Control de un Fancoil

En el último post vimos que eran los fancoils y que diferencia había entre estos y los Splits. Una vez explicados los conceptos básicos de estos sistemas de difusión, ya podemos centrarnos en la parte del control. Como los Splits son grupos autónomos, ellos mismos son los encargados de autorregularse, por lo que nosotros solo podremos darles la consigna deseada en cada momento y ellos mismos regularan la velocidad del motor y la posición de las válvulas para alcanzar dicha temperatura. Por lo tanto el control que podremos tener sobre estos elementos es limitado: solo un on/off y el cambio de consigna.

Por otra parte con los Fancoils sí podremos tener un mayor control sobre su funcionamiento, podremos actuar sobre la velocidad del ventilador y la posición de las válvulas de las baterías de frío y calor. Estos elementos del fancoil nos ayudaran a regular la temperatura de una habitación de la forma más precisa y eficiente posible.

Para controlar la temperatura de una habitación lo podemos hacer de varias maneras, las más usadas son el control a dos puntos y el control proporcional integral (PI).

El control a dos puntos es el que podemos ver en la primera gráfica, vemos que la consigna de temperatura es de 25ºC, a esta consigna se le resta 1ºC por debajo y se le suma un 1ºC por encima, de manera que nos quedan dos consignas 24ºC y 26ºC. En modo verano el fancoil funcionará al 100% siempre que la temperatura este por encima de los 24ºC, una vez alcanzada esa temperatura el fancoil se parará completamente. El fancoil no volverá a encenderse hasta que la temperatura suba por encima de los 26ºC. De esta forma la media de la temperatura de la habitación será de 25ºC. Se usa este sistema para no encender y parar el fancoil constantemente, sino que le damos un margen de tiempo para que esté parado.

El siguiente gráfico corresponde a un control PI (Proporcional Integral). Como su nombre indica este control consta de dos variables una proporcional y otra integral. La parte proporcional se encarga que la potencia del fancoil dependa de la diferencia entre la temperatura de la habitación y su consigna. Pongamos por ejemplo que el fancoil funciona al 100% por encima de los 29ºC (temperatura real-temperatura consigna =4ºC), cuando la temperatura real llegue a los 27ºC (temperatura real-temperatura consigna =2ºC), la potencia del fancoil se reducirá a la mitad: el 50%, y cuando llegue a los 26ºC (temperatura real-temperatura consigna =1ºC), se reducirá al 25%.

La parte integradora, para no entrar muy en detalle, diremos que se encarga de corregir este porcentaje dependiendo del tiempo. Si por ejemplo el Fancoil lleva mucho tiempo al 25% pero la temperatura no baja de los 26ºC, la parte integral añade al Fancoil un poco más de potencia (p.e. pasando del 25% al 30%) para que la temperatura no se quede estancada.

Si con el control a 2 puntos intentábamos reducir el número de encendidos y apagados del Fancoil, con el control PI el objetivo es que el fancoil este prácticamente siempre encendido, pero manteniendo la temperatura siempre a 25ºC sin oscilaciones.

Este control lo podemos ejercer tanto con las válvulas como con la velocidad del ventilador

Control Válvulas

Normalmente las válvulas son las primeras en regular, poniendo el ventilador a una velocidad baja, la válvula se va abriendo para dejar pasar mayor caudal de agua a través de las baterías de frío o calor y de esta forma regulamos la cantidad de calor que cedemos (en invierno) o absorbemos (en verano) al aire. Si la diferencia entre la temperatura de la habitación y la consigna es próxima podemos llegar a alcanzarla sin necesidad de subir la velocidad del ventilador, solo regulando estas válvulas.

La mayoría de estas válvulas son termostáticas (se abran y cierran mediante una resistencia eléctrica) y no son regulables, o están abiertas o están cerradas, por lo que a primera vista no podremos usar un control PI. Pero es posible si este control PI es PWM (Pulse Width Modulation), o sea que controlamos el tiempo de apertura de la válvula. Por ejemplo, en el caso que el PI nos dé un valor de 50%, cogeremos un período de tiempo de 2 minutos, el primer minuto la válvula permanecerá abierta pero el segundo pasara a estar cerrada (o sea, estará abierta el 50% del tiempo). De esta forma podemos regular una válvula termostática de forma proporcional integral.

