Climatización: Fancoils y Splits

Siempre que se habla de clima se habla de calor, pero que pasa con el frío. Para climatizar una casa en verano no podemos usar los radiadores que usamos en invierno para calentar el ambiente. Tampoco es muy recomendable usar el suelo radiante para refrescar nuestra casa, ya que si bien en invierno nos beneficia la estratificación del aire caliente en la parte superior de la habitación, en verano no nos interesa que el aire que enfriemos se quede en la parte inferior de la estancia, ya que tendremos la sensación de frío en los pies mientras que en el resto del cuerpo tendremos sensación de calor.

Es por eso que para climatizar una vivienda utilizaremos sistemas diseñados expresamente con este fin, como son los Fancoils y Splits.

¿Qué es un Fancoil y qué es un Split?

A diferencia de los radiadores y el suelo radiante en que la convección se produce de forma natural, en los sistemas de Split y Fancoils la convección se produce de forma forzada. Esto quiere decir básicamente que el aire de la habitación a climatizar es impulsado por unos ventiladores a través del aportador de frío. Al tratarse de convección forzada y no natural como en el caso de un radiador (en que el aire no se impulsa), el intercambio de calor será mucho más rápido por lo que podremos climatizar una habitación más rápidamente con este sistema.

La diferencia básica entre un Split y un Fancoil es que el primer calienta o enfría las baterías  por donde el aire cede el calor con un líquido refrigerante. Por el contrario un Fancoil enfriará esta misma batería usando agua exclusivamente. Mientras que los Splits tienen una sola batería que tanto podrá funcionar en calor o en frío según se desee. Un Fancoil puede tener dos baterías: una de calor y una de frío (a estos se les denomina Fancoils de 4 tubos), de manera que podremos cambiar de frío a calor independientemente del funcionamiento de la bomba de calor. Aunque también es frecuente encontrar Fancoils con tan solo un batería (se denominan Fancoils de 2 tubos, que funcionarán como un Split.

Partes y funcionamiento de un Fancoil

Un Fancoil está formado por 4 elementos:

Caja: Es la parte exterior del Fancoil, dentro de la cual se ensamblan el resto de los elementos. Suelen estar provistos de un buen aislamiento tanto térmico, para no tener pérdidas, como acústico, ya que al impulsar el aire a través suyo generaremos ruido.

Ventiladores: Son los encargados de hacer pasar la cantidad justa de aire a través de la baterías de frío y calor. Estos ventiladores son casi siempre centrífugos por una cuestión de espacio. La mayoría de fancoils llevan conexiones para hacer funcionarlos a distintas velocidades para así poder regular mejor la temperatura. Aunque últimamente es bastante común encontrar fancoils que controlan la velocidad del ventilador a través de una señal 0.10V, lo que nos permite ser mucho más precisos en la regulación de la temperatura, lo que a lo largo se traduce en ahorro.

Válvulas: Las válvulas son las que se encargan de dar o no dar paso al agua a través de las baterías de calor o de frío. Y no solo eso, sino que regulando su posición podremos regular el calor que se aporta o extrae al aire que pasa a través de las baterías, lo que nos permitirá tener un mayor control de la instalación.

Baterías: Es por donde circula el agua o líquido refrigerante, se trata de un serpentín que pasa a través de unas rejillas que son las que se encargan de direccionar el aire para que la convección con el serpentín sea la máxima.

Instalación de un Fancoil

Hemos empezado hablando de los fancoils como metro para climatizar una vivienda en verano, pero el método es igualmente válido para calentar la vivienda durante el invierno. Pero tendremos que tener en cuenta varias cosas.
Primeramente hay que diseñar el sistema de retorno del aire. El retorno es por donde los ventiladores succionarán el aire de la habitación para pasarlo a través de la batería. Tenemos que tener muy presente si los fancoils se usarán solo como climatizadores en verano, invierno o durante todo el año, para colocar los retornos en la mejor posición.

