Mariposa
En busca de una solución climática en Denver, Colorado
Casos de éxito
Ciudades como Denver seguirán impulsando la energía limpia. Tenemos la responsabilidad de hacer todo lo posible para garantizar un aire limpio y un clima estable para nuestros hijos. Las ciudades generan más del 70 por ciento de las emisiones globales de gases de efecto invernadero y somos una parte crucial de la solución climática.
Michael B. Hancock, alcalde de la ciudad y el condado de Denver.
Un futuro sostenible para la ciudad de la milla de altura
En 2018, el Departamento de Salud y Medio Ambiente de Denver publicó el Plan de Acción Climática 80×50 de la ciudad. El plan destaca estrategias clave en los tres sectores más responsables de las emisiones de gases de efecto invernadero: edificios, transporte y generación de electricidad.
Los objetivos de construcción a largo plazo de Denver incluyen reducir el consumo de energía en un 30 % para 2030 y en un 50 % para 2050. Además, todos los edificios comerciales nuevos deben tener un consumo de energía neto cero para 2035. Este esfuerzo es uno de varios programas nuevos que Denver ha implementado recientemente para crear una ciudad más sustentable.
En 2017, los votantes de Denver eligieron implementar la Ordenanza de Edificios Verdes de Denver, que requiere que todos los edificios nuevos de 25,000 pies cuadrados o más incluyan un techo verde, energía solar en el lugar, energía solar fuera del lugar, medidas de conservación de energía o certificación de construcción ecológica.
Si bien el nuevo Plan 80×50 y la Iniciativa de Techos Verdes aumentan la apuesta, la reducción del consumo de energía y la disminución de las emisiones netas de carbono no son conceptos nuevos en la Mile High City. La mentalidad ecológica es palpable en Front Range y sus alrededores, desde la cantidad de autos eléctricos en la carretera hasta las omnipresentes bolsas de compras reutilizables que se ven en los supermercados.
En términos generales, la cultura de Denver (y de Colorado, por cierto) es la de un estilo de vida saludable y activo, acompañado de la conservación de los recursos naturales. Los residentes se interesan por su impacto ambiental y el de su ciudad. Esta fue, al menos en parte, la razón para el desarrollo del Programa de Energía y la Ordenanza de Evaluación Comparativa de Energize Denver.
El mapa de evaluación comparativa de Energize Denver es una base de datos interactiva y pública que rastrea el desempeño energético de más de 3,000 edificios multifamiliares en el área metropolitana de Denver. Entre los numerosos puntos verdes, amarillos, morados, rojos y negros que marcan varios edificios grandes en toda la ciudad, hay una instalación del HUD (Departamento de Vivienda y Desarrollo Urbano) que tiene un desempeño muy por encima de las expectativas.
Comparación de sistemas de climatización
“1425 Mariposa St. es un edificio multifamiliar de cuatro pisos y 130 unidades, construido hace unos siete años”, explicó Brad Letourneau, de McCoy Sales, una firma representante del fabricante. “Lo que lo hace único y ofrece un rendimiento energético excepcional en el sistema de calefacción y refrigeración es su sistema de tuberías integradas (IPS). Mariposa III, como se llama este edificio en particular, fue el séptimo proyecto IPS en el que McCoy ha participado en Denver, y los resultados han sido fantásticos”.
Cuando la Autoridad de Vivienda de Denver (DHA) comenzó el proyecto de desarrollo de cinco fases (Mariposa 2, 3, 4, 6 y 7), se decidió que las instalaciones casi idénticas actuarían como un enfrentamiento entre cinco tipos de sistemas HVAC para determinar cuál funciona mejor en instalaciones casi idénticas.
El Mariposa II cuenta con un sistema PTAC convencional o un acondicionador de aire terminal empaquetado. La calefacción y la refrigeración del Mariposa IV se suministran mediante sistemas VRF (flujo de refrigerante variable), mientras que el Mariposa VII utiliza un sistema GSHP (bomba de calor geotérmica). El Mariposa III (y posteriormente el Mariposa VI) cuenta con el sistema IPS fabricado por Williams Comfort Products. El quinto edificio es un sistema combinado de calefacción a gas y refrigeración DX.
¿Qué es IPS?
IPS es un sistema de tuberías que utiliza las tuberías de agua doméstica para suministrar agua caliente y fría a las unidades terminales de fan coil. Esto reduce drásticamente el costo y el tiempo de instalación, al tiempo que proporciona la comodidad y la capacidad de control comunes a los sistemas de fan coil de cuatro tuberías. Como tal, los sistemas IPS pueden proporcionar calefacción y refrigeración simultáneas en zonas adyacentes.
No sólo se minimiza el material de las tuberías y la mano de obra, sino que también se reducen drásticamente todos los gastos de equipos hidrónicos (bombas, etc.) sin perder ninguno de los beneficios de comodidad y eficiencia comunes a los sistemas hidrónicos.
Los sistemas IPS también ofrecen niveles de eficiencia energética que rivalizan con cualquier otro sistema HVAC comercial del mercado y brindan la oportunidad de aprovechar el enfriamiento economizador (enfriamiento gratuito).
