¿Como puedo controlar una caldera?

Como ya hemos visto en más de una ocasión los sistemas de clima y Agua Caliente Sanitaria (ACS) son los que más consumo energético suponen en la instalación de una vivienda convencional. Por esta razón, si queremos que nuestra casa sea eficiente energéticamente es donde  tendremos que poner más esfuerzos para reducir su consumo.

Mientras el consumo de ACS es constante durante todo el año, con el consumo por clima se dispara en los meses de invierno. Para proporcionar calor a una casa los sistemas más utilizados en la actualidad son: resistencias eléctricas, bombas de calor y calderas. La peor opción de todas (si hablamos de consumo) son las resistencias eléctricas, su consumo está muy por encima de las otras dos opciones. A parte del problema del consumo tiene el problema de tener poca potencia instantánea por lo que nos harán falta depósitos de inercia tanto de clima como de ACS, por lo que el espacio que ocupará la instalación será mayor. Es cierto que se pueden utilizar resistencia de mayor potencia que pueden calentar el agua instantáneamente pero su consumo es extremadamente alto.

Este problema no solo lo tendremos con las resistencias eléctricas, también lo tendremos si usamos una bomba de calor. Aun así su rendimiento será muy superior al que pueda tener una resistencia eléctrica, es más su rendimiento será superior en algunas ocasiones al de una caldera, ya que estas máquinas aprovechan la temperatura ambiente exterior para calentar el interior de la vivienda. Es por eso que si la temperatura exterior es superior a los 10 grados una bomba de calor nos va a sacar un rendimiento igual o superior al de una caldera. El problema surge cuando la temperatura exterior está por debajo de estos 10 grados.

Por debajo de esta temperatura el rendimiento de una bomba de calor bajará en picado, pudiendo llegar incluso a no poder calentar suficientemente el ACS o el Clima. Es por esta razón que sitios donde el invierno es crudo o que la temperatura baja frecuentemente de los 10ºC instalaremos preferiblemente una caldera, pues su rendimiento será superior al de una bomba de calor y al de una resistencia eléctrica.

Tipos

Actualmente podemos encontrar tres tipos de calderas: las calderas estancas (qua han dejado de fabricarlas), las caderas de bajo NOx (que dejaran de fabricarse a finales de 2015) y las calderas de condensación.

Calderas estancas.

Estas son la evolución de las calderas atmosféricas de toda la vida. La diferencia es que en vez de coger el aire de combustión de la habitación donde se encuentre la caldera utiliza aire exterior. Con lo que evitamos cualquier posible fuga de gas dentro de la vivienda. Actualmente siguen habiendo muchas calderas de este tipo instaladas, aunque en la actualidad ya no se siguen instalando. Esto se debe a que estas calderas generan gases contaminantes de tipo NOx.

Calderas de bajo NOx

La evolución de las calderas atmosféricas son las calderas de bajo NOx, la diferencia ante las anteriores es que estas enfrían la llama del quemador utilizando el agua de retorno tal y como puede verse en la imagen. Con esto se consigue que el proceso de combustión no genere tantos gases NOx, por lo que es más respetuosa con el medioambiente. Sin embargo, su rendimiento sigue siendo bajo si las comparamos con una caldera de condensación, es por eso que estas calderas dejarán de fabricarse en 2015.

Calderas de condensación

Estas calderas tienen un rendimiento superior a las dos anteriores. Su secreto es que aprovechan el vapor de agua que se genera durante el proceso de combustión. El paso de este vapor a agua genera una energía extra que bien puede ser el 11% de la generada en el proceso de combustión. Por lo que la eficiencia de estas calderas es tan superior a las de bajo NOx. Si tienes que cambiar la caldera mi recomendación es que esta sea de Condensación, por un precio no muy superior tendrás un ahorro muy significativo.

Control de calderas

En el control de calderas tenemos dos opciones: control simple a través de contacto y control parametrizado a través de pasarela.

La primera opción es la más simple i barata. La mayoría de calderas suelen tener un contacto de marcha y paro, este contacto es el que usa cualquier termostato para encender el sistema de clima. Si este contacto lo conectamos a una actuador domótico tendremos el control de la caldera, por lo que podremos abrirla o cerrarla según nos parezca conveniente. A parte de este contacto las calderas llevan una señal de alarma, su funcionamiento es el opuesto al del contacto de marcha/paro. Cuando hay algún problema en la caldera, esta cierra un contacto, por lo que si colocamos un módulo de entradas domótico podremos saber en cualquier momento cual es el estado de la caldera.

