Electrificación y optimización energética

La industria de la construcción constituye uno de los mayores consumidores de energía global, dado que las operaciones de los edificios suponen el 30% del consumo de energía final. Aproximadamente el 40% de esta energía se utiliza para la calefacción, la ventilación, y el acondicionamiento del aire, y el resto se utiliza en la iluminación, el equipamiento, los ascensores y escaleras mecánicas, etc. En 2022, el funcionamiento de los edificios supuso el 27% de las emisiones mundiales de CO₂, 9,8 Gt de CO₂ ⁽⁸⁾. A fin de secuestrar tal cantidad de emisiones de CO₂, necesitaríamos un bosque de aproximadamente el tamaño de China.

La buena noticia es que los edificios están cambiando a las energías renovables y la electricidad como fuentes de energía, lo que permite la eliminación del carbono a largo plazo, si se descarboniza por completo la producción de energía. La mala noticia es que, en términos absolutos, el uso de combustibles fósiles en los edificios se ha incrementado con una tasa media de crecimiento anual del 0,5% desde 2010 ⁽⁸⁾. El principal impulsor de este crecimiento es un aumento de la superficie cubierta global, cuyo crecimiento ha sido más rápido que la reducción de la intensidad energética (la energía consumida por la superficie cubierta). Otro de los impulsores es el aumento del uso de la refrigeración de espacios. El consumo de energía para la refrigeración de espacios se ha más que triplicado desde 1990. También existe un efecto multiplicador, dado que más de la mitad de las adiciones de superficie cubierta hasta 2030 se llevarán a cabo en áreas con elevadas necesidades de refrigeración del espacio. Esta tendencia va a continuar. De aquí al 2030, se prevé que la superficie cubierta global aumente en alrededor de un 15%, el equivalente a toda la superficie cubierta construida de América del Norte en la actualidad ⁽⁹⁾. A fin de alinearse con el escenario de cero emisiones netas de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), deben seguir descarbonizándose los combustibles utilizados por los edificios y debe seguir reduciéndose la intensidad energética.

La descarbonización de los combustibles de los edificios y la reducción de la intensidad energética requerirán la optimización de la producción de energía térmica en los edificios: la recuperación, el almacenamiento y el consumo.

Optimizar la producción de energía térmica para la calefacción significa realizar la transición de sistemas basados en combustibles fósiles a bombas de calor alimentadas con electricidad renovable. Según la AIE, triplicar el parque de bombas de calor global de aquí a 2030 podría reducir las emisiones de CO₂ en 500 Mt anualmente ⁽¹⁰⁾. No obstante, la mayoría de las bombas de calor actuales utilizan como refrigerante hidrofluorocarbonos con un alto potencial de calentamiento global (PCG). Si no se interviene, en 2030 el parque de bombas de calor podría emitir 740 Mt de CO₂ equivalente ⁽¹⁰⁾. Las soluciones incluyen la transición a hidrofluorocarburos con bajo PCG, hidrocarburos u otros refrigerantes naturales. Los hidrofluorocarburos, sin embargo, requieren más investigación en el campo de la toxicidad y la descomposición atmosférica, y los hidrocarburos necesitan precauciones de seguridad adicionales por su inflamabilidad. En el caso de la refrigeración, se prevé que la demanda sea más del triple de aquí a 2050 debido a la adaptación al cambio climático ⁽⁷⁾. Mitigar el incremento asociado de la intensidad energética requerirá la mejora de la eficiencia de los sistemas de refrigeración y una mayor adopción de soluciones de refrigeración pasivas. Asimismo, la electricidad fotovoltaica in situ y el almacenamiento pueden ayudar a descarbonizar el incremento en la intensidad energética por causa de la refrigeración.

Otra forma de descarbonizar la combinación de combustibles de los edificios es recuperar y redistribuir el calor residual. Cada vez con mayor frecuencia, el exceso de calor de las plantas de residuos municipales, los centros de datos, los túneles del metro, las zonas industriales, los electrolizadores, o las centrales de energía nuclear se capturará y distribuirá a través de las redes de calefacción de distrito. Gracias a la adopción de la tecnología de bombas de calor, también se espera que las redes de anergía cobren impulso. Las redes de anergía transfieren energía térmica entre edificios a temperatura ambiente (10-25 °C [50-77 °F]), lo que reduce las pérdidas de calor.

Las bombas de calor y el uso del calor residual también impulsarán una mayor adopción de unidades de almacenamiento térmico (o baterías térmicas), que actuarán como una forma eficiente de equilibrar el suministro de energía y la demanda. Las bombas de calor pueden convertir el excedente de electricidad procedente de fuentes renovables como la eólica o la solar fotovoltaica en energía térmica cuando la potencia eléctrica es abundante y los precios de la electricidad son bajos ⁽¹⁰⁾. Y el calor residual de procesos industriales o centros de datos puede almacenarse para su consumo posterior, evitando que la energía se disipe sin utilizar en el medio ambiente. El almacenamiento de energía térmica es muy eficiente, alcanzando una eficiencia del 90-98% en caso de almacenamiento por múltiples días y del 70-80% en caso de almacenamiento estacional.

Sin embargo, una de los formas más eficientes y rentables de reducir la intensidad energética de los edificios es a través de una mayor aplicación de sistemas de control y automatización de edificios (BACS). Esto se aplica especialmente al parque de edificios, la mayoría de los cuales necesita mejoras. Por ejemplo, en la UE, el 97% de los edificios se consideran ineficientes desde el punto de vista energético ⁽¹²⁾. La norma ISO 52120-1 hace hincapié en que la actualización de BACS estándar (clase C) a BACS con un elevado rendimiento energético (clase A) puede lograr ahorros de energía de hasta el 40%. Estos retrofits requieren con frecuencia cambios mínimos, como la adición de válvulas de equilibrado hidráulico dinámicas, sistemas de caudal de agua variable, caudal de aire controlado por demanda, o reguladores de temperatura ambiente proporcionales con detección de ocupación. Dado su elevado impacto y su bajo coste, se espera que la adopción de BACS avanzados se acelere, en particular en vista de que la tasa de retrofit actual del 1,0% no alcanza el 2,5% necesario para lograr el objetivo de cero emisiones netas de aquí a 2050 ⁽¹³⁾.