En esencia, IPS ofrece la eficiencia y el ahorro energético de un sistema ecológico, pero la asequibilidad de una solución de baja tecnología sin colocar componentes ruidosos que requieren mucho mantenimiento dentro del espacio ocupado.
Clasificación NSF/ANSI libre de plomo
El sistema IPS en Mariposa III y VI cuenta con unidades fan coil de Williams Comfort Products con serpentines fabricados con cobre certificado NSF/ANSI 61 y 372 para productos de plomería sin plomo hasta una temperatura del agua de 190 °F (todas las unidades fan coil cumplen con NSF/ANSI, no solo los serpentines o el material del serpentín), lo que significa que están clasificadas para uso con agua potable. Las tuberías de agua fría y caliente doméstica del edificio cumplen una doble función: transportan el suministro de calefacción y refrigeración y el agua de retorno a cada unidad fan coil del edificio, además de todos los accesorios de plomería.
En estos proyectos en particular, las unidades se construyeron a medida para adaptarse al espacio, con un promedio de 24,000 BTU cada una. Los fan coils de estilo oculto que se utilizan en los apartamentos son de retorno libre con un suministro por conducto. Cada unidad terminal está equipada con un termostato individual que permite a los ocupantes tener un control total de su entorno.
La misma tubería que suministra agua a las duchas y lavabos también proporciona agua de calefacción o refrigeración a las unidades terminales (ventiladores). El agua de la línea de suministro de plomería se introduce en la unidad de ventiladores a través de una válvula de zona cuando el termostato de la habitación solicita calor. Después de pasar por el serpentín de calefacción aprobado para agua potable, se devuelve a la línea de retorno de agua caliente, que para el sistema de agua de calefacción es la línea de recirculación de agua caliente sanitaria del edificio, lo que elimina otra tubería.
La función de refrigeración del sistema funciona de manera similar. Después de pasar por el fan coil, el agua fría regresa a la línea de retorno de agua fría.
En caso de que no haya demanda de calefacción o refrigeración durante un período prolongado, el tablero de control exclusivo de Williams cuenta con un temporizador de purga de serpentín. Según la norma ANSI, el control abre la válvula de zona del serpentín durante un breve período cada día para eliminar la posibilidad de estancamiento dentro del sistema. Como sucede con casi cualquier sistema de agua caliente doméstico comercial, se utilizan calderas o calentadores de agua para producir agua caliente. Cuando hay una necesidad de reposición de agua caliente, el retorno de agua fría se utiliza para suministrar agua de reposición de la caldera, porque es más cálida que el agua de servicio que viene de la calle. Esto ahorrará energía.
Enfriamiento gratis
El servicio público de la ciudad proporciona agua fría y se puede utilizar para refrigeración sin ayuda siempre que la temperatura sea inferior a 50 °F. Esto se denomina refrigeración con economizador.
Williams Comfort Products se reunió con Denver Water, el departamento de agua de la ciudad de Denver, para determinar las temperaturas del agua de suministro de servicios públicos durante todo el año. Los sistemas IPS en el área de Denver generalmente logran refrigeración con economizador durante la mitad de la temporada de refrigeración.
Cuando el agua de servicio no está lo suficientemente fría para satisfacer por completo la demanda de refrigeración, el enfriador del edificio complementa la capacidad de refrigeración del circuito de recirculación de agua fría. Para garantizar la seguridad del agua potable, el enfriador está aislado del agua doméstica mediante un intercambiador de calor de acero inoxidable de doble pared.
Williams Comfort Products fue pionero en el sistema IPS y ha perfeccionado el diseño de los fan coils IPS. En los últimos 12 años, los sistemas de Williams se han instalado en 170 edificios de todo Estados Unidos. El resultado final es un sistema de calefacción y refrigeración silencioso y compatible con LEED que ofrece importantes ahorros en los costes de instalación, mantenimiento y funcionamiento para un confort de alta calidad. Los sistemas IPS son ideales para hostelería, residencias asistidas, condominios, apartamentos o cualquier otra instalación que esté ocupada las XNUMX horas del día.
Estudio en profundidad
Los datos de rendimiento energético de Energize Denver mostraron desde el principio que Mariposa III superaba a las demás instalaciones. Para entender por qué y cómo, junto con el deseo de comparar los costos de instalación y mantenimiento, Williams Comfort Products se asoció con Group14 Engineering. La empresa de consultoría en eficiencia energética y sostenibilidad tiene oficinas tanto en Denver como en Delray Beach, Florida.
El estudio resultante comparó el sistema IPS con el sistema PTAC, VRF, de calefacción combinada y refrigeración DX y el sistema GSHP en los otros edificios de Mariposa. El estudio investigó los costos anuales de gas natural y electricidad para los edificios multifamiliares entre 2015 y 2018, así como los costos estimados de instalación y mantenimiento, cuando estaban disponibles.