No obstante una caldera tiene muchos más parámetros sobre los que se puede actuar como la temperatura de impulsión del agua, la temperatura de retorno, la presión del cabal… estos parámetros  vienen definidos de serie pero muchas veces se pueden programar utilizando una pasarela de KNX a MODBUS, LONWORKS, MBUS… según el tipo de caldera. Manipulando estos parámetros podremos conseguir que la caldera trabaje de una forma más eficiente.

Usando estos parámetros podemos por ejemplo adaptar la temperatura a la que calentamos el agua según la temperatura exterior. Cuando esta sea muy baja calentaremos el agua al máximo para climatizar nuestra vivienda. En cambio si la temperatura exterior está por encima de los 10ºC la temperatura a la que impondremos esta agua no tendrá que ser tan alta, lo que supondrá un ahorro a lo largo del invierno.

Un aspecto muy importante del control de calderas es la integración de varios sistemas de clima. En muchos hogares se suele tener a parte de la caldera una máquina de frío para los meses de calor, que a su vez puede funcionar como bomba de calor. Como ya hemos dicho antes a temperaturas de menos de 10ºC una bomba de calor tiene unos rendimientos muy bajos por lo que es mejor usar una caldera para calentar nuestra vivienda. No obstante, por encima de esta temperatura la bomba de calor tiene buenos rendimientos, llegando a ser más eficiente que una caldera. Si tenemos una sonda de temperatura exterior podemos programar la instalación para que funcione siempre de la forma más eficiente, por encima de los 10ºC la instalación calentará la casa con la bomba de calor, pero cuando esta temperatura baje de los 10ºC la instalación recurrirá a la caldera.

Banyoles, 29 de Noviembre de 2014

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Eficiencia Energética: Iluminación

Si pudiéramos separar los consumos de nuestra factura eléctrica en los distintos sistemas que integran nuestra casa veríamos lo siguiente: aproximadamente un 50% del consumo lo generan los sistemas de clima, por detrás van los electrodomésticos que suponen un 25% del consumo, el agua caliente sanitaria por su parte tiene un consumo de, más o menos, el 15% i por último la iluminación supone un consumo de entre el 5 y el 10%.

Ya hemos visto en post anteriores que el consumo de clima y agua caliente sanitaria puede reducirse considerablemente utilizando sistemas de eficiencia energética. Por lo que hace a los electrodomésticos como lavadoras, neveras, televisiones, etc… difícilmente podremos reducir su consumo mediante la domótica. La única manera para reducir el consumo de esta partida es escoger bien a la hora de comprar el electrodoméstico. No solo tenemos que fijarnos en su precio, sino en el coste que nos supondrá, en forma de consumo, a lo largo de su vida útil.

Donde si podremos actuar de forma contundente usando la domótica es en el apartado de iluminación. A lo largo del mes, y sobre todo durante el invierno en que los días son más cortos, la iluminación de una casa tendrá una repercusión significativa en nuestra factura eléctrica. Utilizando sistemas de control podremos reducir en un 60% por ciento el consumo de electricidad en iluminación, lo que puede llegar a suponer un 6% en nuestro consumo eléctrico.

Apagados Generales

Comencemos por lo más básico. Una de las ventajas de utilizar un sistema de control distribuido es que podemos programar cada pulsador de la casa para que abra y encienda las luces que queramos, eso quiere decir que con un solo botón podremos encender y apagar un grupo de luces tan grande como queramos.

Imaginemos que queremos irnos momentáneamente de una habitación donde tenemos abiertas 4 o 5 luces. Si tenemos que apagarlas una por una seguramente las dejaremos abiertas hasta que regresemos a la habitación. Pero poniendo un pulsador de OFF General a la salida de la habitación que apague todas las luces a la vez, no resultará tan incómodo apagar todas las luces al salir de la habitación y no dejaremos ninguna luz consumiendo innecesariamente. O por ejemplo, ya estamos en la cama apunto para ir a dormir y nos acordamos que nos hemos dejado las luces del comedor abiertas, no hará falta que nos levantemos, con un interruptor de OFF generar de toda la casa en el cabezal de la cama podremos apagar todas las luces de la vivienda sin tener que levantarnos.

Si además resulta que podemos controlar nuestra instalación domótica de forma domótica podremos apagar todas las luces desde cualquier parte, por lo que si nunca tenemos la duda de haberte dejado una luz abierta podremos comprobarlo a través de nuestro Smartphone, y si es el caso solo pulsando el botón de OFF General apagaremos todas las luces de la vivienda desde donde quiera que estemos en ese momento.