Si colocamos los retornos en la parte superior de la habitación, estaremos cogiendo el aire que está estratificado en la parte superior de la habitación, por lo tanto aire caliente. Esto será muy útil durante el verano para enfriar la habitación, pero en invierno será un inconveniente ya que al coger aire que ya está caliente para calentarlo la aportación de calor será menor y tardaremos mucho más en calentar la habitación.

Si por el contrario colocamos los retornos en la parte inferior de la habitación, solucionaremos el problema anterior ya que en invierno estaremos cogiendo el aire frio de la parte inferior de la estancia por lo que la aportación de calor será más alta. Pero por el contrario en verano nos encontraremos que estaremos extrayendo calor a un aire muy frío por lo que el intercambio será pequeño y el tiempo de climatización mayor.

Cuando se trate de un sistema que funcionará durante todo el año lo mejor siempre será optar por este último sistema. La razón es que la impulsión del aire suele hacerse casi siempre des del techo, por lo que en verano el aire frío que impulse el fancoil tendrá que ir desde la parte de arriba hasta abajo. Por lo tanto existirá una estratificación, el aire caliente de arriba se mezclará con el aire impulsado por el fancoil, así el intercambio de calor no se verá tan reducido como en el primer caso.

Girona, 30 de Marzo de 2015

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Clima: Eficiencia Energética

Como ya hemos visto en más de una ocasión la instalación de clima supone la mitad del consumo total de energía de una vivienda. Por lo tanto es donde más medidas podremos adoptar para reducir el coste de nuestras facturas mensuales. De la misma manera que vimos hace dos semanas con el agua caliente sanitaria, veremos que podemos reducir el consumo energético de nuestra vivienda regulando las temperaturas de generación y distribución de los circuitos de clima.

Del mismo modo que con las instalaciones de agua caliente sanitaria a veces era necesaria la instalación de depósitos de inocencia, también en instalaciones de clima nos podemos encontrar con la necesidad de usar este tipo de depósitos. Acostumbramos a encontrar estos depósitos en instalaciones grandes que requieren temperaturas elevadas con un caudal muy grande, con lo que los generadores no pueden dar abasto en los momentos de máximo consumo.

En una vivienda unifamiliar media, normalmente con la propia caldera de gas nos será suficiente para calentar el agua que necesiten los radiadores o el suelo radiante, pero a medida que la instalación aumente de tamaño de la instalación más necesaria será la utilización de depósitos de inercia.

Generadores

Control On/Off en función de la demanda

En una instalación convencional (sin depósitos de inercia) el funcionamiento del generador (bomba de calor o caldera) es gobernador por los termostatos del interior de la vivienda: cuando es necesaria una aportación de calor (o frío) el termostato manda una señal al generador para que se ponga en marcha, este calentará (o enfriará) el agua a la temperatura que tenga configurada y la mandará directamente a los radiadores o suelo radiante. Una vez la temperatura que mida el termostato sea la deseada el termostato enviará otra señal al generador para que se apague.

Si es una instalación con un depósito de inercia el funcionamiento será un poco distinto, en vez de atacar directamente a los radiadores o suelo radiante, el generador calentará primero el depósito de inercia, y será este el que distribuirá el agua a todos los difusores (radiadores o suelo radiante). De esta forma ya no son los termostatos de la vivienda quienes arrancan y paran el generador, sino que será la temperatura del depósito de inercia quien gobierne el generador. Un termostato en su interior dará la señal de encendido al generador cuando su temperatura esté por debajo de una temperatura que hayamos configurado (55ºC para suelo radiante y 70ºC para radiadores), una vez el deposito esté a la temperatura deseada el termostato mandará una señal al generador para que se pare.

Control de consigna en función de la demanda.

Usando el sistema anterior, ya sea con o sin depósito de inercia, el control será muy simple y barato, pero su rendimiento no será el óptimo lo que nos comportará pérdidas. Una manera de hacer este sistema más eficiente es modificando la temperatura de impulsión del agua en relación a la temperatura exterior.

