Eficiencia Energética: Instalación Solar

En post anteriores hemos hablado de lo importantes que serán en un futuro las energías renovables. De entre todas estas fuentes de energía la que más provecho podemos sacarle en nuestro hogar es la energía solar. La captación de energía se puede hacer a partir de placas fotovoltaicas, que nos darán energía en forma de electricidad o a partir de placas térmicas que nos darán energía en forma de calor.

Al mismo precio usaríamos siempre placas fotovoltaicas ya que al obtener energía eléctrica podemos abastecer la instalación de clima, Agua Caliente Sanitaria (ACS) y todos los elementos eléctricos de la casa. Pero el caso es que el precio de una instalación fotovoltaica resulta mucho más cara que una instalación solar térmica. Para empezar la energía eléctrica tiene que almacenarse en baterías eléctricas que aparte de ser caras ocuparan un gran espacio en la vivienda. También nos harán falta inversores para transformar la energía eléctrica que dan las placas en energía apta para nuestra instalación, cuyo precio también es muy elevado. Y por si no fuera poco, en España hay un impuesto si se quiere consumir energía eléctrica autogenerada. Con todo esto resulta inviable rentabilizar una instalación fotovoltaica.

Placas solares térmicas

Con placas solares térmicas la cosa es muy distinta, por una parte el precio de una placa térmica ya es mucho menor que el de una placa fotovoltaica (aunque hay muchos tipos de placas solares térmicas). Si en el caso anterior necesitábamos un inversor para adaptar la electricidad a nuestra instalación ahora solo nos harán falta intercambiadores para parar la temperatura del circuito Solar al circuito de Clima y de Agua Caliente Sanitaria. Por lo que respecta al almacenamiento ahora el espacio de las baterías eléctricas lo ocuparan unos depósitos de inercia: uno por el Clima y el otro por el ACS.

¿Cómo funcionan las placas térmicas?

El funcionamiento de unas placas térmicas es muy simple. En primer lugar, como vemos en la
imagen, el sol calienta el agua que hay en las placas solares. Una vez las placas están calientes se manda esta agua a los depósitos de Agua Caliente Sanitaria y Clima. Esta agua pasa por un serpentín situado en el interior de los depósitos, la función de este serpentín es pasar el calor del circuito de clima a los depósitos. De esta manera el agua de los circuitos no se mezcla i podremos controlar mejor las temperaturas.

Aprovechamiento ACS

El Agua Caliente Sanitaria (ACS) es el agua que usamos a lo largo del día para ducharnos, lavar los platos, etc... Normalmente el calentamiento se suele hacer por caldera de gas que hace que el proceso de calentamiento sea mucho más rápido por lo que no hace falta ningún depósito. Aunque también podemos encontrar instalaciones con calentadores eléctricos, en este caso sí que hace falta un depósito pero no será tan grande como en una instalación solar. Este depósito tiene que encontrarse a una temperatura de entre 60 y 70 grados, aunque cada cierto tiempo se tendrá que subir de 70 ºC como medida contra la salmonelosis.

Clima

El apartado de clima será distinto para cada instalación, puede que la climatización se haga a través de radiadores, fancoils (por aire) o por suelo radiante. En cualquiera de los casos nos hará falta un depósito de inercia, la función de este depósito es similar a la de una batería eléctrica: cargamos el depósito de calor cuando tenemos exceso de energía para aprovecharla cuando no disponemos de suficiente energía solar. La temperatura que deberá alcanzar este depósito depende del sistema de climatización: para suelo radiante se necesitan unos 40 grados, para fancoils 45 y para radiadores 70 grados.

Disipador

Puede haber momentos puntuales en que la temperatura de las placas solares subirá de forma muy acentuada y los depósitos no podrán absorber todo el calor que generan las placas. Si la temperatura del líquido del circuito solar (normalmente agua con algún aditivo) sube por encima de su temperatura de ebullición el líquido de dentro las placas pasará a estado gaseoso, eso nos generará dos problemas: primero que el líquido en forma de vapor se nos escapara por los purgadores del circuito situados en la parte más alta, lo que disminuirá la presión del circuito y la circulación será peor o ninguna. Por otra parte, al haber aire en la instalación puede dañar seriamente las bombas de impulsión.