Control Ventilador

Cuando no es posible alcanzar la temperatura de consigna solo usando las válvulas es cuando llega el turno del ventilador. Este que ha estado funcionando a baja velocidad mientras las válvulas regulaban, ahora se ve obligado a aumentar la velocidad para que el intercambio entre el aire de la habitación y la batería de frío o calor aumente.

Podemos encontrar en el mercado fancoils con dos tipos de ventiladores, los que funcionan por velocidades predefinidas, o los que usan variadores de frecuencia. Los primeros solo pueden funcionar a unas velocidades predeterminas por el fabricante, normalmente tres: baja, mediana o alta. De forma que cuando el control le pida un valor entre el 0 y el 33% el ventilador se pondrá en la primera velocidad, cuando se le exija un valor entre 33 y 66% se pondrá a la segunda y por encima de los 66% se pondrá a la velocidad máxima.

Aunque en muchos casos este control es suficiente para tener una buena regulación de la temperatura, lo ideal es usar ventiladores con variadores de frecuencia. Estos se adaptan a cualquier posición que le pida el control PI, por lo que son más eficientes. Si por ejemplo el control le pide al ventilador que se ponga al 54% este se pone exactamente a esta velocidad.

Girona, 08 de Abril de 2015

Leer Más

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

Leer Más

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

Leer Más

Ventilación: Recuperadores de Calor

¿Que és un recuperador de calor?

Existen muchas razones para climatizar una vivienda. Primeramente por una cuestión de salubridad, intercambiando el aire interior de una vivienda con el exterior evitamos la acumulación de gases contaminantes como el humo de tabaco, gases generados con la cocción, etc… También es importante para el confort en la vivienda, ya que nos permite eliminar olores molestos. Y por último nos ayuda a preservar la propia vivienda, evitando altas concentraciones de humedad que puedan producir condensaciones y la aparición de moho en los puntos más fríos de una vivienda.
La mayoría de viviendas no suele tener ningún sistema de ventilación, a parte de los extractores de baños y cocinas, ya que antiguamente las casas solían tener una mala estanqueidad de forma que la ventilación de la casa se producía de forma natural. Un aspecto importante de las nuevas viviendas es su aislamiento, tanto acústico como térmico, que nos ayuda a reducir nuestro consumo energético. A causa de este aislamiento la ventilación ya no se hace de forma natural por lo que tiene que hacerse de manera forzada.

Una opción es la abertura de puertas y ventanas para facilitar la circulación del aire a través de la vivienda, aunque sea muy simple muchas veces supone una pérdida de energía en forma de aire ya climatizado. Imagínese que en verano se vea obligado a ventilar su casa a 21ºC, y que en el exterior el aire se encuentra a 30ºC, evidentemente tendremos que invertir una cantidad de energía para climatizar ese aire de nuevo. Con tal de evitar estas pérdidas de energía por ventilación tenemos la opción de equipar nuestra vivienda con un recuperador de calor.

¿Cómo funciona un recuperador de calor?

El objetivo de un recuperador de calor es la correcta ventilación de un espacio, pero evitando, en la mayor medida posible, las pérdidas energéticas en forma de aire climatizado. Para conseguir esto, un recuperador de calor en invierno transmitirá el calor del aire expulsado del interior al aire que se introducirá en la vivienda, o en verano transmitir el calor del aire que se introduce en la vivienda al aire extraído.

Un recuperador de calor consta básicamente de un ventilador que se encarga de extraer el aire del interior de la vivienda, otro ventilador que será el encargado de impulsar el aire exterior al interior y un intercambiador de calor. Todos ellos integrados en una estructura aislada acústica y térmicamente. El primer ventilador impulsa el aire interior hacia una de las entradas del intercambiador de calor, mientras que el otro hace lo propio hacia la otra entrada. Es en este intercambiador donde el calor se transmite de un aire a otro sin que haya ningún tipo de contacto entre ellos.