Pongamos por ejemplo la climatización de una vivienda el día más frío del inverno, si el sistema funciona con suelo radiante tendremos que impulsar el agua a una temperatura elevada (55ºC) a los circuitos de suelo. El problema de las temperaturas elevadas es que las pérdidas que tiene el sistema son más elevadas, tal y como vimos en el post de ACS, por lo que siempre que podamos (sobre todo en sistemas con depósito de inercia) intentaremos reducir al máximo las temperaturas de generación y distribución. Si la tempera exterior sube, no será necesario impulsar el agua a una temperatura tan alta, a lo mejor con 40ºC podremos calentar la casa. Hay termostatos que tienen la función rampa que nos permiten cambiar la consigna en relación a la temperatura exterior:

Tal y como vemos en el gráfico cuando la temperatura exterior está por debajo de Wmin (0 grados, por ejemplo) la consigna que tendrá el agua que impulsemos al suelo radiante será la máxima (55ºC), pero cuando la temperatura exterior sube esta consigna baja de forma lineal, hasta que a partir de Wmax (10ºC) se mantiene contante a una consigna más baja (35ºC)..

Control de temperatura de generación en función de la temperatura exterior

Usando termostatos con rampa reduciremos significativamente el consumo, pero aún se puede reducir más.

En el encendido un generador (caldera o bomba de calor) consume mucha más energía que durante su funcionamiento normal, por lo que si nos dedicamos a apagar y encender el generador para controlar la temperatura tendremos muchas pérdidas. Para conseguir que la máquina pare las mínimas veces posibles, necesitaremos comunicación con el generador.

Pongamos por caso una bomba de calor, de la forma que regulamos la temperatura en los casos anteriores encenderemos y apagaremos la bomba muchas veces a lo largo del día, lo que  significa perdidas. Si podemos regular la temperatura de impulsión de la máquina podemos hacer que esta se regule en función de la temperatura a la que queramos al depósito. Por ejemplo, cuando el agua del depósito tenga que estar a 55ºC impulsaremos el agua a 60ºC, de forma que el depósito solo podrá alcanzar los 55ºC cuando el consumo de la instalación sea 0.

Si la temperatura necesaria para el deposito pasa a ser 35ºC, impulsaremos el agua a 40ºC, y al igual que en el caso anterior el depósito solo alcanzará esa temperatura cuando no haya consumo en la instalación de clima.

Girona, 23 de Marzo de 2015

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Controlar mi casa desde mi Smartphone

La semana pasada se celebró en Barcelona el Mobile World Congress, la mayor feria sobre la industria del teléfono móvil en todo el mundo. Al ser de Girona me pase toda la semana escuchando noticias sobre teléfonos, aplicaciones, etc… por lo que no se me ha ocurrido nada mejor que dedicar el post de esta semana a hablar de los Smartphones y su relación con el mundo de la domótica. De hecho ya había hablado brevemente de este tema en el post de elementos de visualización KNX, pero en este post me extenderé más en cada una de las apps que nos permiten controlar nuestra vivienda a través de nuestro teléfono. Aquí no voy a hablar de todas las aplicaciones disponibles ya que no las conozco todas, hablaré de las que conozco y encuentro más importantes.

La domótica (y el KNX) ya existían mucho antes de que aparecieran los primeros teléfonos inteligentes, pero con la aparición de los primeros terminales la domótica hizo un gran salto, la razón: el hecho de poder controlar las instalaciones de forma remota. No es que antes no fuera posible, pero con la entrada en escena de estos teléfonos fue posible hacerlo en cualquier momento y desde cualquier sitio.

Como ya vimos en el post de elementos de visualización KNX, existen dos tipos de servidores que nos permitirán acceder al control de nuestra casa: lo sistemas de control des de la nube y los sistemas con servidor físico.

Sistemas de Control en la Nube.

Estos sistemas no requieren la instalación de ningún aparato físico adicional en el sistema domótico, solo hará falta una pasarela KNX/IP si es que la instalación no tiene ninguna. Con esto nos ahorramos espacio en el cuadro eléctrico y simplificamos la estructura de la instalación, como contrapartida estos sistemas son mucho más lentos en comparación con los servidores físicos, lo que a veces puede llegar a ser muy molesto.

House In Hand.