Apagado automático de las luces

Si por el contrario hemos decidido que nuestra instalación no tendrá control remoto, existe esta otra opción. Colocando sensores de movimiento en las habitaciones de la casa podremos saber que habitaciones están desocupadas en cualquier momento. Si se da el caso que una habitación tiene las luces abiertas y no se detecta ninguna presencia durante un tiempo X, podemos programar la instalación para que apague todas las luces de esa habitación. Este tiempo variará según la habitación, dependerá si se trata de una habitación o de una zona de paso como un pasillo o el hall de entrada.

Regulación Constante de la Luz

Pero sin duda la práctica que más ahorro nos aportará será la regulación constante de luz. Para poder hacerlo serán necesarios dos elementos: un sensor de luz (luxómetro) y un actuador regulado (dimmer). La idea es simple, consiste en regular la luz que aporta la instalación para que la luz de una habitación sea siempre constante, de esta forma durante las horas en que haya una aportación de luz exterior no hará falta que la luz se encienda al 100% tal vez con un 50% nos bastará durante las primeras y últimas horas de luz, y al mediodía seguramente pasaremos con tan solo un 10% de la luminosidad total.

El encargado de decidir si la bombilla aporta más o menos luz será el sensor de luminosidad, por lo tanto de él dependerá el control. Podemos encontrar dos configuraciones: con un sensor para cada habitación o con un solo sensor exterior.

Sensor Interior

Esta es la configuración más evidente. Un sensor en la misma habitación será el encargado de dar instrucciones al actuador regulado para que de la mínima potencia para llegar a la luminosidad deseada. La idea es que actúe como un termostato, pero en vez de buscar una temperatura, estará buscando una iluminación de confort. El problema es que cuando hay muchos sensores en una misma vivienda suele aparecer el problema de que hay interferencias entre luces y sensores. Aunque algunos luxómetros pueden sectorizarse para evitar estas interferencias existe una opción más simple: un solo sensor exterior.

Sensor Exterior

Con un único sensor mediremos la iluminación del exterior de la vivienda. Utilizando esta medida cada habitación tendrá que responder con una regulación de luz determinada para que la iluminación sea constante a lo largo del día. Aunque este sistema es significativamente más barato, ya que solo usaremos un sensor, la regulación no será tan precisa como si tuviéramos un luxómetro en cada habitación.

Aun así este sistema es muy útil a la hora de habilitar y deshabitar sensores de movimiento en zonas de paso. En estas zonas la iluminación no tiene que ser tan alta como en las otras estancias, por lo que durante gran parte del día no hará falta que ni se enciendan. Se pueden controlar estas luces de forma binaria (on/off), pero solo se encenderán a partir de cierto umbral de luminosidad exterior, no será tan eficiente como un sistema de regulación constante, pero el ahorro será considerable.

Girona, 22 de Noviembre de 2014

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Eficiencia Energética: Sistemas Pasivos

En los últimos post hemos estado hablando de eficiencia energética. Es un tema que últimamente está en boca de todo el mundo, no tan solo por la preservación del medioambiente, también por el ahorro económico que puede llegar a suponer que nuestra vivienda esté equipada con sistemas de eficiencia energética. Estos sistemas tienen como objetivo mantener el mismo grado de confort pero a un coste energético y económico mucho menor. Un buen ejemplo seria la regulación de luces en relación a la luminosidad de cada habitación de la casa, si entra algo de luz a través de las ventanas no hará falta que las luces se enciendan al 100%, a lo mejor solo con un 50% tendremos el mismo grado de confort.

Podemos dividir los distintos sistemas de eficiencia energética en dos grupos según su consumo. Por una parte tenemos los sistemas pasivos que tienen un consumo eléctrico de 0 o casi 0. Los sistemas pasivos suelen ser bastante sencillos como el aislamiento térmico de las paredes y ventanas, el paso de luz de las ventanas, la orientación de la vivienda, etc…

Por otra parte los sistemas activos, si tienen un coste en energía eléctrica, aun así al ser sistemas de eficiencia energética su coste energético siempre será inferior a realizar la misma acción con sistemas convencionales. Un ejemplo de este sistema es el que vimos en los últimos post: una instalación solar térmica: aunque las bombas para mover el agua tendrán un coste eléctrico, calentar los mismos depósitos mediante una resistencia eléctrica resultaría mucho más caro.