Existen varios tipos de intercambiadores, los más eficientes son los de flujo contracorriente, pero a causa del gran espacio que ocupan no suelen utilizarse en viviendas. Los intercambiadores más usados son los denominados de flujo cruzado. Estos consisten en un intercalado de placas, tal y como podemos ver en la siguiente imagen. Como vemos unas placas permiten el flujo del aire en una dirección y las otras en una dirección perpendicular, de tal manera que los aires no se mezclan pero por la conducción de estas placas si se pueden transmitir el calor.

El recuperador entálpico.

Sin entrar mucho en el mundo de la termodinámica diremos que el calor de un aire depende de dos factores: su temperatura (calor sensible) y su humedad (calor latente). Usando los recuperadores de calor que hemos visto en los anteriores apartados solo estamos recuperando el calor sensible, por lo que estamos desaprovechando todo el calor latente que contiene el aire.
A parte de recuperar el calor sensible, un recuperador entálpico tiene la capacidad de recuperar también el calor latente del aire, por lo que en relación tendremos unos rendimientos y un aprovechamiento de la energía muy superiores cuando usemos un intercambiador entálpico.

Control

En la mayoría de los casos nos interesará que el aire nuevo intercambie su calor con el aire extraído, pero no siempre será así. Pongamos por ejemplo una noche de verano en que la temperatura de nuestra vivienda se encuentra a 28ºC, por otra parte el aire exterior ha empezado a bajar y ahora se encuentra a 21ºC. Si ventilásemos usando el recuperador de calor el aire extraído transmitiría calor al aire introducido por lo que  estaríamos introduciendo aire caliente en la vivienda cuando en realidad no interesa que la temperatura disminuya. Es por esa razón que la mayoría de los intercambiadores de calor vienen equipados con un sistema de by-pass, que permitirá la extracción e impulsión del aire sin pasar por el intercambiador de calor.

Si se trata de un recuperador de calor no entálpico la cosa no es muy complicada, solo nos hará falta una sonda de temperatura para medir el aire del interior de la vivienda y con una estación meteorología podemos obtener el valor de la temperatura del aire exterior. Programando el sistema adecuadamente podemos activar el sistema de by-pass cuando el aire exterior no necesite ni una aportación ni una extracción de calor.

En el caso de un recuperador entálpico la cosa se complica, ya que no solo tenemos que tener en cuenta la temperatura de los dos aires sino que aquí nos hará falta también su humedad relativa. La misma estación meteorológica nos medirá la humedad relativa del aire exterior, pero en el interior tendremos que colocar una sonda de humedad además de la sonda de temperatura. A parte nos hará falta un módulo lógico lo suficientemente potente como para calcular las entalpias (calores) de los dos aires y decidir si nos beneficia o no el intercambio de calor y por otra parte el intercambio de humedad.

Girona, 14 de Febrero de 2015

Leer Más

¿Cómo Funciona el Suelo Radiante?

Hemos hablado muchas veces del el sistema de calefacción por suelo radiante, como sistema más eficiente para la climatización de una vivienda. La climatización por suelo radiante no está muy extendido en España, aunque en las casas de nuestros vecinos del norte (Francia, Alemania, Holanda…) es muy habitual encontrar instalaciones de suelo radiante. Su poco uso se debe a que su instalación en viviendas ya construidas es bastante más complicada que un sistema convencional de radiadores. Pero, sin duda, en viviendas de nueva construcción es más de recomendable hacerlos con suelo radiante.

Funcionamiento

El principio de funcionamiento en un sistema de climatización por suelo radiante es el mismo que el de un sistema de radiadores: la convección. La convección es una de las tres formas que tiene el calor de transmitirse (conducción, convección y radiación), concretamente, es la transferencia de calor por medio de un fluido (gas o líquido). La función que tiene un radiador o un suelo radiante es favorecer el proceso de convección para transmitir su calor interno al aire ambiente (medio fluido) de una habitación. Para obtener este calor interior tenemos dos sistemas: eléctricamente o utilizando un circuito de agua calentada por una caldera o bomba de calor.

