La «potencia» escondida en la oficina ayuda a reducir la factura de la luz

El escenario de esta historia es un despacho individual situado en la planta 11 del edificio D9 de la Ciudad de la Justicia de Hospitalet de Llobregat, inaugurada en 2009. La trama comenzó hace un año con unas mediciones experimentales que arrojaron datos muy interesantes sobre la cantidad de energía residual que podría ser aprovechada en el interior de un edificio: iluminación natural, luz artificial, la energía de las señales de radiofrecuencia de tecnologías inalámbricas como WiFi, Bluetooth, ZigBee, 3G, GSM, la energía cinética de los flujos de agua en las tuberías de la climatización usados para calentar o enfriar el aire, las diferencias de temperatura entre el interior y exterior de las ventanas. Todo aquello que se pierde y que sumado alcanza para alimentar diminutos sensores y actuadores que no requieren baterías y pueden desplegarse en edificios ambientalmente sostenibles. Los protagonistas son un grupo de empresas, unidas bajo la iniciativa de FCC Servicios Ciudadanos y en el que se encuentra Urbicsa y el «Institut de Recerca en Energía de Catalunya» (Irec), que a la luz de los resultados se han propuesto reducir la factura eléctrica del sector terciario entre un 25 y un 30 por ciento.

La propuesta del consorcio consiste en instalar una red de sensores digitales de temperatura, humedad relativa, emisiones CO2, etc., capaces de comunicarse de manera inalámbrica, de bajo coste y con la ventaja de ser autosuficientes; es decir, que se alimentan con la energía residual del entorno como la de la estructura del edificio y los aparatos que acompañan el trabajo diario en la oficina. Según un estudio realizado por la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid del año 2009, la distribución de gasto en el parque de oficinas suma un 34 por ciento en iluminación, un 32 en refrigeración y un 20 en calefacción: «La solución es flexible y adaptable a edificios de nueva construcción como a obras de remodelación, minimizando costes de instalación y el periodo de retorno de la inversión. Evita el tendido de costosos sistemas de cableado simplificando la instalación y la definición y reiteración de los elementos de la red para un sistema de control robusto y adaptativo a bajo coste. Uno de los objetivos del proyecto es desarrollar un sistema que garantice una reducción sustancial en los costes asociados a la rehabilitación de edificios antiguos», explica Teresa de Ugarte, responsable de FCC Energía y Sostenibilidad. La rehabilitación de edificios podría reducir en 300 millones de toneladas el CO2 con un plan de estímulo a 30 años y generar hasta 100.000 empleos estables de aquí a 2020, según el estudio sobre el tema publicado en 2011 por el Instituto Sindical de Trabajo, Ambiente y Salud (Istas CC OO).

El potencial escondido

Esta línea de investigación, llamada «Energy Harvesting», pretende aprovechar las energías residuales del ambiente para alimentar sensores de muy bajo consumo, del orden de microvatios (uW) a milivatios (mW). Es precisamente el cambio en la tecnología de alimentación y comunicaciones de estos sensores lo que está abriendo las puertas a este futuro, ya que los modernos dispositivos son capaces de tomar medidas en milisegundos y enviar la información de manera inalámbrica hasta un modulo de control u tilizando una ínfima cantidad de energía: «Los dispositivos son captadores de energía y adicionalmente contienen pequeños sensores digitales de iluminancia, temperatura, gases entre otros. Están dormidos el 99 por ciento del tiempo y usan una pequeña cantidad de energía durante unos pocos milisegundos cuando se despiertan para medir las condiciones de iluminación y temperatura del ambiente, enviando un mensaje con los datos recogidos. La energía que se recoge del ambiente se puede almacenar en diminutas baterías de estado sólido flexibles o mediante supercondesadores», explica Jorge Eduardo Higuera, investigador del grupo de iluminación del Irec.

Los ocho bloques en los que se divide la Ciudad de la Justicia ocupan 230,000 m2 y tienen instalados una planta de producción fotovoltaica con una potencia 111,790 kwh/año. A pesar de ser un edificio de reciente construcción, el sistema de control de climatización e iluminación utiliza un sistema de cableado convencional; actualmente no hay aprovechamiento de luz natural ni sistemas de detección de presencia: «Los termostatos son convencionales y siguen la misma estrategia de control que lleva usándose 20 años», explica Higuera.

Viendo las posibilidades de iluminación natural así como el aporte de luz artificial de las luminarias fluorescentes, se ha podido determinar experimentalmente que existen aportes de luz artificial del orden de 40 microvatios por cm2 en a nivel de un escritorio de trabajo, así como 20uW/cm2 en la paredes y 10 mW/cm2 en el techo de una oficina durante las horas de ocupación del edificio. Adicionalmente, al estudiar la climatización del edificio, se realizaron mediciones del caudal del aire en circulación y el flujo de agua de las tuberías del sistema de calefacción. En mediciones experimentales con micro-turbinas en tuberías de agua se ha encontrado que éstas podrían generar la energía suficiente para actuadores de sistemas de confort térmico del orden de cientos de milivatios (mW).

Otra posibilidad que se está estudiando es utilizar módulos termoeléctricos que aprovechen las fluctuaciones de temperatura entre el interior y el exterior de las ventanas y de las tuberías: «Hay hasta 10 grados de diferencia en las ventanas. Durante la noche se pueden producir en las ventanas hasta cinco microvatios por cm2 y al mediodía hasta 40uW/cm2. También se está experimentando en laboratorio el aprovechamiento del calor de las luminarias para captadores termoeléctricos de bajo coste», explica Higuera. En las tuberías, la diferencia de temperatura entre el agua caliente y fría es de 30 grados lo que supone aprovechar este gradiente con módulos de captura de energía termoeléctricos.

A esto hay que añadir las posibilidades de la energía en el espectro de radiofrecuencias, aprovechando los campos electromagnéticos de los puntos de acceso de telefonía móvil cerca del edificio así como los wifi desplegados en el interior. Según explica Higuera: «Es una energía que se está radiando las 24 horas del día pero solo se pueden obtener algunos nanovatios (nW) lo cual es una cantidad muy inferior a otros métodos de captura. Estos dispositivos autónomos de bajo coste de producción e instalación tienen el reto pendiente de incrementar su interoperabilidad mediante estándares globales para que aparatos de diferentes fabricantes puedan desplegarse sin contratiempos en entornos industriales y residenciales».

Finalmente, la información proporcionada por los diversos sensores y actuadores se monitoriza desde un sistema de control centralizado que recibe la información de forma dinámica permitiendo adecuar los niveles de iluminación y confort térmico incrementando el bienestar de los usuarios y la disminución de la factura de electricidad correspondiente a la iluminación y calefacción/refrigeración. Habrá que esperar a finales de 2013 para verificar qué porcentaje de ahorro se ha conseguido efectivamente para los consumos estimados actualmente de 58.7 kWh/m2 año en energía lumínica, 17.9 kWh/m2 año en ventilación, 33.4 kWh/m2 año para calefacción y 35.6 kWh/m2 año para refrigeración.