La primera aplicación de este tipo que vemos es la de House in Hand. Se trata de una aplicación muy sencilla de utilizar: consiste en un menú principal desde donde podemos acceder a las distintas funciones de la instalación (encender o apagar de luces, subir o bajar persianas, encender o apagar el clima…), el menú es totalmente configurable, podemos agrupar las funciones por habitaciones, o por el tipo de función (luces, persianas, clima, etc..). Se pueden añadir imágenes de fondo para personalizar la visualización. La visualización se adapta al tipo de dispositivo que usemos: Smartphone, Tablet u ordenador, y está disponible para iOS y Android.

A parte de la versión demo se pueden bajar dos tipos de licencias: la básica y la Premium, La básica sale por 359€ y tiene la restricción de que solo puedes instalarla en dos dispositivos móviles (ya sean Android o iOS). Con la licencia Premium, que sale por 499€, podemos instalar la licencia en tantos dispositivos como nos apetezca.

InSideControl

Esta aplicación es un concepto muy parecido al de House in Hand, tenemos un menú principal desde el que podemos acceder a las distintas funciones de la instalación ya sea desde cada habitación o por el tipo de función (dependerá de la programación que haga el integrador). A mí personalmente me gusta más la estética de esta aplicación que la de House in Hand, pero esto es cuestión de gustos. También en esta aplicación se pueden añadir imágenes de fondo para una mayor personalización.

A diferencia de House in hand aquí no hay que comprar ninguna licencia, lo que se compra es una pasarela KNX/IP específica para inSideControl que es la que nos permitirá usar la aplicación. De manera que comprando la pasarela tendremos disponible el servicio en un número ilimitado de dispositivos. Su precio aproximado es de 600€ euros, pero tenemos que tener en cuenta que aquí no hay que comprar una pasarela KNX/IP, por lo que si la instalación no tiene ya una pasarela esta es una buena opción.

Servidores Fiscos

Este tipo de servidores si requieren la instalación de un dispositivo adicional a la instalación domótica, pero como ventaja tenemos una conexión mucho más rápida, tanto si es de forma local como remota.

LOXONE

A diferencia de las dos apps anteriores en que solo teníamos un menú principal configurable por el integrador aquí tenemos dos menús: uno en que las funciones estarán ordenadas por habitación y otro en el que esteran ordenadas según el tipo de función. En este aspecto es mucho más completo que los dos sistemas anteriores, pero a diferencia de los otros en este no se pueden añadir imágenes de fondo. También tiene una versión para Tablet y otra para Smartphone, aunque no se diferencian mucha la una de la otra. A parte de KNX el LOXONE puede comunicar con otros protocolos, pero más que una ventaja termina siendo un inconveniente ya que muchas de las funciones no se adaptan bien a una instalación KNX.

Es sin duda el sistema más barato para poder controlar nuestra instalación KNX desde un Smartphone, su precio es de 500€, pero en este caso no es necesario comprar ninguna pasarela KNX/IP ya que el mismo LOXONE tiene esta función. 500€ es el precio del servidor que instalaremos en nuestra casa, por lo que hace que las aplicaciones sean gratuitas tanto para iOS como para Android.

ATOMITY

Esta aplicación es muy parecida a las dos primeras que hemos visto: House in Hand y inSideControl. Pero aparte del control de la instalación otra parte que permitirá al usuario final hacer sus propias programaciones horarias, programar escenas y hacer unas sencillas funciones lógicas. Es un sistema muy recomendable para personas con un buen nivel de informática, ya que les permitirá aprovechar al máximo sus recursos. Al igual que las dos primeras aplicaciones también podemos añadir imágenes de fondo para personalizar la visualización y hay aplicación para Tablet y Smartphone. Es sensiblemente mejor que el LOXONE ya que este está orientado exclusivamente a KNX.

Tenemos dos versiones del mismo servidor. La versión simple no incluye las funciones horarias, escenas y lógicas programables por el usuario y sale por unos 400€. La versión master server, con estas funciones incluidas, sale por unos 700€, aunque a parte hay que comprar una pasarela KNX/IP. La visualización es la misma para las dos versiones. Aquí también compramos el servidor físico y las aplicaciones son totalmente gratuitas tanto para iOS como para Android.