Todo este es válido tanto por un sistema de climatización por radiadores como por suelo radiante. Entonces ¿Qué ventajas tiene el suelo radiante respecto a los radiadores tradicionales? La respuesta la encontramos en una sencilla formula que nos describe el proceso de convección:

El primer factor h se define como coeficiente de convección es propio de cada material, cuando más grande sea este coeficiente mayor será el calor transmitido por convección. La A se refiere al área del emisor de calor (radiador o suelo radiante) que está en contacto con el fluido (aire habitación) y el tercer factor es la diferencia entre la temperatura del emisor de calor (T^Int) y el fluido calor (T^Amb). El problema de los radiadores es el factor A (el área de contacto), que en comparación al suelo de una habitación es muy pequeña. Con el objetivo de solucionar este problema se utilizan materiales con altos coeficientes de convección (h), y también se añaden aletas a los radiadores para aumentar el área de contacto tal y como vemos en la foto.

Pero aun con estos cambios el suelo radiante sigue proporcionando mucho más calor que un radiador, el único factor que podemos modificar es la diferencia entre la temperatura interior y la del ambiente, por lo que solo nos queda aumentar la temperatura interior del radiador (T^Int) .

En consecuencia para calentar una habitación a través de radiadores tendremos que darles una temperatura interior de aproximadamente 70ºC, mientras que con un suelo radiante solo tendremos que llegar a unos 40ºC. El trabajar con temperaturas más bajas no nos proporcionará un ahorro directo, ya que la energía (calor) que tendremos que generar para calentar la habitación será la misma en las dos instalaciones. Pero indirectamente sí que nos beneficiará ya que las pérdidas que podamos tener trabajando con temperaturas de 40ºC serán mucho menores de las que tendríamos si trabajásemos con temperaturas de 70ºC. A parte al trabajar con temperaturas tan bajas podremos usar una bomba de calor para calentar el agua que en muchas ocasiones (por encima de los 10ºC) será más barato que una caldera de gas.

A parte de este ahorro, una instalación de suelo radiante tiene otras ventajas respecto a los radiadores. El aire caliente siempre tiende a estratificarse en las zonas más altas de una habitación, de manera que en invierno tenemos la cabeza caliente y los pies fríos, esto es justo lo opuesto a lo que se entiende por confort (cabeza fría y pies calientes). Con el suelo radiante siempre tendremos los pies calientes y la cabeza a menor temperatura, por lo que el confort será mayor que con cualquier otro sistema.

Instalación Hidráulica

Los suelos radiantes eléctricos no se utilizan casi nunca ya que su consumo es enorme. Por lo que aquí explicaremos como funciona un sistema de suelo radiante por agua.

El sistema empieza con la generación de calor, no tiene que ser una caldera, ya que para llegar a una temperatura de 40ºC podemos utilizar perfectamente una bomba de calor. Una vez se calienta el agua esta se manda utilizando una bomba a hacia un colector de suelo radiante. Dependiendo del tamaño de la casa podemos encontrar uno o más colectores.

La función del colector es distribuir el agua caliente a través de los circuitos de agua caliente a las habitaciones que requieran una aportación de calor. Esto se consigue a través de unas válvulas que se sitúan encima de los cabezales de colector. Cuando haya una demanda de calor estas válvulas se regularan para aportar el caudal justo para calentar la habitación a la temperatura deseada, este caudal pasará a través del circuito de suelo radiante que transmitirá su calor al pavimento de la habitación que por convección pasará este calor al ambiente.

Desventajas.

Aunque el suelo radiante tenga muchas ventajas, también hay que tener en cuenta ciertos factores no tan favorables. El principal es el tiempo de respuesta: en un sistema por radiadores la transferencia es casi instantánea ya que solo hay que calentar el material del que este hecho el radiador (hierro o aluminio), no pasa lo mismo con en suelo radiante donde aparte de calentar el circuito por el que pasa el agua también tendrá que calentar todo el pavimento de la habitación. Hasta que el pavimento no se ponga a temperatura la habitación no se estará calentando. Este tiempo tiene mucho que ver con el tipo de pavimento y su espesor, cuanto más grande sea este más tardará la habitación a empezar a calentar. Este tiempo puede ir de 12 a 36 horas.

