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Deconstruyendo las auditorías energéticas

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Reunión de trabajo

Andrés es el Director Técnico de una Empresa de Servicios Energéticos (en adelante, ESE) y tiene un cliente interesado en sus Servicios de Eficiencia Energética (en adelante, SEE). Las instalaciones energéticas del edificio del cliente se componen básicamente de la instalación de calefacción y la instalación eléctrica. La planta de producción térmica es una sala de calderas convencional con varios circuitos de calefacción y uno de Agua Caliente Sanitaria (en adelante, ACS). Se trata de una sala de calderas con varios años de funcionamiento en los cuales la legislación no exigía contabilización de consumos térmicos ni eléctricos y solamente dispone de un contador de combustible. La sala posee varios termómetros bimetálicos y un armario eléctrico con pilotos luminosos y un controlador parametrizable localmente que no proporciona ningún tipo de información ni registro de datos. Por no haber no hay ni esquema de principio. En cuanto a la instalación eléctrica, el edificio dispone de un cuadro eléctrico general en el que se distribuyen todos los circuitos eléctricos pero no hay más información que las facturas de la compañía eléctrica.

Sala de calderas convencional
Planta de producción térmica.

– Siempre igual -, se lamenta. Este es un caso que se le presenta con bastante frecuencia.

La información brilla por su ausencia.

Siguiendo el procedimiento habitual se dispone a realizar un prediagnóstico energético. Realiza una primera visita a las instalaciones para recopilar la información relevante en cuanto a aislamientos, cerramientos, estado general de las instalaciones (electricidad e iluminación, calefacción), las facturas de energía/combustible, etc, que le permitan ver inicialmente donde poder introducir mejoras en la eficiencia energética del edificio.

Una vez realizada la primera visita, Andrés decide realizar una auditoría energética fiable y completa para poder evaluar la viabilidad técnica y económica antes de decidir abordar el proyecto. Encarga este trabajo a Sara, auditora y experta en eficiencia energética.

Sara se dispone a realizar la auditoría y lleva al edificio todo el material necesario para su realización:

  • Analizador de redes eléctricas

  • Analizador de gases de combustión

  • Registradores de datos

  • Sondas de temperatura

  • Luxómetro

Empieza por las instalaciones eléctricas y de iluminación y en concreto con el análisis de la red eléctrica. La empresa dispone de un solo analizador portátil de redes y ahí es donde le surgen las primeras dudas a Sara.

– Puedo instalar el analizador de redes en la acometida general del edificio, pero no puedo hacer submedición de consumos para discriminar los usos y ver los potenciales de ahorro. Una opción es instalar el analizador en los diferentes circuitos en semanas sucesivas pero los patrones de consumo pueden diferir bastante de unas semanas a otras. Otra opción es instalar contadores o analizadores fijos pero esto requiere una inversión por adelantado puesto que hay que contratar un electricista y un integrador de sistemas. Otra opción son los sistemas inalámbricos pero tampoco los conoce demasiado bien y no se fía de ellos y también requeriría de un especialista o integrador de sistemas. –

Al final decide instalar el analizador en semanas sucesivas en los diferentes circuitos. Sabe que no es una medición del todo fiable y que simplemente dará una idea del patrón de consumo de la instalación pero es la solución más viable técnica y económicamente. Esto le obliga a extraer los datos de la memoria interna del analizador y a una árdua tarea de tratamiento de datos. Unos costes ocultos para la empresa que suple con sus horas extra de trabajo.

Estos problemas le han surgido en todas las auditorías. Ha estado buscando una solución alternativa pero no ha encontrado una que le convenza.

La submedición temporal de consumos eléctricos no está bien resuelta con las soluciones del mercado actuales. Aunque los instrumentos de medida portátiles son muy precisos la discriminación de usos de la electricidad no está bien resuelta y con una incertidumbre de medida muy alta. Los instrumentos fijos, en cambio, permiten una monitorización continua pero requieren una inversión previa al SEE y sólo se instalan si lo asume el cliente.

A continuación se dirige a medir los niveles de luminosidad de las diferentes estancias del edificio para ver si se adecuan a los recomendados. El luxómetro que posee es un aparato manual sin registro de datos así que el procedimiento consiste en anotar manual y puntualmente los valores detectados en un determinado momento de un determinado día.

