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