Por esta razón se suele añadir un disipador de calor al lado de las placas solares, su función es disipar calor antes de que la temperatura de las placas suba por encima de la temperatura de ebullición del líquido del circuito solar. Es muy común que en casas con piscina se cambie el disipador por intercambiador de calor en la piscina, de esa manera cuando la temperatura sube demasiado se calienta el agua de las piscina i ese calor es aprovechado.

Conclusiones.

Aunque podemos llegar a hacer funcionar las instalaciones de clima y ACS solo con energía solar en ciertos momentos del año, la verdad es que normalmente nos hará falta usar una fuente de energía adicional como una caldera o resistencias eléctricas. Es por eso que cualquier instalación solar funciona siempre en paralelo con otro sistema generador de calor. Lo que hace que su control dependa de muchos factores a parte de las temperaturas de los depósitos y de las placas solares, por esa razón será necesario integrar la instalación solar con todo el sistema de climatización de la casa. ¿Y qué mejor manera de hacer eso que con el protocolo KNX?

Girona, 25 de Octubre de 2014

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Eficiencia energética: Sectorización del Clima

Cuando se habla de eficiencia energética en una vivienda, lo primero que nos viene a la cabeza es reducir el consumo eléctrico de los electrodomésticos o su tiempo de encendido. Es verdad que con la domótica podemos llegar a reducir significativamente el consumo eléctrico de luces y electrodomésticos mediante contadores eléctricos, pero la mayor parte de la energía consumida en una vivienda es en el sistema de climatización. A la hora de reducir el consumo de clima hay miles de técnicas posibles, pero la que sin duda es la más simple y contundente es la sectorización del clima de toda la vivienda.

¿En qué consiste la sectorización?

En las instalaciones convencionales las casas funcionan como podemos ver en la siguiente imagen. Un termostato que suele estar en una de las zonas comunes (en este caso el comedor), da una señal a la caldera cuando la temperatura que detecta está por debajo de la temperatura de confort programada (entre 21 y 24 ºC). Con esta señal la caldera se pone en funcionamiento y empieza a calentar el agua de todo el circuito de clima. El circuito de clima reparte esta agua caliente por todos los radiadores de la vivienda, hasta que la temperatura que el termostato detecta sobrepasa la temperatura de confort. Es este momento el termostato da la señal inversa para que esta deje de calentar el circuito de clima.
¿Pero qué pasa si la temperatura del comedor no es la misma que la del resto de habitaciones? Si, por ejemplo, la temperatura del comedor es más alta que la temperatura de las otras habitaciones, el termostato no dará ninguna señal a la caldera, ya que según él la temperatura ambiente ya es la deseada. Mientras tanto las otras habitaciones estarán por debajo de la temperatura deseada y no empezarán a calentarse hasta que el comedor baje de la temperatura de confort programada.

Aun peor sería el caso contrario, imaginemos que ahora el resto de habitaciones ya están a la temperatura de confort deseada pero que en el comedor la temperatura está por debajo de la programada. El termostato daría la señal a la caldera por lo que empezaría a calentar todo el circuito de clima, incluyendo a las habitaciones que ya tienen la temperatura deseada, por lo que las habitaciones que ya estaban a la temperatura correcta ahora estarán más calientes llegando incluso a molestar a sus ocupantes. Y no solamente eso sino que estaremos gastando energía inútilmente.

Un sistema de clima sectorizado consiste en equipar cada una de las habitaciones con un termostato, de manera que solo se calienten las habitaciones que realmente lo necesitan sin malgastar la energía y manteniendo todas las habitaciones a la temperatura deseada por cada uno de sus ocupantes, ya que la temperatura de confort de una persona no tiene por qué ser la misma que la de la persona de la habitación de al lado.

¿Cómo conseguimos sectorizar el clima de una vivienda?