Sara se pregunta, – Y, ¿cuál es la efectividad de este procedimiento?. ¿Acaso estamos teniendo en cuenta la fluctuación de la luz solar con la meteorología o las estaciones del año? Sí, estas mediciones nos dan una idea aproximada, pero, ¿con qué grado de aproximación? ¿Es suficiente esta precisión para acometer una inversión tan elevada en renovar los sistemas de iluminación artificial? –

La luminosidad de una estancia es muy variable y depende de muchos factores. Sólo con un sistema de monitorización de la luminosidad por un periodo de tiempo suficiente es posible saber si una estancia está bien iluminada. Sólo con un sistema de control de luminosidad constante es posible regular la luminosidad de una estancia.

Seguidamente, Sara se dirige a la sala de calderas. La primera medida que toma es la determinación del rendimiento de la caldera mediante el análisis de los gases de combustión. Es un método indirecto de medición de la eficiencia de un sistema de combustión considerando que todo el calor que no se aprovecha en el proceso se va por la chimenea, por los gases de combustión. Consiste básicamente en introducir unas sondas en la chimenea de la caldera y con ésta a régimen durante unos treinta minutos analizar los gases y mediante fórmulas determinar el rendimiento de la caldera. Sara sabe que no es un método muy exacto, que no considera el calor que se disipa al aire en la sala de calderas a través del cuerpo de la caldera y que es una análisis estacionario y forzado que no considera situaciones transitorias como arranques y paradas o modulaciones de potencia.

Sabe que existe un método directo que es el que usan los fabricantes de las calderas, y que es más exacto que consiste en obtener el rendimiento mediante un contador de combustible y un calorímetro pero en la práctica es más difícil de implementar con los sistemas actuales. Necesitaría sistemas no invasivos, un calorímetro portátil con caudalímetro ultrasónico y sondas de temperatura pero es un equipo muy caro.

Además, igual que en el caso de las instalaciones eléctricas la submedición de consumos no está bien resuelta y es complicado determinar cuánta energía se va cada uno de los diferentes consumos (calefacción, ACS,…). Tendría que poner el calorímetro o al menos un caudalímetro ultrasónico en semanas sucesivas en cada uno de los circuitos lo cuál no es del todo contrastable. Total que no le compensa y considera que los circuitos trabajan a caudal constante y hace una estimación en base a unas supuestas horas de funcionamiento.

La determinación del rendimiento instantáneo de una caldera por el procedimiento del análisis de gases de combustión y más aún del rendimiento estacional de un equipo generador térmico o una instalación térmica no está bien resuelta, no es muy exacta ni fiable. La submedición de consumos térmicos tampoco lo está.

A Sara le gustaría conocer cómo funciona exactamente la sala de calderas, cuándo arrancan y paran los equipos (bombas, quemadores). Le encantaría que la instalación tuviera un SCADA o BMS pero esto no es posible. Así que instala un conjunto de registradores portátiles que toman la temperatura de las tuberías durante un período de tiempo determinado.

Todos estos equipos portátiles son equipos autónomos e independientes, con su propio registro de datos y su software del fabricante. Además instala algunos de estos registradores en las estancias habitables para obtener la temperatura ambiente. A Sara le toca ahora una árdua tarea de extracción y tratamiento de datos en hojas de cálculo para obtener los ratios de eficiencia energética de la instalación.

La extracción y tratamiento de datos con los instrumentos portátiles actuales inconexos entre sí es una ardua tarea.

Sara contrasta todas estas medidas con los programas de simulación para extrapolar los datos obtenidos. En estos programas introduce las características constructivas y de uso del edificio y mediante simulación con complejos algoritmos de cálculo obtiene los ratios de eficiencia energética y la calificación energética del edificio. Sabe perfectamente que las simulaciones son muy ideales y que el cambio de un sólo parámetro puede afectar a los resultados obtenidos, pero menos es nada.

Así que con todo esto, Sara, elabora el informe final de la auditoría. Ha detectado algunas ineficiencias y realiza una valoración del potencial de ahorros en base a unas mejoras introducidas que considera que pueden ser las más adecuadas considerando criterios de rentabilidad económica y eficiencia energética.

Sara se reúne con Andrés para presentar el informe final.

Reunión de trabajo

– Buenos días, Sara.

– Buenos días, Andrés.

– Bueno, he estado leyendo tu informe, Sara, es muy completo. Pero vayamos al grano, Sara, en él figura un potencial de ahorros del 28%.

– Eso es, es lo que creo que se puede obtener.

