de Nueva York

Muchas organizaciones brindan capacitación y certificación para profesionales de la industria de la construcción que desean enfocarse en la construcción con eficiencia energética. Los siguientes son algunos de los programas estadounidenses más conocidos que incluyen certificación profesional:

  • El programa LEED del US Green Building Council ofrece una amplia gama de certificaciones profesionales.
  • El programa ENERGY STAR de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Ofrece un directorio de profesionales con licencia.
  • El Passive House Institute de EE. UU. Ofrece certificación profesional para consultoría, construcción ecológica y garantía de calidad / control de calidad.

Conclusión

Los ingenieros de MEP pueden colaborar con ingenieros civiles y arquitectos para garantizar que un edificio logre el mayor rendimiento posible. Mientras que los ingenieros de diseño de MEP se aseguran de que los sistemas de construcción logren su propósito al menor costo de energía posible, los arquitectos y la ingeniería civil pueden entregar un edificio que minimiza el consumo de energía por diseño. Suponiendo que la eficiencia del equipo MEP se mantenga constante, los gastos de energía serán mucho menores si el edificio incluye luz natural, aislamiento, hermeticidad y ventilación natural.