¿QUÉ SE ENTIENDE POR EDIFICIOS ENERGÍA CERO (ZEB)?

Existen diferentes interpretaciones o lineamientos sobre qué son los ZEB, que dependen de las condiciones climáticas, económicas o políticas del país al que ellas describen, pero comparten un objetivo común: reducir o neutralizar el impacto ambiental de los edificios (^{Attia, 2018}).

La bibliografía muestra tres denominaciones principales: Edificios de Energía Cero (Zero Energy Buildings - ZEB), Edificios de Energía cero neta (Net Zero Energy Buildings- NZEB) y Edificios de Energía casi nula (nearly Zero Energy Buildings-nZEB) (^{D’Amanzo, Mercado y Ganem Karlen, 2019}).

La nomenclatura ZEB se refiere a una noción amplia: edificios altamente tecnológicos de muy bajo o nulo consumo de energía proveniente de la red de distribución externa. La energía necesaria para su funcionamiento proviene de fuentes renovables, en algunos casos exclusivamente de ellas, ya que dentro de esta tipología se incluyen los edificios autónomos (^{Marszal y Heiselberg, 2015}). Tienen gran proporción de esta energía interna distribuida, para su uso en artefactos eléctricos, calefacción y refrigeración (^{Carlucci, Causone, Pagliano y Pietrobon, 2017}). En oportunidades donde se produce excedente de energía, ésta puede volcarse a la red de distribución externa o almacenarse en baterías, en caso de edificios autónomos.

Los NZEB mantienen las mismas características de los ZEB, muy baja demanda de energía y alta producción de energía renovable en el sitio (^{Brambilla, Salvalai, Imperadori y Sesana, 2018}). Poseen conexión a una infraestructura energética y se caracterizan por su balance energético neutro, medido en un periodo determinado -normalmente un año-, utilizando como indicador numérico kWh/m2/año (^{Booth, Barnett, Burman, Hambrick y Westby, 2010}).

Los nZEB también poseen un alto rendimiento en cuanto a la eficiencia energética, puesto que el consumo anual de energía primaria está cubierto de forma muy significativa por la energía procedente de fuentes renovables, ya sea producida in situ o en las proximidades. Los valores de energía primaria varían de 20 kWh/m2/año a 180 kWh/ m2/año en edificios residenciales (^{Piderit, Vivanco, Van Moeseke y Attia, 2019}). Cabe mencionar que se trata de la denominación más nombrada y ejemplificada en la bibliografía consultada (^{D’Agostino, 2016}; ^{Marszal y Heiselberg, 2015}; ^{Sartori et al., 2012}).

Las primeras investigaciones sobre la temática surgieron en Estados Unidos de América, en el Departamento de Energía (DOE), donde se definió a los ZEB como “edificios que obtienes suficiente energía renovable en el sitio para igualar o exceder el consumo de energía anual” (^{Crawley, Pless y Torcellini, 2009}; ^{Deru, Griffith y Torcellini, 2006}). Inicialmente, se planteaba potenciar la eficiencia energética edilicia mediante ZEB residenciales para el año 2020, y mediante ZEB comerciales, para el 2025.

Torcellini, Pless y ^{Deru (2006}), en tanto, plantean cuatro conceptualizaciones que son consideradas en diversas investigaciones (^{Congedo, Baglivo, Zacà y D’Agostino, 2015}; ^{Good, Andresen y Hestnes, 2015}; ^{Harkouss, Fardoun y Biwole, 2019}; ^{Moschetti, Brattebø y Sparrevik, 2019}):

Energía cero neta en el sitio (Net zero site energy): “Edificio que produce la energía necesaria para su funcionamiento anual desde el sitio o terreno donde se ubica” (^{Torcellini et al., (2006}, p. 5 );

Energía cero neta para abastecimiento (Net zero source energy): “Edificio que produce la energía necesaria para su funcionamiento anual mediante energías renovables, minimizando el uso de energía primaria externa al mismo” (^{Torcellini et al., (2006}, p. 5 );

Costos energéticos cero neta (Net zero energy costs): “Edificio donde los costos energéticos para el consumo anual son nulos, debido al intercambio de excedente de energía con la empresa distribuidora” (^{Torcellini et al., (2006}, p. 5 );

Emisiones cero neta desde la energía (Net zero energy emissions): “Edificio que produce tanta energía renovable libre de emisiones como la que utiliza de fuentes de energía que producen emisiones” (^{Torcellini et al., (2006}, p. 5).