– Sara, te puedo hacer una pregunta, ¿cuál es la incertidumbre de medida de la palabra creo, en qué te basas para hacer este análisis?

– No te endiendo, Andrés, no sé a qué te refieres. Siempre lo hemos hecho así y nunca te ha parecido mal.

– Sí, Sara, ¿serías capaz de decirme el grado de precisión del potencial de ahorro obtenido?

Sara, se queda un instante perpleja, acerca la punta del dedo índice a sus labios y lo eleva al aire como para medir su dirección.

– Pues depende.

– Depende de qué, Sara.

– Pues depende de la repetibilidad, es decir, depende de si lo que hemos medido en un instante determinado se repite como un patrón de uso de las instalaciones.

– Osea que todo el trabajo que hemos hecho en realidad no sirve para nada.

– No es exacto, en realidad, sirve para hacernos una idea de grano grueso del funcionamiento y el potencial de ahorro de las instalaciones, asumiendo que el uso de unas instalaciones sigue unos patrones horarios, diarios, semanales y anuales. Si estos patrones se dan regularmente el ahorro conseguido se ajustará al potencial de ahorros estimado.

– Osea que el potencial de ahorros en realidad es una entelequia, como las predicciones de los analistas macroeconómicos.

– Más o menos.

– Pues entonces tengo que trasladar esa incertidumbre al margen de beneficio del proyecto, es decir al cliente, curándome en salud.

Andrés acaba de entenderlo, los métodos y procedimientos en los que se basan las auditorías energéticas están obsoletos, no le sirven. Los márgenes de los proyectos, con la situación económica actual, la competencia y las reticencias a las inversiones, son cada vez más pequeños y un porcentaje pequeño arriba o abajo puede ser la clave de ganar un proyecto o hacerlo rentable.

Las ESE necesitan conocer el potencial de ahorros de una forma más exacta de como se calcula con las auditorías energéticas actuales.

– Sara, una última pregunta, y cómo podemos contrastar las medidas tomadas ahora con las medidas que tomaremos durante la monitorización continua del SEE. Es decir, podemos tomar las medidas que hemos realizado como línea base en nuestro Software de Gestión Energética.

– Pues las medidas actuales está en una hoja Excel que usamos como plantilla estándar para las auditorías, osea que no es que sea imposible pero sí un poco complicado.

– Ya entiendo, puede que toque hacerlo manualmente…

– Es posible.

– Muy bien, gracias, Sara, buen trabajo como siempre.

Andrés sale de la sala de reuniones dándole vueltas a todo esto. Necesita otros instrumentos, métodos y procedimientos nuevos más automatizados que le permitan reducir costes directos y ocultos, ahorrar tiempo, reducir riesgos, aumentar la calidad de sus servicios a los clientes y aumentar el margen de beneficio de los proyectos. Necesita una solución nueva.

Y vosotros, estimados lectores, ¿tenéis los mismos problemas que Andrés y Sara?

¿Os sentís identificados?

¿Las auditorías energéticas actuales os parecen adecuadas?

¿Con que grado de exactitud diríais que estáis dando el potencial de ahorros?

¿Necesitáis instrumentos, métodos y procedimientos nuevos?

Contabilización Individualizada de Consumos de Edificios de Viviendas con Calefacción Centralizada

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Eficiencia Energética en Edificios

En la entrada anterior de este blog analizábamos con una cierta resignación pesimista la situación de las comunidades de propietarios en edificios residenciales en cuanto a la eficiencia energética. En esta entrada vamos a hacer todo lo contrario, vamos a aportar soluciones.

Comentábamos que una de las fuentes de ineficiencia energética era el reparto equitativo de la calefacción con un sistema de producción centralizado, y un sistema de distribución sin contabilización de consumos individualizado y sin control termostático, para todas las viviendas del edificio.

“En ocasiones, no hay situación más injusta que el reparto equitativo. La equidad también puede ser injusta.”

Da igual que la vivienda esté o no habitada, da igual que la vivienda tenga o no implantadas medidas de eficiencia energética, da igual la orientación de la vivienda, da igual que una vivienda demande más temperatura o menos, da igual que los vecinos tengan hábitos más o menos eficientes. Todos los propietarios reciben las mismas horas de calefacción y en las mismas condiciones y pagan exactamente lo mismo, porque el reparto de costes se asigna por coeficientes de superficie. Esta situación desincentiva el ahorro y la eficiencia energética, desincentiva las inversiones para mejorarlos, provoca ausencia de confort en los vecinos, produce situaciones injustas en que unos vecinos subvencionan la calefacción de otros y un montón de circunstancias no deseables desde un punto de vista económico, ecológico y de la salud y el bienestar de las personas. Por otra parte, como no hay mal que por bien no venga, es precisamente estos costes compartidos lo que están salvando a muchas familias de la pobreza energética.