“DHA nos proporcionó todas las facturas de servicios públicos y los costos iniciales del sistema”, dijo Anna McCullough, ingeniera de rendimiento de edificios en Group14. “Siempre están interesados en cómo funcionan sus edificios y por qué”.
En total, Group14 Engineering se basó en tres años completos de datos de servicios públicos para un edificio con un sistema de flujo de refrigerante variable (VRF), un edificio con una bomba de calor geotérmica (GSHP), cuatro edificios con unidades PTAC eléctricas, un edificio con calefacción a gas combinada y refrigeración DX dividida, y dos edificios con sistemas IPS.
“También instalamos registradores de datos en todos los edificios con sistemas IPS instalados”, continuó. “Se registraron las temperaturas del agua en cada lado del intercambiador de calor de agua fría, así como las temperaturas de suministro y retorno a las calderas. Se registraron las temperaturas ambiente dentro y fuera de los edificios”.
Coste medio de la energía
En promedio, el estudio reveló que los costos de servicios públicos del IPS son 11% más bajos que otros sistemas estudiados.
"Cuando se enviaron los resultados a DHA, no se sorprendieron al ver lo bien que funcionaba el sistema en Mariposa", dijo McCullough.
En total, durante el período de tres años, los edificios Mariposa con IPS tuvieron un costo promedio de energía por pie cuadrado de $0.69 por pie cuadrado por año, mientras que los otros sistemas estudiados tuvieron un costo promedio de $0.80 por pie cuadrado. Más específicamente, el estudio muestra que IPS supera a los sistemas PTAC en $04 por pie cuadrado, a los GSHP en $13, a los VRF en $18 y a la calefacción combinada a gas y refrigeración DX dividida en $07 por pie cuadrado.
Las comparaciones de los costos de servicios públicos de IPS frente al promedio de todos los edificios que no son IPS mostraron que IPS tuvo un desempeño superior en cada mes, especialmente en enero de cada uno de los tres años estudiados, cuando IPS superó a los otros sistemas en casi el 100%.
Primera comparación de costos
Al comparar los gastos iniciales de cada instalación, Group14 incluyó las cifras del sistema de plomería para cada tipo de sistema. Se recopilaron los costos finales de construcción, los costos de construcción mecánica y los costos de construcción de plomería.
Por pie cuadrado de espacio acondicionado, el costo mecánico y de plomería por pie cuadrado para el sistema IPS en Mariposa III (construido en 2014) fue de $19.04. Esto es $2.03 menos que el sistema VRF (construido en 2014), $4.36 menos que un sistema GSHP (construido en 2016) y $6.38 menos por pie cuadrado que un sistema PTAC (construido en 2013). Estas cifras de costos solo consideran los metros cuadrados acondicionados.
Costos de mantenimiento
Utilizando las cifras de mantenimiento de 2016, 2017 y 2018 proporcionadas por DHA, Group14 generó una comparación del costo de mantenimiento anual promedio.
La comparación de edificios casi idénticos propiedad del mismo administrador de propiedades y atendidos por contratistas de mantenimiento similares proporcionó un análisis relativamente consistente de los costos de mantenimiento. Sin embargo, varios de los edificios del estudio se construyeron hace tan poco tiempo que los datos de mantenimiento aún no estaban disponibles.
En comparación con los edificios con sistemas PTAC y VRF, el sistema IPS de Mariposa III proporcionó un ahorro de costos de mantenimiento de $06 y $12 por pie cuadrado por año, respectivamente. Si las estimaciones de gastos de mantenimiento de 2018 para Mariposa VI son precisas, el sistema IPS de este edificio proporciona un ahorro adicional de $03 por pie cuadrado en comparación con Mariposa III.
“Los edificios de Mariposa tienen alrededor de 100,000 pies cuadrados”, dijo Letourneau. “Si se toma el promedio de los tipos de sistemas, IPS reduce los costos de mantenimiento anuales para un edificio de ese tamaño en aproximadamente $10,000. Si se considera cuántos edificios opera una autoridad de vivienda como Denver, rápidamente se comprende el potencial de ahorro solo en costos de mantenimiento”.
HV
Los sistemas IPS tienen ventajas más allá de los ahorros en costos iniciales, operativos y de mantenimiento, especialmente en Denver. Los nuevos requisitos de la Iniciativa de Techos Verdes se reducen en muchos casos en función de la eficiencia de los sistemas dentro del edificio. Para DHA, limitar los requisitos de techos verdes ahorra fondos adicionales y libera espacio en el techo para otros equipos, ya sean solares, mecánicos o de comunicaciones.
“No ha habido una sola queja de los ocupantes ni del gerente en los más de cinco años que han pasado desde que se completó Mariposa III”, dijo Letourneau. “DHA construyó recientemente una instalación idéntica al otro lado de la calle con un sistema IPS. Lo importante es que están replicando el sistema. De cualquier manera que lo mires, ha sido un gran éxito. No he recibido ni una sola llamada del personal de mantenimiento con respecto a la comodidad de los ocupantes o preguntas sobre el funcionamiento del sistema. Es un sistema extremadamente simple, ¡esa es su belleza!”
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