Paralelamente, ^{Kilkis (2007}) hace hincapié en que es necesario contabilizar la energía incorporada (exergía) en cada etapa del ciclo de vida del edificio, para establecer un balance completo de energía entre generación y demanda. Desarrolla, entonces, una nueva expresión conceptual: “Edificio Exergía Cero Neta” (ZEXB- Net Zero Exergy Building). Se trata de edificios que presentan una suma anual total de transferencia de energía equivalente a cero, para cuyo cálculo se contabiliza toda transferencia de energía que se lleve a cabo durante un determinado periodo. Años más tarde, ^{Hernandez y Kenny (2010}) presentarán una propuesta similar a través del término “Edificio Ciclo de vida Cero” (Life Cycle Zero Energy Building - LC-ZEB).

La Unión Europea en la Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo define a los nZEB como aquellos en los que una “casi nula o muy pequeña cantidad de energía requerida debe ser cubierta por una significante cantidad de energía de fuentes renovables, producidas en el sitio o cercano al mismo” (^{Comisión Europea, 2010}); librando a cada país miembro evaluar la cantidad de energía para consumo en enfriamiento, calefacción, agua caliente sanitaria y equipamientos, mesurados en kWh/m2/año.

A su vez, desde países nórdicos, la literatura presenta conceptos que buscan integrar aspectos de la sustentabilidad de manera holística, como el de “Trias energética” (^{Mlecnik, 2012}). La Figura 4 define a los ZEB de conservación de la energía, la calidad del ambiente interior (IEQ), la disminución de emisiones de CO2 causadas por el edificio y la generación de energía renovables (RES). Según ^{Attia (2018}), la unión de estas variables podría determinar principios de diseño arquitectónico adaptables a los intereses de los inversores.

Fuente: Elaboración de los autores, en base a ^{Attia (2018}).

Figura 4: Principios de diseño de un EEC. 

A partir de los conceptos presentados, los ZEB se conciben como edificaciones que buscan el autoabastecimiento energético en una base anual y la disminución del impacto ambiental de manera integral durante todo su ciclo de vida. Dicho objetivo sólo podrá lograrse mediante la incorporación de mayor tecnología en ER. Por ese motivo, los nZEB se consideran el primer paso en sitios donde la tecnología necesaria para ello aún no se encuentre instalada. Las diferentes interpretaciones de los autores citados sientan bases para nuevas investigaciones en la temática.

¿QUÉ DISTINGUE A LOS ZEB FRENTE A OTROS EDIFICIOS CONCEBIDOS EN LA SUSTENTABILIDAD?

El diseño sustentable en arquitectura es un proceso de creación en el cual se establecen criterios de desarrollo sustentable, tales como: reducción de gastos en los recursos naturales empleados; reducción de la contaminación al suelo, aire y agua; mejoramiento del confort y de la calidad del interior del edificio; ahorro económico y financiero en los proyectos constructivos; y reducción de los desperdicios y desechos generados tanto en el proceso constructivo, de mantenimiento y de fin de la vida útil del edificio, como en el de fabricación de materiales constructivos y equipos para edificios (^{Hernández Moreno, 2008}).

Los ZEB son edificios concebidos desde una perspectiva sustentable que, además, buscan conseguir un balance energético neutro entre generación y demanda sobre una base anual, reducir el consumo de agua y desechos, y con esto, disminuir la huella de carbono del edificio durante todo su ciclo de vida (^{Mertz, Raffio y Kissock, 2007}; ^{Lausten, 2008}; ^{Ibn-Mohammed, 2017}; ^{Chastas, Theodosiou, Kontoleon y Bikas, 2018}; ^{Attia, 2018}).