Pero esta situación tiene los días contados. La Directiva Europea 2012/27/UE de eficiencia energética (artículo 9, apartado 3) trata de remediar este situación haciendo de obligado cumplimiento la instalación de sistemas de contabilización de consumos individualizados para cada vivienda antes del 31 de diciembre de 2016. Parece una fecha lejana pero está a la vuelta de la esquina. Y las comunidades de propietarios deben prepararse para ello.

A la fuerza ahorcan

La contabilización de consumos depende del sistema de distribución

En la central de producción térmica se instalarán contadores de energía para determinar el consumo total y calcular las mermas de distribución.

En esta situación, nos encontramos antes dos tipos de sistemas de distribución posibles:

Edificio con sistema de distribución en anillo único

En cada vivienda existe un único punto de entrada y de salida para las tuberías de calefacción y Agua Caliente Sanitaria (en adelante, ACS), como exige el RITE en obra nueva.

La contabilización de consumos de calefacción es necesario realizarla mediante un contador de energía. Es un equipo que incorpora un contador de agua, dos sondas de temperatura y una unidad electrónica que calcula la energía que se consume. Los contadores de energía de viviendas normalmente son compactos y pueden ser mecánicos de chorro único o múltiple o por ultrasonidos. Los de ultrasonidos tienen la ventaja que no tienen partes móviles y, por tanto, sufren menos mantenimiento por averías y obstrucciones pero son más caros. Algunos fabricantes como por ejemplo Zenner tienen los dos tipos de contadores. Sin embargo, la marca de referencia Kamstrup centra su negocio en los contadores ultrasónicos.

ZELSIUS® C5 ISF

Imagen cortesía de Zenner

La contabilización de ACS generalmente se realiza mediante un contador de agua caliente mecánico de chorro único o múltiple que opcionalmente incorpora un emisor de impulsos Reed. Normalmente los contadores de energía disponen de dos entradas de pulsos para contadores de agua fría o caliente. y por tanto, pueden leer los pulsos del contador de ACS.

Edificio con sistema de distribución por columnas

En cada vivienda existe varios puntos de entrada y de salida de calefacción generalmente para cada radiador. En este caso, la contabilización se complica porque no es económicamente factible instalar un contador de energía para cada radiador, y se debe optar por la instalación de repartidores de costes.

Instalaciones por columnas

Instalaciones por columnas. (http://www.aercca.es/reparticion.asp)

Son unos dispositivos que se colocan en cada radiador y que calculan cada cierto tiempo los consumos reales, en términos de energía o económicos. Si al radiador se le complementa, a su vez, con regulación de válvulas termostáticas u otro equivalente, pueden producir ahorros, según estudios realizados, del orden del 30%.

Repartidor de coste.

Repartidor de coste. Cortesía de la Asociación Española de repartidores de coste (http://www.aercca)

Sistemas de lectura

Los sistemas de lectura van desde los más básicos y manuales a los más automatizados pasando por sistemas intermedios. Elegir uno de ellos es un compromiso entre inversión, coste de operación, privacidad de los vecinos y fiabilidad.

Lectura Visual-Anotación Manual

Es el sistema más básico y convencional. Un operario se desplaza hasta la vivienda o cuadro de distribución y anota manualmente la lectura que le muestra el medidor. Las ventajas son que la inversión es la menor posible, es un sistema sencillo si no requerimos análisis de datos complejos y es un sistema en el que los vecinos confían porque es el que conocen y tienen contacto con el operario. Pero supone unos costes elevados para la empresa de mantenimiento o gestión energética.

Lectura manual

Imagen cortesía de Qundis (http://www.qundis.com/en/products/systems/q_basic/)

Lectura Automática de Contadores (AMR)

Hoy en día, aunque se sigue haciendo, no tiene sentido hacer manualmente la lectura mensual del consumo de los contadores. Es algo que se puede automatizar y que supone un importante ahorro de costes. De acuerdo que le estamos quitando el puesto de trabajo a la persona que realiza la lectura manual, pero estamos por otra parte generando trabajo a los integradores de sistemas, a los fabricantes de equipos electrónicos, a los proveedores y almacenes, y a los gestores energéticos.