Lo primero que haremos será equipar cada una de las estancias de la casa. Estos termostatos actuaran igual que en el caso anterior con la diferencia que la señal no se la mandarán a la cadera, sino a una válvula eléctrica de paso instalado en cada uno de los radiadores de la estancia. Al recibir la señal la válvula dejará pasar el agua a través del radiador.

Por otra parte un módulo lógico recibirá el estado de todas las válvulas del sistema, de tal manera que si una de ellas está abierta este mandará la señal de puesta en marcha a la caldera, esta empezará a calentar el circuito de clima con la diferencia que ahora este circuito solo estará compuesto por los radiadores de las habitaciones que realmente necesiten una aportación de calor.

¿Qué beneficios tiene?

El beneficio principal está claro: en el primer caso teníamos que calentar todas las estancias a la vez y por lo tanto todos los radiadores, mientras que con la instalación sectorizada solo vamos a calentar los radiadores necesarios, por lo que el consumo de la caldera será mucho menor en un sistema sectorizado.

Y no solo eso: imaginemos que una de las habitaciones va estar desocupada durante unos días. Antes tenías que girar la válvula de paso del radiador hasta cerrarlo y luego volver a abrirla. Muchas veces ni se hace ya que por unos días no vale la pena el esfuerzo. Pero con el nuevo sistema solo hará falta pulsar un botón para dejar deshabilitado el termostato hasta que la persona vuelva. Es más lo podrá cerrar y abrir antes de llegar la misma persona remotamente a través de su teléfono móvil.

Que coste puede tener una instalación sectorizada?

Claro está que el precio de una instalación centralizada será superior al de una convencional. Mientras que con el sistema convencional hará falta un solo termostato con una instalación sectorizada nos hará falta tantos termostatos como habitaciones a climatizar, y no solo eso, también tendremos que instalar válvulas eléctricas en cada uno de los radiadores y un actuador que le dé la señal. Si además añadimos el modulo lógico que  dará la señal a la caldera nos gastaremos entre 100 y 200 euros por habitación. Mientras que con un sistema convencional nos gastaríamos 100 por un solo termostato.
La cosa cambia si en vez de radiadores la casa  funciona con suelo radiante. La ventaja de este sistema es que todos los circuitos del suelo de cada habitación (qua actúan como radiadores) parten de un colector principal. Con esto no hará falta un actuador para cada estancia, sino que podremos usar un actuador de múltiples salidas especiales para válvulas electro-térmicas, con el que además no nos hará falta un módulo lógico complementario, sino que el mismo dará la señal a la caldera cuando alguna de las válvulas esté abierta.

Con cualquiera de las dos opciones el coste supera ampliamente el de una instalación convencional. No obstante el ahorro energético que conseguiremos será muy importante, pudiendo llegar a amortizar la instalación en menos de 5 años.

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Dispositivos KNX: Visualización

La visualización engloba una gran variedad de dispositivos. Son los dispositivos encargados de dar información al habitante de la casa. Aunque les llamemos dispositivos de visualización la mayoría de veces podremos actuar sobre ellos, por lo que sería más correcto llamarlos dispositivos de interacción. Un termostato, como el que cualquiera puede encontrar en su casa sería un elemento de interacción: por una parte obtenemos datos como la temperatura ambiente y la consigna, y por otro lado podemos actuar sobre esa consiga a través de los botones que lleva integrados.
En este post repasaremos los distintos dispositivos de visualización que podemos encontrar en el mercado, desde los más simples como puede ser un panel de leds informativo a un sistema mucho más complejo como sería un servidor domótico.

Displays Informativos

Estos dispositivos sí que son puramente informativos. Aunque actualmente no se usan mucho, anteriormente era usual colocar paneles de leds informativos que indicaban el estado de las ventanas y puertas de una casa (rojo: abierta y verde: cerrada) de esta manera el habitante de la casa podía saber el estado de todas las aberturas de la casa sin tener que ir habitación por habitación. En la actualidad se suele visualizar el estado de las aberturas de las casas desde alguna pantalla táctil por lo que no se suelen instalar en la actualidad.

Otro ejemplo de este tipo de dispositivos son sensores de temperatura, humedad o co2. Algunos fabricantes como Elsner equipan estos sensores como un display donde se puede visualizar el valor medido.