El consumo energético se vincula con los estándares de confort, considerando la sustentabilidad en la determinación del clima interior de los edificios y prefiriendo, en consecuencia, soluciones disponibles de baja energía (^{Nicol y Humphreys, 2002}). Esta afirmación se manifiesta en los ZEB, donde se persiguen el confort interior, térmico y visual, por medio de recursos gratuitos de energía, como la ganancia solar y ventilación natural (^{Kalbasi, Ruhani y Rostami, 2019}; ^{Wei, Wargocki, Zirngibl, Bendžalová y Mandin, 2020}).

Diversos estudios también los presentan como una solución frente al consumo del agua y los desechos producidos mundialmente por el sector edilicio -14% y 60%, respectivamente, según ^{Petersdorff, Boermans y Harnisch (2006})-; y la reutilización de los residuos para nuevos fines y el reciclaje (^{Belausteguigoitia Garaizar, Laurenz Senosiain y Gómez Telletxea, 2010}; ^{De Gisi, Casella, Notarnicola y Farina, 2016}). Por esta razón, son considerados una solución integral ante la problemática del consumo de energía y el deterioro ambiental (^{Guillén-Lambea, Rodríguez-Soria y Marín, 2017}; ^{Chastas et al., 2018}; ^{Piderit et al., 2019}; ^{Deng, Wang y Dai, 2014}). La Figura 5 muestra el funcionamiento óptimo de un ZEB, de acuerdo con ^{Javanmard, Ghaderi y Sangari (2020}).

Fuente: Elaboración de los autores, a partir de ^{Javanmard et al. (2020}).

Figura 5: Modelo integrado de consumo optimizado de agua y energía. 

Para poder para validar el comportamiento de un ZEB o nZEB se debe cumplir con un balance energético neutro o cercano a cero, en una base anual. Las unidades para el balance energético pueden ser la energía distribuida, energía primaria, CO2 equivalente y exergía (^{D’Agostino, Marino, Minichiello y Russo, 2017}). Otros parámetros, como la métrica del balance y el período de balance son definidos por normativa (^{Marszal et al., 2011}).

^{Sartori et al. (2012}) distinguen tres tipos de balance: importación - exportación anual (Ecuación 1); demanda -generación anual (Ecuación 2) y demanda -generación mensual (Ecuación 3).

(1)

Donde E e I corresponde a exportada e importada y f al factor métrico (kWh, kWh/m2, CO2, exergía, etc.)

(2)

Donde G y D corresponde a generación y demanda y f al factor métrico (kWh, kWh/m2, CO2, exergía, etc.).

(3)

Donde Gm y Dm corresponde a generación y demanda mensual y f al factor métrico (kWh, kWh/m2, CO2, exergía, etc.)

La elección entre los tres tipos de balances dependerá del alcance que se establezca. Generalmente, se utiliza el balance de demanda y generación anual (Ecuación 2), ya que, según los autores, permite obtener mayor cantidad de resultados para analizar.

Por otro lado, si se requiere conocer las emisiones producidas directa o indirectamente durante los procesos relacionados a la construcción del edificio, su mantenimiento y fin de vida, se puede llevar a cabo el Balance Carbono Neutro (^{Moschetti et al., 2019}; ^{Seo, Passer, Zelezna y Hajek, 2016}). A través de la herramienta de Análisis de Ciclo de vida del edificio (^{Fjola et al., 2018}; ^{Hernandez y Kenny, 2010}; ^{Jusselme, Rey y Andersen, 2018}; Moschetti et al., 2019) o mediante fórmulas de cálculo de toneladas de carbono acumulados en la materialidad del edificio y cantidad de emisiones, según indica la ecuación 4 (^{Rodríguez Manrique, Kobiski y Fassi Casagrande Jr, 2014}).

(4)

Donde a significa la cantidad de energía acumulada por tipo de material (MJ.m-3); b, el consumo porcentual de energía por fuente; c, la emisión de CO2 por fuente (kgCO2.MJ-1); i, la tipología del material y n, la cantidad de material.

Se puede decir que el camino hacia un ZEB carbono neutro debe enfocarse fuertemente en la energía incorporada en los materiales y las emisiones, dado que la baja demanda de energía operativa ya es una prioridad regulada en la mayoría de los países (^{Moschetti et al., 2019}).

¿CUÁLES SON LAS TECNOLOGÍAS INVOLUCRADAS PARA EL LOGRO DE LOS ZEB?