Es lo que se conoce como Lectura Automática de Contadores o con las siglas AMR (Automatic Meter Reading). El Smart Metering o medición inteligente no es exactamente lo mismo porque el Smart Metering es bidireccional (lectura/escritura).

Hay varios tipos de sistemas de lectura automática.

Lectura Óptica

En este caso, un operario se desplaza hasta la vivienda o cuadro de distribución y mediante un lector óptico lee la medida de los contadores. Las ventajas son que la inversión es baja, se eliminan los errores de anotación manual, los consumos pasan directamente al programa de tarificación y es un sistema en el que los vecinos confían porque tienen contacto con el operario. Pero supone unos costes elevados para la empresa de mantenimiento o gestión energética en desplazamientos y horas de operario.

Lectura Óptica

Imagen cortesía de Qundis (http://www.qundis.com/en/produkte/systeme/q_opto/)

Lectura “Mientras Caminas” (Walk-by)

En este caso no es necesario entrar en la propiedad o abrir cuadros de distribución. Los dispositivos envían mediante conexión inalámbrica (Bluetooth u otras) la información automáticamente a petición mientras se camina por los espacios compartidos del edificio o incluso desde la calle o el vehículo de la empresa de gestión. Después estas lecturas se vuelcan en el programa de facturación.

Las ventajas es que la empresa de gestión no depende de los vecinos para realizar la lectura, los costes de operación disminuyen pues se puede realizar en un corto espacio de tiempo y las inversiones son bajas puesto que no es necesaria una infraestructura de comunicaciones cableada. Además es un sistema fiable puesto que está automatizado y protege la privacidad puesto que no es necesario entrar en las viviendas o edificios. Sin embargo, los costes de operación son más altos que para otros sistemas puesto que exige desplazarse a las instalaciones.

Lectura mientras caminass

Imagen cortesía de Qundis (http://www.qundis.com/en/produkte/systeme/q_walk_by/)

Lectura Mediante Bus de Comunicaciones

Aunque hay otros como KNX, Modbus, y sistemas propietarios, el sistema de lectura más ampliamente extendido es el estándar de Metrología Legal M-Bus (Meter-Bus) según la norma EN1434. En este caso se trata de un sistema cableado basado en un bus que es a la vez de alimentación y comunicaciones. Los contadores se conectan por medio de este bus con una centralita que recoge y registra los datos de consumo. Los datos se pueden ver in situ o transmitir remotamente a un software de lectura y tarificación.

Las ventajas son están en que se trata de un sistema muy extendido, fiable, inmune a interferencias, que permite largas distancias e interoperabilidad entre múltiples fabricantes de modo que si hay que sustituir un equipo no se depende de un único fabricante, protege la privacidad de los vecinos y permite monitorizar el consumo de energía en intervalos cortos lo cual incide en un ahorro energético si esta información es proporcionada a los inquilinos mediante algún software de gestión energética.

Lectura M-Bus

Imagen cortesía de Qundis (http://www.qundis.com/en/produkte/systeme/q_m_bus/)

Lectura Mediante Red Inalámbrica

Aunque hay muchos sistemas propietarios. Se está tratando de estandarizar la versión inalámbrica del anterior, Wireless M-Bus. Todavía no está muy extendido. En él se basan otros estándares como KNX para la medición inteligente de consumos.

Los contadores envían de forma inalámbrica los consumos a petición de un nodo central. Este nodo central a su vez se comunica con la estación de gestión energética y de tarificación mediante alguna red de telecomunicaciones (red de telefonía fija o inalámbrica, Internet).

Las ventajas son las mismas que el sistema cableado pero los costes de instalación son menores. Por contra, es un sistema menos fiable e inmune frente a interferencias.

Lectura con sistema inalámbrico

Lectura con sistema inalámbrico. Imagen cortesía de Qundis (http://www.qundis.com/en/produkte/systeme/q_amr/)

En resumen, la lectura automática de consumos energéticos presenta múltiples ventajas. en cuanto a ahorro de costes de operación, protección de la privacidad, fiabilidad y ahorro y eficiencia energética. Elegir uno u otro depende de las necesidades de cada instalación, de la empresa de gestión y del presupuesto de la comunidad.

Lo importante es conocer las opciones y elegir desde el conocimiento.