Para que este tiempo no sea tan largo no hay que dejar que el suelo baje nunca a temperatura ambiente. Esto se consigue dando dos estados a una habitación: un estado de confort donde se mantiene la habitación entre 21 y 23ºC y otro estado de standby en que la temperatura de la habitación se mantiene a 18-19 grados. En estado de standby solo tendremos consumo cuando la temperatura descienda de estos 18-19ºC, y teniendo en cuenta que la habitación viene de estar a 21-23ºC el consumo será muy pequeño. De esta manera el tiempo de respuesta del suelo radiante será mucho más rápido: entre media hora y una hora. Solo tendremos que esperar de 12 a 36 horas en la puesta en invierno de la instalación.

Blanes, 19 de Enero de 2015

Leer Más

¿Como puedo controlar una bomba de calor?

Si la semana pasada hablábamos de las calderas de gas para la climatización y producción de Agua Caliente Sanitaria, esta semana toca hablar de bombas de calor. Como ya dijimos en el post anterior las calderas de gas suelen ser más eficientes que las bombas de calor, así pues ¿para que poner una bomba de calor? Las razones pueden ser variar, una podría ser que la vivienda no tenga acceso al gas natural, a diferencia de las calderas la bomba de calor solo necesita energía eléctrica para funcionar.

También es posible que la instalación este pensada para dar calor en invierno y frio en verano, la opción más barata a corto plazo será equipar la vivienda con una bomba de calor que a su vez pueda hacer de enfriadora (la mayoría lo son). De esta forma el conste de la instalación se reducirá de una forma considerable, ya que en vez de tener una máquina para calor (caldera) y otra para frio (enfriadora) tenderemos una sola que hará las dos funciones.

Sea cual sea la razón por la que instalamos una bomba de calor, tendremos que tener en cuenta que durante los días más fríos del invierno estas máquinas tendrán un rendimiento muy bajo, por lo que nuestra factura de la luz subirá notablemente. De todas formas el clima que tenemos en la península ibérica es mucho más suave como el de países como Alemania o Francia, por lo que estos bajos rendimientos solo los tendremos uno o dos meses al año.

Funcionamiento

El funcionamiento de una bomba de calor se basa en trasladar el calor exterior (ya sea del aire o del subsuelo) al interior de viviendo. Pero alguien se preguntara ¿pero si la temperatura exterior es más baja que la interior como es posible calentar el interior de una vivienda?
El calor no deja de ser energía, una forma de liberar y absorber grandes cantidades de energía es con los cambios de estado. Tal como vimos con las calderas de condensación si condensamos el vapor sobrante de la combustión obtenemos una cantidad nada despreciable de energía (calor). De la misma forma, para pasar de estado líquido a estado gaseoso hará falta una gran cantidad de energía.

Una bomba de calor consiste básicamente en un circuito cerrado con líquido unas características de evaporación y condensación específicas. Este líquido se hace evaporar en la parte exterior de la vivienda para absorber la energía (calor) del aire exterior, una vez absorbido este aire se traslada al interior de la vivienda para pasarlo otra vez a líquido con lo que aportamos esa energía (calor) al interior de la vivienda.

El objetivo de la bomba de calor es llevar este líquido al punto de evaporación en el exterior de la vivienda y al punto de condensación en el interior. Esto lo consigue usando un compresor y una válvula de expansión. Al igual que la olla a presión que tenemos en nuestra cocina, sube la presión para que el agua evapore a una temperatura más baja, el compresor comprime el  líquido a la presión exacta para que se evapore a la temperatura a la que se encuentra el aire exterior de la vivienda. Para el proceso de condensación la válvula de expansión bajara la presión del líquido para que este condense a la temperatura que hay en el interior de la vivienda.

Podemos encontrar dos tipos de bombas de calor, las que extraen el calor del aire (aerotermia) o las que lo extraen del subsuelo (geotermia).

Aerotermia

Son las bombas de calor más habituales, que podemos ver en la mayoría de balcones de nuestro país. La absorción del calor se hace con el aire exterior de la vivienda. Tiene la ventaja que su instalación es muy sencilla y cómoda. El problema que tiene ya lo hemos comentado anteriormente: durante los meses de invierno más crudos su rendimiento baja en picado y su consumo eléctrico aumentará.