Las tecnologías involucradas para el logro de los ZEB son: Tecnologías pasivas y de conservación de la energía; Eficiencia Energética en el funcionamiento del edificio; y Tecnologías para producción de energía a partir de Energías Renovables (^{Cao, Dai y Liu, 2016}).

En el paso 1 (Figura 6), se observan numerosos estudios que tratan la envolvente, promueven el uso de materiales de baja emisión de carbono y la ventilación natural para disminuir la posibilidad de sobrecalentamiento dentro de los edificios (^{Li, Yang y Lam, 2013}; ^{Volf et al., 2018}). ^{Moga y Bucur (2018}) proponen la integración de nanomateriales, pues estos poseen 3 a 5 veces menor conductividad, junto a un espesor reducido, y sostienen que aquella podría ser una variante interesante en casos de rehabilitación edilicia, donde la opción de agregar espesor a la envolvente se dificulte.

Fuente: Elaboración de los autores, a partir de ^{Deng et al. (2014}).

Figura 6: Tecnologías según categorías integradas en los ZEB. 

En cuanto al paso 2 (Figura 6), sobre tecnologías para EE diversos autores fomentan la reutilización del aire interior mediante intercambiadores de aire para enfriamiento y calefacción (^{Bordoloi, Sharma, Nautiyal y Goel, 2018}; ^{Justo Alonso, Liu, Mathisen, Ge y Simonson, 2015}; ^{Liu, Li, Chen, Luo y Zhang, 2019}) y los sistemas de automatización y control para un funcionamiento óptimo (^{Buso, Becchio y Corgnati, 2017}; ^{Hamdy, Nguyen y Hensen, 2016}).

En relación al paso 3 (Figura 6), la literatura expone que la fuente de ER más utilizada en estos edificios es la energía solar. Mediante la integración de Paneles Fotovoltaicos para electricidad, sistemas para ACS y acondicionamiento solar térmico, combinados con sistema de bomba de calor (^{Jovanovic, Sun, Stevovic y Chen, 2017}; ^{Li et al., 2013}; ^{Osseweijer, Hurk, Teunissen y Van Sark, 2018}). Respecto a sistemas para enfriamiento, se incorporan nuevas tecnologías con disecantes y membranas, para fomentar el ahorro energético y bajo impacto ambiental (^{Chen y Norford, 2020}).

¿UN ZEB PRODUCE ENERGÍA CONECTADA O AISLADA DE LA RED?

Un ZEB produce energía renovable en el sitio para su abastecimiento y el excedente es intercambiado con la red externa. Cuando la generación de energía no es suficiente para cubrir las necesidades de consumo, se procede a tomar energía de la red externa (^{Berardi, 2018}). En casos donde se cuenta con baterías de almacenamiento de energía, la energía eléctrica para el funcionamiento del edificio se extrae desde tres fuentes: renovables intermitentes (por ejemplo, Solar Fotovoltaica); batería de almacenamiento de energía; e infraestructura externa. La suma de energía entre ellas es consumida por la demanda solicitada (^{Kosai y Tan, 2017}).

Para el ^{U.S. Department of Energy y The National Institute of Building Sciences (2015)}, la designación de ZEB debe ser utilizada sólo en edificios que han demostrado a través de sus mediciones anuales actuales que la energía distribuida es menor o igual a la energía renovable exportada desde el sitio.

Por su parte, ^{Debbarma, Sudhakar y Baredar (2017}) explican que la electricidad generada por los paneles fotovoltaicos integrados puede satisfacer aproximadamente entre un 20% y 75% de los requerimientos de electricidad, dependiendo de la ciudad y su localización. La diferencia entre el tiempo de uso y el tiempo de generación de electricidad in situ o “cercana” dificulta la posibilidad de usar la electricidad en su totalidad para el autoconsumo. La conexión a la red suele ser necesaria para permitir el verdadero equilibrio físico de energía cero. Por lo tanto, se asume que el exceso de electricidad generada en el sitio se envía de vuelta a la red, utilizando la red como almacenamiento ilimitado (^{Hermelink et al., 2013}). Dado lo dicho anteriormente, la variante de los edificios autónomos no se recomienda ya que el sistema de generación se sobredimensiona para alcanzar el autoconsumo y se requiere un sistema de almacenamiento de energía térmica y eléctrica de muy alto costo (^{Lausten, 2008}).