En este post nos fijaremos en los sistemas pasivos que pueden ser controlados a través de la domótica. Al controlarlos podríamos decir que estos sistemas ya no son pasivos, ya que los dispositivos de control siempre tendrán un pequeño consumo eléctrico. Es por esta razón que al principio de este post he definido a los sistemas de eficiencia energética pasivos como los que tienen un consumo 0 o casi 0.

Ventilación Cruzada

La ventilación cruzada es uno de los sistemas de climatización más simples que existen. Piensa en lo que se hace en una noche calurosa de verano si no se tiene aire acondicionado: se abre la ventana de una habitación y otra ventana en otra parte de la misma vivienda. Así el aire exterior que está a una temperatura más baja circula a través de la vivienda refrescando el ambiente de las habitaciones que haya entre una ventana y otra. Esto tan sencillo es a lo que se llama ventilación cruzada: aportación de aire exterior para climatizar una vivienda.

Utilizando la domótica no es necesario que los habitantes de la casa estén pendientes de la temperatura exterior e interior de la vivienda para abrir y cerrar las ventanas. El proceso estará totalmente automatizado. El mismo termostato que se encuentra en la habitación a climatizar es el que pedirá una aportación de calor o de frio, si las condiciones exteriores son las adecuadas se abrirán las ventanas para que circule el aire. Pongamos por ejemplo el caso anterior: el termostato dice que le hace falta una aportación de frio, por su parte el sensor de temperatura exterior dice que su temperatura está por debajo que la interior, en ese momento las ventanas se abren permitiendo que el aire exterior entre en la vivienda. Cuando la temperatura interior sea la deseada el mismo sistema de control se encargará de que se cierren las ventanas.

Pozo Canadiense

Otro buen ejemplo de sistema pasivo es un pozo canadiense. Os habéis fijado que la temperatura que hay en un sótano a lo largo todo el año suele ser bastante constante. Eso hace que cuando la temperatura exterior es alta durante el verano, la temperatura del sótano está unos cuantos grados por debajo. En invierno en cambio, la temperatura de este sótano está por encima de la temperatura exterior. Este fenómeno, que se debe al contacto del sótano con el subsuelo, nos puede beneficiar cuando queramos climatizar una vivienda que se encuentre en la parte superior. Lo único que tendremos que hacer es desplazar el aire del sótano a la vivienda superior.

El control seria parecido al de la ventilación cruzada. Cuando necesitamos aportación de calor o frio se abrirá un paso entre el sótano y el piso superior para que entre el aire nuevo y una ventana alejada de este para extraer el aire del interior de la vivienda.  Cuando de se trate de aportaciones de aire caliente no hará falta impulsar el aire hacia arriba, ya que al tener una densidad más baja el aire caliente se verá obligado a subir hacia arriba. Si por el contrario queremos hacer una aportación de aire frio necesitaríamos un sistema auxiliar para impulsar este aire hacia arriba, como por ejemplo un extractor. En este punto el sistema dejaría de ser pasivo ya que un extractor tiene un consumo que ya no se puede despreciar.

Chimenea Solar

Al igual que en los dos ejemplos anterior este sistema consiste en desplazar el aire que se encuentra en el interior de una vivienda. Si en el ejemplo del pozo canadiense nos aprovechamos de la baja densidad del aire caliente para transportarlo hacia arriba y calentar la vivienda aquí usaremos el mismo principio, para enfriar la vivienda.  Además en vez de evacuar todo el aire como en la ventilación cruzada, con este sistema podremos evacuar solo el aire caliente, haciendo mucho más eficiente la climatización.

La idea es hacer desplazar el aire que se encuentra en la parte superior de la vivienda (aire caliente) a través de la chimenea hasta el exterior. El problema es que aunque el aire caliente tiende a subir difícilmente podrá vencer el desnivel de la chimenea. Para solucionar este inconveniente se puede recurrir a la energía solar tal y como vemos en la imagen. Con esto provocamos que la temperatura de la parte más alta de la chimenea suba de manera considerable, con lo que tendrá la suficiente fuerza para vencer el desnivel de la chimenea, lo que provocará una succión del aire que se encuentra en la parte inferior de la chimenea (el aire caliente de la vivienda). Este aire succionado se repondrá del aire exterior si hemos abierto una ventana o del pozo canadiense si tenemos el conducto de paso abierto.