Comunidades de Vecinos: el Gran Nicho Imposible de la Eficiencia Energética

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Hace unas fechas, durante una conversación distendida tomando un café con David Román, especialista en Ahorro y Eficiencia Energética y un administrador de una comunidad de vecinos comentábamos que las Comunidades de Propietarios son el gran nicho imposible para la Eficiencia Energética en nuestro país:

Gran nicho

Las razones por las que este tipo de edificios son un gran nicho para el Ahorro y la Eficiencia Energética vienen derivadas por el mal uso de la energía que se hace en ellos desde siempre:

  • Exceso de potencia eléctrica contratada
  • Penalizaciones por energía eléctrica reactiva
  • Luces de ascensor permanentemente encendidas
  • Ascensores sin variador de frecuencia o arrancador suave
  • Calefacciones centrales sin contabilización individual de consumos y sin control termostático de temperatura lo cual lleva a situaciones tan disparatadas como tener que abrir ventanas para disipar temperatura
  • Ausencia de comfort en instalaciones centrales de calefacción por exceso o defecto de temperatura dependiendo de la ubicación en altura del piso
  • Aislamientos y cerramientos precarios en escaleras y patios interiores
  • Aislamientos precarios en fachadas
  • Pocas comunidades tienen doble puerta de entrada con lo cual el frío se cuela con cada salida o entrada

Creo que no estoy diciendo nada nuevo que todos no sepamos ya. Al fin y al cabo todos hemos vivido en alguna etapa de nuestra vida en este tipo de edificios tan comunes en nuestro país. Y sin embargo, todas estas ineficiencias persisten en el tiempo engrosando la cuenta de resultados de las compañías energéticas, sangrando a los vecinos y adelgazando las cuentas de la comunidad.

Imposible

Pero, ¿por qué ocurre esto?, ¿por qué decimos que es un gran nicho imposible?

Es cierto que se están dando avances en los últimos tiempo, en parte por la mayor concienciación social, en parte por la escalada en el precio de la energía:

  • Rehabilitaciones de edificios y aislamientos de fachadas
  • Algunas comunidades están corrigiendo las penalizaciones por energía reactiva
  • Algunas comunidades están introduciendo contabilización individual de consumos de calefacción mediante contadores o repartidores de coste
  • Algunas comunidades de vecinos está optando por la biomasa
  • Las comunidades con vecinos más jóvenes son más proclives a medidas de ahorro y eficiencia energética

Pero también es cierto que es muy difícil hacer negocios en las comunidades, que muchos Proyectos y Servicios de Eficiencia Energética se caen y que de los cargos, las reuniones y juntas de las comunidades puede uno salir escaldado.

Las razones hay que buscarlas en la sociología y en la historia, en la ideosincrasia de este país nuestro. Al fin y al cabo las comunidades de vecinos son un microcosmos de nuestra sociedad, un compendio de nuestras virtudes y defectos que incluso han sido parodiadas en alguna serie cómica de televisión.

  • No somos unidos, no aceptamos el principio del bien común. Por las razones históricas que todos conocemos no somos capaces de unirnos. Si una medida no nos beneficia individualmente aunque beneficie al bien común es difícil que salga adelante.
  • Priorizamos lo estético a lo ético, a lo lógico e incluso a lo económico. Conozco pocas comunidades que no tengan el portal de mármol o granito pero muchas con el patio interior cayéndose a cachos y no proponga usted una derrama para eso.
  • Estamos dominados por oligopolios energéticos. Las grandes compañías conocen nuestra ideosincrasia, está intrínseca en su modelo de negocio, y la usan para enriquecerse a costa nuestra, porque conocen nuestras debilidades.
  • No aceptamos la autoridad interna, ni las juntas internas, ni el asamblearismo. Preferimos la autoridad externa. Es más fácil que una medida salga adelante si viene avalada por el administrador de la comunidad que si la propone el presidente o un vecino individual.

Cuando me planteé emprender una de las ideas que tenía en la cabeza era una empresa de unificación de servicios para comunidades: Electricidad, Gas, Telecomunicaciones (Teléfono, ADSL), Agua. ¿Por qué tener cada vecino un contrato con la compañía eléctrica y pagar cada uno el correspondiente término fijo? ¿Por qué cada uno tener un contrato de ADSL y una línea fija de teléfono con los costes que ello supone? Pero sin probar mis hipótesis rápidamente deseché la idea, preferimos “robarle la Wifi” al vecino a crear una Red de Área Local dentro del edificio. Desconfiamos más del vecino que de la compañía telefónica o de electricidad.