Como ejemplo de interacción con la red, estudios realizados en países de Latinoamérica muestran avances importantes en sus legislaciones sobre “Generación distribuida”, lo cual contribuye a alcanzar mayores posibilidades de integración en ZEB. En ese contexto, ^{Vargas Gil et al. (2020)} señalan que las mayores plantas solares fotovoltaicas de Sudamérica se localizan en Brasil y Chile, y destacan igualmente el plan de energías renovables de Argentina (renovAR) cuyo objetivo es el de adjudicar contratos de energía eléctrica a partir de fuentes renovables.

Así también, respecto a la generación distribuida para el autoconsumo, Costa Rica lleva un sistema de registro a través de la Dirección de Energía del Ministerio del Ambiente y Energía (MINAE) donde se evidencia un total instalado de 54.504,92 kW, en el marco del Decreto 39220 - MINAE, hasta abril de 2020, lo cual representa más de 1924 sistemas registrados (^{MINAE, 2015}; ^{Energía Estratégica, 2020}). Chile, en tanto, cuenta con la ley 21.118 de 2018, donde se otorga el derecho a los clientes de las distribuidoras a generar su propia energía, autoconsumirla e inyectar sus excedentes a la red bajo la modalidad Net Billing (^{Ministerio de Energía, 2018}). Y, en Argentina, se dispone de la ley N° 27.424, de similares condiciones (^{Honorable Congreso de la Nación Argentina, 2017}).

¿CUÁL ES EL IMPACTO DE EMISIONES DE GEI INVOLUCRADO EN LA GENERACIÓN DE ENERGÍA MEDIANTE ER PARA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS ZEB?

La generación de energía mediante Energías Renovables es reconocida por su contribución hacia la disminución de GEI a la atmósfera. Según el IPCC, la integración rápida de EE y tecnologías de ER en edificios conducirá a una reducción drástica de las emisiones de CO2 (^{Rogelj et al., 2018}).

Desde esa perspectiva, diversos trabajos comprueban que la generación de energías limpias produce impacto ambiental. ^{Hammond y Jones (2008}) indican que, en paneles fotovoltaicos, las emisiones de CO2 en placa fina son de 67 kg CO2/m2y monocristalinos de 242 kg CO2/m2. Según ^{Finnegan, Jones y Sharples (2018}), es esencial el estudio de análisis de ciclo de vida de las tecnologías nuevas y existentes para seleccionar el sistema adecuado.

La cantidad de GEI acumulado en los ZEB se encuentra asociado a los materiales y tecnologías instaladas en el edificio. Como ejemplo de ello, el gráfico de la Figura 7 resume los resultados de la investigación de ^{Vares et al. (2019}) en la que se comparó tres casos de edificación con un nZEB sin integración de ER. Allí, EEC1 corresponde a un edificio conectado a la red eléctrica exterior con integración de energía solar térmica para ACS, paneles FV de placa fina y colectores solares térmicos tipo plato; EEC2, a uno que no tiene conexión con la red eléctrica y posee iguales generadores de ER con el agregado de baterías para almacenar energía solar; y, EEC3, a otro que se encuentra conectado a la red eléctrica y genera la totalidad de energía para calefacción y ACS de energía solar térmica mediante colectores tipo plato parabólico.

Fuente: Elaboración de los autores, a partir de ^{Vares et al. (2019}).

Figura 7: Gráfico comparativo porcentaje de emisiones de GEI para 25 años de funcionamiento por cada caso. 

En definitiva, se advierte que, durante un ciclo de vida estimado para los sistemas de 25 años, mientras mayor es la autonomía del edificio se incrementa la cantidad de emisiones acumuladas. Sin embargo, cuando la tecnología de ER seleccionada produce electricidad (caso EEC 1), genera un 40% menos de emisiones de GEI, en comparación con un nZEB, sin integración de ER (^{Vares et al., 2019}).