Conclusiones

Estos tres sistemas pueden funcionar de forma totalmente independiente, pudiendo obtener ahorros energéticos y económicos muy significativos. Pero si combinamos los tres sistemas el ahorro podrá llegar a ser muy superior. Tal vez en un día de poco sol no sea posible utilizar la chimenea solar, pero aun así podremos recurrir a la ventilación cruzada para climatizar la vivienda. O por ejemplo un día nos proponemos enfriar la vivienda a través de la chimenea solar, pero la temperatura del aire exterior resulta que es superior al aire de la vivienda; no hay problema, en vez de abrir una ventana para aportar aire exterior podemos optar por abrir el canal de paso del pozo canadiense donde el aire si es más frio que en el interior de la vivienda. De esta manera el extractor no sería necesario para hacer la aportación de aire frio, por lo que seguiríamos hablando de un sistema pasivo.

Girona, 15 de Noviembre de 2014

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Eficiencia Energética: Control de una Instalación Solar

En el último post vimos las distintas partes de un sistema de placas solares térmicas. Si bien la idea de funcionamiento es muy simple (absorber calor a través de la radiación solar para calentar los depósitos de Agua Caliente Sanitaria y Clima), su funcionamiento es un poco más complejo. Para que la absorción de energía sea la máxima posible la instalación tendrá que controlarse de una manera eficiente, rápida y precisa.

Existen muchos sistemas que nos permiten controlar una estación de placas solares térmicas, los mismos fabricantes de placas suelen tener su propio sistema de control. Aunque son sistemas eficientes y de fácil instalación, no se puede comparar a una instalación con KNX. La razón es la de siempre: integración. Si queremos que nuestra instalación optimice al máximo la energía solar, no solo tendremos que controlar el sistema de placas solares, también hará falta tener el control de las instalaciones de ACS y Clima.

Sondas de Temperatura

El sistema necesitará como mínimo tener una sonda de temperatura en cada uno de los depósitos de ACS y Clima y otra en las placas solares. Aunque con una sola sonda por depósito sea suficiente siempre será recomendable poner dos sondas en cada depósito: una en la parte superior y otra en la inferior. En estado de reposo la temperatura de las dos sondas será la misma, pero cuando los depósitos empiecen a calentarse la superior tomará mayor temperatura por la estratificación del agua. Las diferencias entre una temperatura y las otras pueden llegar a ser muy grandes, con lo que con una sola sonda perderíamos mucha precisión a la hora de hacer el control.

Prioridades

Una de las principales funciones del control es la de priorizar el calentamiento de los depósitos. Lo habitual es hacer que el depósito de ACS sea el primero en calentarse, ya que es el más necesario y el que mayor temperatura debe alcanzar (70ºC). El depósito de Clima será el segundo en orden de prioridad, aun así no esperaremos que el depósito de ACS alcance su máximo, un poco antes de que este llegue a los 70ºC, a unos 55ºC, empezaremos a calentar el depósito de Clima, ya que el de ACS ya tendrá la suficiente inercia para llegar a los 70ºC mientras que a la vez se está calentando el Clima.

El calentamiento de estos depósitos se hará a través de bombas, estas no se activarán siempre que la temperatura de las placas solares sea superior a los depósitos. Esperaremos que la temperatura de las placas solares supere en 10 grados la temperatura del depósito a calentar, ya que sino no habría un intercambio de calor.

Disipador

A parte de estas dos prioridades hay que tener en cuenta un factor muy importante de cuando se trabaja con placas térmicas que es el exceso de temperatura. Ese es el motivo por el que en la mayoría de instalaciones térmicas se instala un disipador de calor. Cuando la temperatura de las placas se acerque peligrosamente a la temperatura de evaporación del líquido del circuito solar el sistema de control tendrá que poner en marcha el disipador para que de esta manera el sistema pueda seguir funcionando correctamente. Una vez no haya peligro el sistema de control desactivará otra vez el disipador.

Conclusiones

Lo que se ha definido en este post es un sistema de control estándar, pero con KNX podemos hacer muchas modificaciones sobre él. Podemos, por ejemplo, deshabilitar el sistema de calentamiento auxiliar (ya sea calderas o resistencias eléctricas) cuando tenemos la energía solar suficiente para calentar los depósitos. También podemos calentar el sistema de clima exclusivamente con solar cuando la casa esté desocupada, de esta manera, a cambio del pequeño consumo que puedan tener las bombas de la instalación conseguiremos mantener la casa entre 18 y 19 grados durante los meses de invierno. De esta manera al llegar a casa después de un largo tiempo de ausencia la instalación no tendrá que trabajar tanto para llegar a la temperatura de confort.

Lloret de Mar, 6 de Noviembre de 2014

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