¿Como puedo controlar una caldera?

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

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

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

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

Tipos

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

Calderas estancas.

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

Calderas de bajo NOx

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

Calderas de condensación

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

Control de calderas

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

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

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

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

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

Banyoles, 29 de Noviembre de 2014

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Domótica y SmartCity

En el post de la semana pasada definimos las Smart Cities como ciudades energéticamente sostenibles, que se alimentan básicamente de energías renovables. También hablamos de que actualmente la energía eléctrica se genera en función de la demanda, pero si queríamos hacer funcionar una ciudad exclusivamente con energías renovables se tendría que adaptar el consumo a la generación. Y era en ese punto donde entra en juego la domótica. En el post de hoy vamos a ver 4 ejemplos de cómo la domótica nos permitirá adaptar el consumo energético a lo largo de todo el día.

En la siguiente imagen vemos el consumo (en amarillo) y la generación (en rojo) de la energía eléctrica al largo de un día en España. La línea verde es una previsión que hace Red Eléctrica para programar que centrales eléctricas deberán encenderse en cada momento:

Podemos dividir la gráfica anterior en 4 zonas:
1.- De 22h a 6h: donde el consumo es muy bajo.
2.- De 6h a 12h: donde hay una subida del consumo.
3.- De 12h a 20h: donde el consumo se estabiliza.
4.- De 20h a 22h: donde hay el pico máximo del día.

Caso 1:
En las primeras horas del día vemos que el consumo de energía es muy bajo ya que la mayoría de la gente está durmiendo. Pero aunque la energía obtenida por las placas fotovoltaicas será 0, otras energías renovables como la eólica seguirán produciendo energía. Una buena forma de aprovechar la energía sobrante es calentar los depósitos de agua caliente sanitaria de las viviendas mediante domótica, de esta manera el agua de la ducha va a estar caliente a primera hora de la mañana. O en el caso que se disponga de coche eléctrico este podría cargarse durante estas horas.

Caso 2:
A partir de las 6 de la mañana la gente empieza a despertarse y vemos como la curva de la demanda empieza a subir acentuadamente. Esto provoca que haya un exceso de la demanda que seguramente la generación no podrá alcanzar. En el caso de que no sea posible llegar a ese nivel de generación, se pueden programar con domótica medidas para que descienda el consumo, como por ejemplo poner el clima en modo eco (bajar o subir la temperatura de consigna según sea invierno o verano, o en el caso de que sea un día soleado se puede reducir un 50% la luminosidad de todas las luces de las viviendas.

Caso 3:
El aumento que ha empezado a las 6 llega a su punto máximo a las 12 del mediodía y el consumo empieza a bajar ligeramente. Aunque el consumo sigue siendo alto, es el momento del día en que más energía solar se obtiene, por lo que muy probablemente nos encontraremos con otro caso de exceso de energía, por lo que podremos aplicar medidas como las tomadas en el primer caso, como calentar el agua caliente sanitaria o calentar o enfriar los depósitos de clima.

Caso 4:
Hacia las 9 de la noche la gente ha llegado a casa, empieza a cocinar y a utilizar todo tipo de electrodomésticos, es por eso que se alcanza un pico de consumo, en el que se alcanza el máximo de todo el día. Por su parte el sol ya se ha puesto, por lo que seguramente nos encontraremos con otro caso donde la generación no puede alcanzar el consumo. En este caso no es cómodo ni tener el clima en sistema eco, ni poner la luminosidad de la vivienda al 50%, por lo que una buena solución sería recurrir a la energía sobrante del día de los coches eléctricos que ya están aparcados en casa. Como ya vimos en el post anterior no es posible el almacenaje de grandes cantidades de energía, pero si se puede hacer en pequeñas cantidades como las baterías de los coches eléctricos.