La variante EEC1 demuestra que, bajo condiciones que consideran un usuario activo en materia de eficiencia energética, podrían combinarse estrategias de conservación de energía y así disminuir el porcentaje de emisiones durante el funcionamiento del sistema, principalmente para calefacción y enfriamiento.

Se puede decir que el impacto de GEI involucrado en los ZEB puede ser regulado por las decisiones de los inversores sobre las tecnologías a integrar en los edificios (^{Attia, 2016}; ^{Azzouz, Borchers, Moreira y Mavrogianni, 2017}; ^{Hernandez y Kenny, 2010}; ^{Lamnatou, Motte, Notton, Chemisana y Cristofari, 2018}).

¿CUÁL ES O SERÍA EL IMPACTO EN LA MATRIZ ENERGÉTICA?

Los ZEB se integran de manera holística en Sistemas de Redes Inteligentes (Smart Energy Systems), en los sectores de electricidad, calefacción, enfriamiento, industria, edificios y transporte, con el fin de abordar soluciones para la transformación hacia un futuro renovable y sustentable en materia de soluciones energéticas (^{Lund et al., 2017}).

En este marco, ^{Seljom, Byskov, Tomasgard, Doorman y Sartori, (2017}) realizaron un análisis sobre la incidencia de estos edificios en la reducción del consumo energético con proyecciones al año 2030 y al 2050 para el sistema escandinavo. Los resultados revelaron una reducción del consumo de electricidad para calefacción de un 8% y un 18%, respectivamente. Teniendo en cuenta que se espera una renovación del total del stock edilicio en ZEB de un 25%, para 2030, y de un 50%, para 2050, esto cambiaría el funcionamiento de la generación de energía eléctrica flexible.

Los Sistemas de Calefacción y Refrigeración urbanos (DHC-District heating and cooling) están sustentado en la utilización de fuentes locales de calor, refrigeración y combustibles que, en circunstancias normales, se perderían. En la plataforma DHC (2012)¹, para la UE, se plantean tres escenarios 2020-2030-2050, en los cuales está previsto extender las plantas existentes de producción de calor urbano e incrementar plantas solares-térmicas.

En Latinoamérica, se está progresando en políticas de eficiencia energética. En Argentina, por ejemplo, se ha avanzado en proyectos de certificación energética edilicia en la norma IRAM 11900-2017 “Prestaciones energéticas en viviendas. Método de cálculo y etiquetado de eficiencia energética” (^{IRAM, 2017}), la cual persigue evaluar el uso final de energía convencional que contribuye a la demanda energética de la vivienda mediante los servicios de calefacción, refrigeración, iluminación artificial interior y calentamiento de agua sanitaria. Se mencionan las estrategias bioambientales de diseño como una manera efectiva de contribuir a la EE (^{Fernández, Garzón y Elsinger, 2020}).

En términos de generación de ER, se sanciona en el Decreto 1075/2017 la ley N° 27.424 “Régimen de fomento a la generación distribuida de Energía Renovable integrada a la red eléctrica pública” (^{Honorable Congreso de la Nación Argentina, 2017}), donde se establecen las condiciones jurídicas y contractuales para la generación de energía eléctrica de origen renovable por parte de usuarios de la red de distribución. Se considera un avance importante en la legislación nacional argentina que puede dar pie a la integración de ZEB. Específicamente, el artículo 7° indica que:

A partir de la sanción de la presente, todo proyecto de construcción de edificios públicos nacionales deberá contemplar la utilización de algún sistema de generación distribuida proveniente de fuentes renovables, conforme al aprovechamiento que pueda realizarse en la zona donde se ubique, previo estudio de su impacto ambiental en caso de corresponder, conforme a la normativa aplicable en la respectiva jurisdicción. (^{Honorable Congreso de la Nación Argentina, 2017, p. 4})

¿QUÉ INFLUENCIA TIENEN LOS ZEB EN EL CONSUMO DEL SECTOR EDILICIO?