Geotermia

Este es un sistema poco extendido en nuestro país. En vez de usar el aire para absorber el calor se usa el subsuelo donde la temperatura es constante a lo largo del año (en España tenemos una medio de 15ºC), lo que significa que el rendimiento de la bomba de calor también será constante durante todo el año y no tendremos el problema de los bajos rendimientos durante los meses de invierno.
Como contrapartida tiene el inconveniente de la instalación. Para encontrar una temperatura constante tendremos que bajar varios metros bajo tierra el líquido refrigerante, lo que requerirá de una maquinaria pesada y especializada que sin duda no será barata de alquilar.
Otro problema es el mantenimiento, aunque no es común que ser estropeen a veces puede haber problemas con los conductos enterrados, el conste de reparación de estos conductos será parecido al de su instalación.

Enfriadoras

Como ya hemos visto la razón por la que muchas casas estén equipadas con bombas de calor es porque la mayoría suelen ser enfriadoras. Con lo que nos permitirán tener la casa caliente durante el invierno y fresca durante el verano. El funcionamiento de una enfriadora es exactamente el mismo que el de una bomba de calor, la única diferencia es que el circuito del líquido refrigerante se invierte, con lo que evaporamos el líquido en el interior para absorber el calor y lo condensamos en el interior para disiparlo. Tanto la Aerotermia como la Geotermia siguen siendo válidos cuando hablamos de enfriadoras.

Control

El control de una bomba de calor es parecido al de una caldera: tenemos las opción de un control simple a través de contactos o también podemos utilizar una pasarela para tener un control más avanzado.

Si optamos por el control de contactos el precio será mucho más barato. Por supuesto su control será muy básico: un contacto para poner en marcha o parar la bomba de calor, una señal de alarma y si se trata de una bomba de calor que a la vez puede usarse como enfriadora en la mayoría de máquinas tendremos un contacto para hacer el cambio de calor a frio.

Si por el contrario optamos por controlar la bomba de calor a través de una pasarela la instalación resultará más cara pero el ahorro energético que obtendremos a lo largo de los años será mayor.

Con control a través de pasarela de una bomba de calor nos permitirá actuar sobre muchas características de la máquina de otra manera se mantendrían constantes a lo largo de su vida útil. De la misma manera que con la caldera podíamos regular la temperatura a la que el agua si impulsaba a través del circuito de clima dependiendo de la temperatura exterior, podremos hacerlo con la bomba de calor. Podremos regular la temperatura de impulsión del agua caliente o incluso la temperatura a la que el agua retorna de la instalación, lo que nos permitirá un control más ajustado. A diferencia de la caldera aquí no nos hará falta una sonda de temperatura ya que esta viene incorporada a la máquina que se encuentra siempre a la intemperie.

Figueres, 12 de Diciembre de 2014

Leer Más

¿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

Leer Más

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

Leer Más

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

Leer Más

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

Leer Más

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

Leer Más

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.

Leer Más

¿Cuál es el precio de una instalación domótica?

Lo primero que suele preguntarme la gente cuando les digo que me dedico al mundo de la domótica es: “¿Cuál es el precio de una instalación domótica?” La respuesta siempre es la misma: no hay un precio fijo, depende siempre de la vivienda, habitaciones que tiene la casa, el tipo de climatización que se quiere instalar o si se trata de hacer una obra nueva o una casa ya existente. Lo siguiente que me dicen es: “Bueno, más o menos”. Este post pretende ser una respuesta a esta pregunta, la casa que en que se basa este ejemplo es totalmente inventada, y pretende ser una vivienda de tipo medio-alto que consta de:

●     Hall
●     Pasillo
●     Comedor
●     3 Habitaciones
●     Cocina
●     Despensa
●     2 Baños
●     1 Terraza

La características de cada una de las habitaciones vienen definidas en esta tabla:

	Hall	Comedor	Pasillo	Hab Ppal	Hab 2	Hab 3	Baño 1	Baño 2	Cocina	Despensa	Terraza
Encendidas	1	1	1	2	2	1	2	2	3	1	1
Reguladas		1		1	1	1
Persianas		1		1	1	1			1
Pulsadores Individuales				3	1	1			1	1	1
Pulsadores Dobles		2			2	2	1	1	1
Clima		1		1	1	1			1

El clima de la casa irá por suelo radiante.

Parte no visible de la instalación.