Conclusiones

Utilizando estas medidas se podría llegar a alimentar energéticamente a una ciudad solo con energías renovables. Evidentemente aún queda mucho camino por recorrer antes de poder ajustar la demanda eléctrica a la generación de energía de cada momento. Lo que ya es una realidad es la de edificios que usando métodos como los anteriores con la ayuda de la domótica pueden llegar a tener un gasto energético casi nulo.

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Domótica: Eficiencia Energéctica

Domótica es una palabra que tiende a relacionarse con edificios lujosos o con casas futuristas. Es verdad que en la actualidad la mayoría de instalaciones domóticas las podemos encontrar en casas de alto standing, pero también hay una parte de ellas que tiene como objetivo la optimización energética del habitage.

Aunque con la optimización energética solo suele buscarse el ahorro económico, también tiene una repercusión beneficiosa para el medioambiente.

Para la optimización energética de un habitage se buscan alcanzar tres objetivos básicos:

1. Utilizar la energía solo en el momento que esta sea requerida
2. No utilizar más energía de la necesaria
3. Utilizar las energías disponibles de la forma más eficiente posible

Según una publicación de la Universidad de las Ciencias Aplicadas de  Biberach con el título de: “Energy saving potential using modern electrical installations”, el ahorro energético en un habitage automatizado suele encontrarse entre el 11 y el 31 % respecto al mismo habitage sin automatizar. En este mismo estudio podemos encontrar la siguiente tabla.

Control Sectorizado del Clima	Entre el 14 y el 25%
Automatización del clima	Entre el 7 y el 17%
Control de Persianas	Entre el 9 y el 32%
Control de la Luz	Entre el 25 y el 58%
Control de la Ventilación	Entre el 20 y el 45%

En el consumo general de una casa el ahorro energético puede encontrarse del 11 al 31%

Control Sectorizado de Habitaciones

Sin duda uno de los puntos fuertes de los sistemas distribuidos es la sencillez con la que se puede hacer la sectorización del clima. En la mayoría de instalaciones actuales suele haber un solo termostato que controla todos los radiadores de una vivienda. Utilizando elementos KNX es muy fácil controlar los radiadores (o anillos de suelo radiante) individualmente. De ésta forma no estamos calentando habitaciones desocupadas o que ya han alcanzado la temperatura deseada.

Automatización del Clima

Pongamos como ejemplo una cada que tiene dos fuentes para producir calor: una bomba de calor eléctrica y una caldera de gas natural. Sin ningún control sobre la instalación tendríamos que elegir de forma manual cuando usar la bomba y cuando utilizar la caldera. Con domótica podríamos colocar una sonda de temperatura para saber la temperatura exterior, si ésta fuese de más de 10ºC utilizaríamos la bomba de calor (ya que el rendimiento de una bomba de calor suele ser bueno hasta esa temperatura). Cuando la temperatura bajase de 10ºC automáticamente entraría en funcionamiento la caldera de gas, obteniendo un rendimiento económico (y energético) mucho mayor.

Persianas y Cortinas

En el caso de persianas y cortinas el ahorro se obtiene aprovechando al máximo la energía solar en invierno y evitándola en verano. Con un simple sensor de luminosidad integrado en la instalación podemos ahorrarnos de encender toda la instalación de clima.

Ventilación

Del mismo modo no hace falta encender toda la instalación de clima si la temperatura deseada dentro de casa se puede obtener aportando aire exterior.

Luces

Normalmente una lámpara suele tener solo dos posiciones: abierta o cerrada. Con una instalación domótica podemos hacer que esta misma lámpara tenga muchos más estados: de 0% a 100%. Con esto y un sensor de presencia y luminosidad (luxómetro) podemos regular la lámpara para que solo se encienda el tanto por ciento necesario para que la luz de la habitación sea la adecuada y la habitación esté ocupada.

Estos son solo 5 ejemplos de las posibilidades que tiene la domótica cuando se trata de ahorrar energía. Y es que aunque puede ser muy útil controlar toda tu casa desde tu Smartphone y divertido encender las luces de tu casa dando palmas, la domótica es mucho más que eso. 

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