Los ZEB podrían establecer ahorros importantes en el consumo del sector. En efecto, se estima en ellos una demanda energética de un 25% a un 50% menor que la generada por los edificios convencionales (^{Häkämies et al., 2015}). Para esto, se requiere, cabe subrayar, una conducta eficiente del usuario en la utilización de los sistemas pasivos y las tecnologías activas (^{Carpino, Mora, Arcuri y De Simone, 2017}; ^{Causone, Tatti, Pietrobon, Zanghirella y Pagliano, 2019})

En la Figura 8, se ilustran los diferentes sectores incluidos en los cálculos de balance, y se observa que el mayor potencial en ahorro energético se encuentra en la reducción de la demanda de calefacción y enfriamiento (^{Garde et al., 2014}). Un edificio en climas templados, con la aislación apropiada, podría reducir la demanda de calefacción de un 20% a un 50% (^{Taleghani, Tenpierik, Kurvers y Van den Dobbelsteen, 2013}). Para el logro de un diseño óptimo, el consumo debería ser de 30 kWh/m2/anual (^{Hermelink et al., 2013}). ^{D’Agostino y Parker (2020)} también consideran importante disminuir el impacto del consumo energético perteneciente a la iluminación y electrodomésticos.

Fuente: ^{Hermelink et al. (2013}).

Figura 8: Demanda por sectores incluidos en el cálculo de balance para un ZEB. 

En la Figura 9, se aprecia un ejemplo de funcionamiento y cálculo de los flujos energéticos dentro de un ZEB, donde las escalas concéntricas muestran, de afuera hacia adentro, la interacción del edificio con la red exterior. Primeramente, ingresa la energía primaria neta para cubrir la demanda térmica y eléctrica hasta el límite con el sistema de red exterior. El edificio toma la energía necesaria para consumo de los distintos sectores y cubre la demanda en conjunto con la energía generada de los sistemas de ER. Por último, se exporta el sobrante al sistema de distribución, generando un balance positivo entre generación y demanda.

Fuente: Elaboración de los autores, a partir de ^{Berardi, (2018}).

Figura 9: Ejemplo de cálculo de los flujos energéticos en un ZEB. 

¿EXISTEN METODOLOGÍAS PARA LA EVALUACIÓN DE UN ZEB?

El concepto de ZEB requiere una metodología clara y consistente sobre el cálculo energético. Inicialmente, las incógnitas más importantes en este sentido trataban sobre la medida del balance, el periodo del balance, el tipo de energía incluida en el balance, tipo de balance energético, aceptar fuentes de energías renovables, la conexión con la infraestructura energética y los requerimientos para lograr eficiencia energética, clima interior y, en el caso de edificios con conexión a la red, interacción del edificio con la misma (^{Marszal et al., 2011}).

Como referencia para determinar un marco regulatorio, la bibliografía resalta dos legislaciones principales: la promulgada por la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo (EPBD) en la normativa 2010/31/EU del año 2010 y la establecida por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (US DOE) “A Common Definition for Zero Energy Buildings” del año 2015. En la primera se indica que los edificios públicos construidos hasta el 31/12/18 deben ser de carácter nZEB y, consecuentemente, lo serán todos los edificios por construirse al 31/12/2020 (^{Comisión Europea, 2010}; ^{D’Agostino, 2016}; ^{Pacheco-Torgal, 2014}). La segunda define como estrategia principal alcanzar viviendas ZEB comercializables para 2020 y edificios comerciales en 2025.

Años más tarde, el aporte de la IEA en conjunto con SHC (Solar Heating and Cooling) mediante el programa Task 40 - Conservación de la energía en Edificios y sistemas comunitarios (ECBCS) -Towards Zero Energy Solar Buildings- expondrán que hay tres pasos fundamentales para desarrollar un ZEB, proporcionando mayor flexibilidad en la toma de decisiones para el diseño de los edificios: optimizar el diseño del edificio pasivo, maximizar la eficiencia energética para minimizar la demanda energética del edificio y explorar la generación de energía renovable en el sitio para cubrir las necesidades existentes (^{IEA, 2015}).

Actualmente, se procede a analizar la viabilidad técnica y económica de los ZEB mediante simulación paramétrica (^{Ferrara et al., 2020}). Esta herramienta resulta valiosa para el diseñador, ya que permite plantear sugerencias de baja energía y optimizar el modelo en el proceso de diseño de manera temprana y holística (^{Lobaccaro et al., 2018}).