Fuente y Cable

Como ya comente en post anteriores la parte no visible de la instalación consta básicamente de fuentes, cableado y actuadores. Como se trata de una instalación mediana podríamos usar una fuente de 320mA, pero como la diferencia de precio no es muy grande usaremos una fuente de 640mA por si algún día se quiere hacer una ampliación de la instalación. El precio aproximado de una fuente de 640mA es de 200€. Y con 50€ más de cable TP1 tendremos más que suficiente para toda la instalación domótica.

Actuadores

Al tratarse de una instalación con encendidas y persianas controlados, optaremos por actuadores binarios mixtos, ya que nos ahorran espacio en el cuadro y dinero. Tenemos las 17 encendidas de luz que nos ocuparán 17 salidas de actuador, 4 persianas que nos ocuparán 8 salidas de actuador (subir y bajar) y a parte también tenemos que tener en cuenta que habrá 5 zonas de suelo radiante que se activaran con una válvula electro-térmica por lo que nos ocuparán 5 salidas de actuador. Todo sumado da 31 salidas, por lo que una buena opción es coger dos actuadores de 16 canales, yo he escogido actuadores de la marca Zennio por su versatilidad y su bajo coste 400€:
Por otra parte también habrá que controlar las 4 luces reguladas, para este propósito he escogido un dimmer de 4 canales de la marca Linn&Janke que sale por unos 410€.

Control y mediciones:

Clima

A parte de las 5 salidas de actuador para controlar las válvulas del suelo radiante, también hará falta un termostato para la regulación de la temperatura de cada habitación. Para esto usaré el dispositivo QUAD de Zennio que permite hacer una regulación inteligente de 4 zonas de clima, como las zonas a climatizar son 5 harán falta 2 QUAD a unos 100€ cada uno y 5 sondas de temperatura que salen por unos 15 euros

Medidores

En este apartado también podemos incluir un contador eléctrico y otro de agua. Para el contador eléctrico usaremos un modelo de ABB de 3 canales que sale por unos 120€: usaremos un canal general para medir el consumo de toda la casa, otro para medir la cocina y otro para medir el consumo de las luces. El caudalímetro de agua nos saldrá por 200€ más.

Parte Visible

Mecanismos.

Por la parte de interruptores y pulsadores usaremos mecanismos convencionales con una interfaz domótica tal y como expliqué en el post de la semana pasada. Esta interfaz consiste en una “pastilla” de entradas de dos canales. En este caso he optado por las “pastillas” de MDT que salen por un 50€ cada una.

Sensores de Movimiento.

Para las encendidas de luz de Hall y Pasillo he optado por usar sensores de movimiento con regulación constante de luz de la marca Schneider, aunque su precio es superior a los sensores de otros fabricantes su alcance es mucho mayor, así solo nos hará falta un sensor para cubrir todo el pasillo. Por otra parte al ser con regulación constante de luz nos permitirán desactivarlos cuando la luz natural sea suficiente para iluminar todo el pasillo. El sensor sale por unos 250 euros.

Visualización.

El control de temperaturas, horarios de persianas, lecturas de contadores, etc. Se hará a través del servidor domótico LOXONE. De esta manera podremos actuar sobre toda la instalación desde cualquier smartphone, tablet u ordenador, tanto de manera local como de manera remota.
El precio del servidor LOXONE más la fuente de alimentación necesaria para funcionar es de unos 480€.

Precio final

Dispositivo	Cantidad	Precio U.	Precio
Fuente de alimentación	1	200 €	200 €
Cable	1	50 €	50 €
Contador eléctrico	11	120 €	1.320 €
Contador de Agua	1	200 €	200 €
Actuador Binario	2	400 €	800 €
Actuador Dimmer	1	410 €	410 €
Termostatos	2	95 €	190 €
Sondas	5	17 €	85 €
Pastillas	17	50 €	850 €
Sensores de Movimiento	2	250 €	500 €
Loxone	1	480 €	480 €
Horas de Programación	40	35 €	1.400 €
TOTAL			6.485 €

Como vemos por unos 6500 podemos tener una instalación domótica muy completa, si bien a alguien le puede parecer caro hay que tener en cuenta el ahorro que supone tener el clima sectorizado y poder controlar el consumo eléctrico y de agua a través de contadores.

Leer Más