HOMESERVER 4

El home server es el servidor más completo que conozco, pero hay que tener en cuenta que aparte de la visualización tiene muchas más funciones. Por lo que respecta al tema que estamos tratando, tenemos dos tipos de visualización posibles. La primera se llama QuadClient y es muy parecida a las anteriores: un menú principal personalizable donde accedemos a las distintas funciones ya sean ordenadas por habitación o por tipo de función. En este caso no podemos añadir imágenes de fondo, aunque si podemos añadir funciones extras como videoportero, visualización de gráficos, previsión meteorológica, y un largo etc.

Pero aparte de esta opción podemos diseñar una visualización totalmente personalizada: menús, imágenes de fondo, posición de los distintos botones… como si fuera una página web. Se puede diseñar cualquier cosa y todo queda en manos del integrador.

Como ya he dicho es el servidor más completo, fiable y potente con el que he trabajado, pero su precio es mucho más elevado que los anteriores: poco menos de 2000€ sin tener en cuenta la pasarela (que puede ser IP, USB  o Serie). De la misma manera que los servidores anteriores sus aplicaciones son totalmente gratuitas tanto a para iOS como para Android.

Girona, 11 de Marzo de 2015

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Eficiencia Energética: Agua Caliente Sanitaria

El Agua Caliente Sanitaria o ACS, es el agua que usamos cuando nos duchamos, lavamos los platos o usamos la lavadora y el lavavajillas. Dentro de las instalaciones de una vivienda el Agua Caliente Sanitaria puede llegar a suponer un 25% del consumo. Por lo que si somos capaces de reducir su consumo conseguiremos reducir nuestras facturas de gas o electricidad. Digo gas o electricidad porque para calentar el agua básicamente tenemos solo dos opciones: una caldera de gas o resistencias eléctricas. Con una bomba de calor raramente podremos llegar a los 70ºC a los que se suele calentar.

Como consecuencia de estas temperaturas tan elevadas en algunas instalaciones se hace indispensable el uso de depósitos de inercia. La función de estos depósitos es almacenar el agua caliente cuando el calentador (gas o eléctrico) no tiene suficiente potencia para calentar el agua requerido en cada momento. En una vivienda unifamiliar normalmente la propia potencia de una caldera de gas es suficiente para calentar el agua necesaria para que se pueda duchar una persona, por lo que no se suelen usar depósitos de inercia. La cosa cambia cuanto calentamos el agua a través de resistencias eléctricas, o es necesario alimentar de agua caliente más de una ducha a la vez, en estos casos se hace imprescindible el uso de un acumulador.

Ahorro

Hay que tener en cuenta que las instalaciones en las que no se usan acumuladores son más eficientes, ya que sus pérdidas son mucho más bajas. Por lo que siempre que podamos usaremos una caldera de gas de condensación para calentar el agua. Otra medida de ahorro es bajar la temperatura de impulsión de la caldera. Aunque en teoría el consumo tendría que ser el mismo calentando el agua a 60 o 70ºC (ya que la temperatura real la regularemos a través del grifo) a la práctica no es así ya que a mayores temperaturas serán mayores las pérdidas de calor durante el transporte del agua desde su generación al grifo.

Cuando el uso de un depósito de inercia se hace indispensable las perdidas serán mucho mayores, pero tendremos más margen para mejorar la eficiencia energética de la instalación. En este caso las pérdidas de calor si suponen un factor muy importante a la hora de elegir la temperatura de impulsión del agua. Mientras que el caso anterior el agua solo tenía el tiempo de ir desde el generador hasta el grifo para tener pérdidas, en este caso donde más pérdidas van a haber va a ser en el propio depósito.
A la hora de comprar un depósito de inercia (como podría ser un termo eléctrico) tenemos que tener muy en cuenta su aislamiento y dimensiones. Las pérdidas que tengamos dependerán, entre otros, de estos factores. Las pérdidas que tenemos en un depósito se pueden definir con la fórmula de transferencia de calor por conducción:

Como vemos el primer factor que influye en las perdidas de calor de un depósito (∆Q) es la conductividad térmica (k) dividido por el espesor de la pared del depósito (x). Para que las perdidas sean mínimas nos interesará que este coeficiente sea  lo más pequeño posible, utilizando un material con un factor de conductividad bajo y con un espesor grande.