¿CUÁL ES EL IMPACTO DE LOS ZEB FRENTE AL CAMBIO CLIMÁTICO?

El cambio climático (CC) desafía a tomar medidas de adaptación y mitigación en las construcciones. Estudios muestran que es posible reducir un 40% las emisiones del sector con las tecnologías disponibles en el mercado (^{United Nations Environment Programme - Sustainable Buildings & Climate Initiative, 2009}). Las estrategias de mitigación se centran en el balance energético, el confort térmico y la interacción con las redes (^{Chai, Huang y Sun, 2019}).

La integración de los EEC al ambiente construido, ya sea mediante edificios de planta nueva o rehabilitación de existentes, logrará una mayor calidad energética y ambiental en las construcciones, como respuesta ante la necesidad de crear ciudades resilientes que trae aparejado el CC, ya que éste solicita de conductas más autosuficientes en el uso de los recursos (^{Calvente, 2007}). Se ha demostrado, en este contexto, que debido al aumento de la temperatura terrestre, en el futuro será necesario mejorar medidas pasivas de protección solar y avanzar en tecnologías para refrigeración en periodo de verano (^{Flores-Larsen, Filippín y Barea, 2019}).

El impacto neutro conseguido a partir de la limitación del consumo de combustibles fósiles y el desarrollo energético neutro durante el ciclo de vida del edificio, puede volverse mayor y positivo. La búsqueda de la más alta eficiencia en la administración de los recursos no renovables y la máxima generación de aquellos renovables, contribuye a alcanzar una escala superior en materia de edificio sustentable (^{Attia, 2016}). En la Figura 10, se vislumbra que el desarrollo positivo a través de los ZEB puede incrementar la biocapacidad y revertir la huella ecológica del edificio, los cuales pueden convertirse en edificios regenerativos.

Fuente: Elaboración de los autores, a partir de ^{Attia (2016}).

Figura 10: Visión de EEC como edificios regenerativos y sustentables. 

¿CUÁLES SON LAS PROYECCIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS ZEB?

El crecimiento de la masa de ZEB ha trascendido mundialmente en los últimos años y se espera su continuidad. Desde esa óptica, el ^{Parlamento Europeo y del Consejo (2018)} ha declarado que:

Cada Estado miembro establecerá una estrategia a largo plazo para apoyar la renovación de sus parques nacionales de edificios residenciales y no residenciales, tanto públicos como privados, transformándolos en parques inmobiliarios con alta eficiencia energética y descarbonizados antes de 2050, facilitando la transformación económicamente rentable de los edificios existentes en edificios de consumo de energía casi nulo. (^{Parlamento Europeo y del Consejo, 2018, Art. 2, p. L 156/81})

A ello hay que añadir que, recientemente, China generó una versión de Normativa Técnica para ZEB (Technical Standard for Nearly Zero Energy Buildings - GB/T 51350-2019), donde se propone alcanzar el objetivo “tres 30% en el futuro: 30% de nuevos edificios de ultra-baja energía; 30% de energía renovables para edificios; y 30% de edificios antiguos restaurados como edificios de ultra-baja energía” (^{Luo et al., p. 2, 2020}).

Se espera, en suma, que los ZEB contribuyan significativamente en las ciudades inteligentes (^{Kylili y Fokaides, 2015}). Ante este desafío, se plantea la idea de “Comunidad nZEB”, basada en un concepto colaborativo, donde los edificios que pertenecen a ella pueden compartir libremente la generación de ER, el almacenamiento de energía e información (^{Huang y Sun, 2019}). ^{Rehman, Reda, Paiho y Hasan (2019}) plantean la necesidad de buscar métodos de almacenamiento de energía eficientes técnica y económicamente asequibles. Otro ejemplo en esta línea lo constituye el programa de viviendas multifamiliares ejecutado por políticas de gobierno en el Reino Unido, Zero Carbon homes (Figura 11), que representa un aporte en la transición hacia edificios bajos en carbono (^{Heffernan, Pan, Liang y de Wilde, 2015}).

Fuente: Fotografía extraída de Bioregional Development Group (https://www.bioregional.com/).

Figura 11: Comunidad nZEB, Zero carbon homes, Reino Unido.