Termostatos

A diferencia de un simple sensor, un termostato siempre tendrá que tener algún tipo de visualización para controlar la consigna de temperatura. Por la misma razón los termostatos llevan integrados siempre algún tipo de botón. Un ejemplo clásico sería el termostato de GIRA, con el que se regula la temperatura a través de una ruedecilla, en cambio los termostatos de Jung vienen integrados con un teclado que se podrá programar para que realice cualquier tipo de función (subir o bajar la temperatura, dejar el clima en standby, apagar totalmente el clima, etc...)

Pantallas KNX

La mayoría de fabricantes suelen tener algún tipo de pantalla táctil, algunas muy simples y otras más complejas. Las de Jung, Abb y Zennio son con las que más he trabajado, aparte de visualización e interacción también suelen incorporar funciones lógicas, controles horarios, y sirena de alarma. Actualmente los precios de estas pantallas no están muy lejos de lo que puede valer un servidor, por lo que por lo general prefiero usar servidores domóticos combinados con tablets o pantallas táctiles.

Los menús de estas pantallas suelen estar predefinidos por lo que son poco personalizables visualmente, como mucho se puede cambiar el color del fondo de pantalla.

Iddero

Iddero merece una mención especial, ya que aun tratándose de una pantalla como las anteriores es mucho más personalizable ya que no dependes de un menú predefinido. Es muy habitual poner un render de la vivienda (imagen en 3D) desde el que se puede actuar sobre las luces, persianas y demás elementos de la casa. De esta manera la visualización es mucho más fácil de interpretar y utilizar.

Servidores

Servidores Externos

Más que un dispositivo es un servicio, a través de nuestro ordenador, teléfono o tablet accedemos a un servidor externo a nuestra instalación, este hace lecturas y envía mensajes a través de un router IP que tendremos que tener conectado a nuestra instalación de domótica. Un ejemplo de este tipo de servidor es el HouseinHand ahora propiedad de Intesis, o el InSideControl de Schneider los dos muy intuitivos y fáciles de usar.

Estos sistemas resultan mucho más baratos que tener un servidor físico, aparte de no ocupar espacio. Como a contrapartida son unos sistemas mucho más lentos, y la conexión puede fallar de vez en cuando.

Servidores Físicos

A diferencia del caso anterior estos son dispositivos físicos que podemos encontrar en nuestra instalación. También incorporan gran variedad de funciones como las pantallas táctiles, pero suelen ser mucho más potentes y más personalizables. El Loxone es un ejemplo de este tipo de dispositivos, aunque no está exclusivamente basado en KNX puede ser muy útil en una instalación domótica, permite programaciones horarias, funciones lógicas, guardado de datos en la memoria, visualización de gráficos y todo desde una interfaz muy elegante y sencilla de usar.

Por otra parte encontramos a la joya de la corona: El HOMESERVER de GIRA. Con este servidor se puede hacer casi todo lo imaginable: programaciones lógica casi ilimitadas, envíos de mensajes, mails de alarma, visualizaciones personalizadas, simulaciones de presencia, y un etc enorme. Su precio es muy elevado en comparación con el LOXONE pero vale cada uno de los euros de más.

Conclusiones

La visualización siempre será necesaria en una instalación domótica, la complejidad de esta visualización dependerá del usuario final. Por ejemplo, si el usuario es una persona poco habituada a utilizar ordenadores, smartphones o tablets, no es recomendable usar pantallas táctiles y mucho menos servidores domóticos, pero si termostatos o displays informativos. La visualización es un valor añadido que da la domótica, y bien programada y adaptada puede resultar una herramienta muy útil.

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Instalación Domótica

En el post de hace dos semanas ¿Cuál es el precio de una instalación domótica?, vimos lo que podía costar una instalación de domótica en una vivienda media alta. Sin embargo en ese precio no se incluye la instalación de los dispositivos en la casa. Este apartado es mucho más difícil de determinar, ya que dependerá del tipo de vivienda en el que se quiere hacer la instalación. Una cosa es hacer una instalación en una casa que está por construir, y otra dotar a una casa ya construida con domótica.