A parte de este primer factor vemos que las pérdidas dependen de dos factores más A y (Tint-Text ).La A es el área interior del depósito, donde el agua estará en contacto con el depósito, esta área dependerá, entre otras cosas, de las necesidades de la instalación, si la idea es utilizar uno o más grifos a la vez. Cuando más grandes sean estas necesidades mayor tendrá que ser el tamaño del depósito, y por consiguiente el factor A.

Pero no serán solo las necesidades de la instalación las que determinaran el tamaño del depósito, ya que no es lo mismo acumular 100l de agua a 70ºC que acumularla a 55ºC. Como ya hemos visto antes el agua caliente se acaba mezclando con la fría en el grifo, si el agua nos llega a 70ºC y la mezclamos con el agua fría, usaremos menor cantidad de agua caliente para mantener la temperatura deseada a la salida del grifo, que si esta agua caliente nos llegase a 55ºC. Por lo que el tamaño del depósito también dependerá de la temperatura a la que pretendamos calentar el agua.

Pero aquí interviene el tercer de los factores (Tint-Text): la diferencia entre la temperatura del exterior de depósito (ambiente) y las temperaturas del interior (agua caliente sanitaria) cuando mayor sea esta diferencia mayores serán las pérdidas de la instalación. Como la temperatura exterior del depósito será más o menos constante, la temperatura del agua caliente sanitaria es un parámetro con el que podemos jugar para mejorar el rendimiento de nuestra instalación. Por lo tanto la temperatura del ACS afecta tanto el segundo como el tercer factor de la fórmula, con tal de simplificar las explicaciones diremos que el ahorro energético que puede suponer la reducción del factor A no será tan significativo como la reducción de la temperatura del ACS.

Control

Como vemos que para reducir el consumo energético de una instalación de ACS que use un depósito de inercia podemos jugar con la temperatura de esta agua.

Una primera opción es la de solo calentar el agua cuando esta es realmente necesaria. Pongamos por ejemplo una vivienda unifamiliar en que la casa queda vacía a partir de las 9 de la mañana, y que no vuelve a haber gente hasta las 6 de la tarde, las horas en que nos hace falta agua caliente son de 7 a 9h de la mañana y de 6 a 10h de la noche, o incluso podemos reducir más estos tiempos. Hay que tener en cuenta que el depósito no se calienta instantáneamente, por lo que tendremos que empezar a generar agua caliente un tiempo antes, este tiempo dependerá del tamaño del depósito y de la potencia del calentador. El resto de horas el depósito no tendrá que calentarse por lo que durante este tiempo no tendremos pérdidas en el depósito.

Aunque este método funciona y reduce el consumo del sistema de agua caliente sanitaria, no siempre es posible aplicarlo, hay que tener en cuenta que durante muchas horas del día no tendremos agua caliente: ni para fregar los platos, poner una lavadora, usar la lavadora, etc…  El consumo de agua se reduce pero sigue siendo necesaria. Para estos casos hay una solución intermedia que consiste en bajar la temperatura del agua cuando el consumo es menor.

Como hemos visto anteriormente uno de los factores que influye en las pérdidas de calor de un depósito es la temperatura a la que se encuentra el agua de su interior. También hemos visto que el agua caliente sanitaria acaba mezclándose con la fría en el grifo para poder regular bien la temperatura, una de las razones de almacenarla a altas temperaturas es para aumentar la autonomía de la instalación. Pues bien, si sabemos que el consumo de agua caliente sanitaria será bajo durante ciertas horas del día, lo que se puede hacer es reducir la temperatura del depósito durante ese tiempo, de modo que las pérdidas no serán nulas pero si más pequeñas que si tuviéramos el depósito acumulando agua a temperatura alta todo el día.

Girona, 6 de Marzo de 2015

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