Piso de Nueva Construcción.

El coste de instalar domótica en una obra nueva no es muy distinto del que pueda costar una instalación convencional (con encendidas de luces a través de teleruptores). Pero si hay que tener en cuenta varios factores:

El cable de bus tendrá que pasarse por toda la casa, todos los pulsadores, actuadores empotrados, sensores, etc... Se alimentarán de él. La distancia entre la fuente (situada en el cuadro eléctrico) y el elemento más lejano no puede ser superior a los 1000m. En instalaciones muy grandes donde se puede llegar a superar esta distancia o el número de dispositivos que puede alimentar una fuente de tensión se divide la instalación en líneas, y estas se comunican a través de acopladores de línea. Esto solo pasa en casas muy grandes de más de una planta, en estos casos se suele hacer una línea por planta, cada una con su acoplador de red.

Al igual que una instalación con teleruptores todas las tomas de luz tendrán que ir directamente al cuadro, donde se conectaran a los actuadores. Pero a diferencia de una instalación con teleruptores los pulsadores e interruptores no tendrán que ir a cuadros, ya que la comunicación entre estos y el actuador se hace a través del bus.

Reforma de Piso.

En primer lugar casi obligatoriamente tendremos que pasar cable de bus por toda la casa. No suele ser una tarea muy complicada, ya que en todas las instalaciones se pueden encontrar conductos de reserva para pasar uno o más cables, de no ser así el cable puede ir junto a los de corriente siempre que esté apantallado. También es posible que uno o más de los conductos estén obstruidos, en este caso será necesario abrir una regata.
El mayor problema está cuando la instalación anterior no está hecha con teleruptores, por lo que las tomas de luz no pasan por el cuadro eléctrico, en este caso tenemos cuatro opciones:

Abrir Regatas

Es la alternativa más simple aunque supone más trabajo que las otras. Se abren regatas a través de toda la casa y se pasan nuevos conductos para pasar los cables de todas las encendidas. De esta manera nos quedará una instalación como la de una obra nueva, con lo que no hará falta ningún dispositivo extra, y por lo tanto el precio en material no aumentará. Por otra parte hará falta enyesar y repintar todas las paredes por donde se han abierto las nuevas regatas.

Usar los conductos existentes

Como la idea de abrir regatas no suele gustar mucho al cliente final, otra opción es solo pasar el bus a través de los conductos ya existentes hasta cada registro de la casa. En cada uno de los registros se colocan actuadores de empotrar para el control de luz o persianas y se hace allí la conexión con la toma de luz. A parte estos actuadores suelen llevar dos entradas digitales a las que se pueden conectar los interruptores convencionales que ya están instalados en la casa, con lo que nos ahorraremos pastillas de entrada para algunos de los mecanismos y no tendremos que llevar el bus hasta ellos. De esta manera nos ahorramos destrozar paredes y volver a pintarlas, aunque el precio en material aumentará.

Otras opciones

A parte de las dos anteriores hay otros sistemas que permiten la comunicación de dispositivos sin la necesidad de pasar ningún tipo de cable:
La primera opción es utilizar adaptadores Power Line (PL), de esta manera la comunicación se hace a través del cableado eléctrico. Es una opción fiable pero los adaptadores de línea encarecen mucho la instalación.
Últimamente se habla mucho de dispositivos KNX que se comunican a través de radiofrecuencia. He utilizado pocos, pero la conclusión es que no son ni de lejos tan fiables como un cable de bus. A parte del problema de las distancias entre emisores y receptores existe el problema añadido de la duración de las baterías

Conclusiones

Las opciones son muy variadas y pueden combinarse entre ellas, por ejemplo puede pasarse cable de bus por toda la casa pero si hay algún conducto obstruido se puede usar un adaptador de línea (PL) para llegar hasta la zona aislada. Aunque actualmente la tecnología de KNX RF (radio frecuencia) no está muy desarrollada, parece que el mercado se está moviendo en esta dirección, por lo que es probable que en poco tiempo su fiabilidad se pueda equiparar a la de una instalación KNX por cable.

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