Me viene a la memoria uno de los capítulos más memorables de esa serie documental presentada y dirigida por el inolvidable José Antonio Labordeta donde al final del documental (a partir del minuto 50) entrevista al también fallecido ingeniero agrónomo alemán Siegfried Hannemann Unger de la comarca cacereña de La Vera. Conversando acerca de las soluciones para el futuro de la comarca el ingeniero germano comenta que la solución está en organizarse en cooperativas.

“todos unidos y sin chismorreos”

Labordeta y Hannemann

Labordeta y Hannemann

Un país en la Mochila – La Vera de Cáceres

Calefacción Eficiente en Centros Educativos (II)

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Ahorros

En la entrada anterior aIES Delicias-panoramicanalizábamos un patrón de funcionamiento frecuente de la calefacción en los Centros Educativos que conllevaba graves problemas de confort para los usuarios e ineficiencias energéticas. A continuación planteamos unas propuestas de mejora que redunden en beneficios para el bienestar de los usuarios y la eficiencia energética.

Mejoras en las instalaciones de calefacción en Centros Educativos

En cuanto a las mejoras en las instalaciones mis competencias profesionales no se centran en los equipos de generación, ni en el diseño térmico e hidráulico de las mismas sino más en el óptimo funcionamiento desde un punto de vista tanto meramente funcional como energético. Así que me centro en algunos aspectos relativos al control que es el que determina el funcionamiento.

  • Caldera de biomasa o caldera de condensación de gas natural modulante con regulación del punto de trabajo en potencia o temperatura. Esto es muy importante. Muchas veces los equipos generadores se seleccionan en función de la relación calidad(prestaciones)/precio y las instalaciones se diseñan para funcionar en el punto de máxima eficiencia del generador. La realidad nos indica que raramente se consiguen en la práctica las condiciones de diseño afectando al Rendimiento Estacional de los Generadores hasta en un 10%. Poder regular el punto de trabajo es sumamente importante.
  • Sistema de regulación y control con telegestión. Es la tendencia habitual aunque a veces se sigue escatimando en esta partida. Yo de forma irónica lo comparo con esos individuos que invierten mucho tiempo en el gimnasio pero poco en su cerebro. Y no olvidemos que el controlador es a la instalación lo que el cerebro es al sistema nervioso. Todas las marcas del mercado de sistemas de regulación y control poseen equipos de última generación (son muy parecidos) y la partida destinada no suele ser ni el 5% del montante global de la reforma de la sala. Pero en nuestro sector suele haber mucha ‘marquitis’ y se eligen los sistemas en un función de criterios tales como fiabilidad del fabricante, es con la marca que solemos trabajar, me lo regalan si compro las calderas y las bombas,… Mi consejo es seleccionar el sistema de regulación y control no en función del equipo sino del integrador que es al final quien va a dar el servicio a lo largo del tiempo de vida de la instalación y en muchos casos este suele ser superior a veinte años y del fabricante que respalde al integrador y de soluciones en caso de que este desaparezca.

La potencia sin control no sirve de nada.

  • Zonificación: Todos los lugares de trabajo al menos deberían tener un sistema de control de la temperatura ambiente. Podemos optar por varias opciones:
    • Si los circuitos están ramificados por estancias, válvula de corte o recirculación de la rama que da servicio a la estancia  y termostato ambiente de pared con consigna tarada por defecto (sin rueda de ajuste). No olvidar la pantalla metálica de protección antivandálica para el termostato.
    • Si los circuitos están ramificados verticalmente radiadores con válvulas de corte con actuadores termostáticos. Los hay de diferentes calidades y precios y unos funcionan mejor que otros. No olvidar nunca seleccionar unos con protección antivandálica.
    • Otra opción son los actuadores termoeléctricos con un termostato de corte. Tienen la ventaja que permiten un mejor ajuste de la temeperatura ambiente que los actuadores termostáticos y la desventaja que consumen electricidad y necesitan instalación eléctrica.
    • La opción más completa y más también cara es un sistema inmótico estándar (KNX, Lonworks o Bacnet). Siempre que haya presupuesto, que no es lo frecuente, suele aportar un valor añadido muy grande: permite detectar malfuncionamientos o malos usos, permite registrar temperaturas para realizar una análisis más detallado, permite establecer consignas en función de la ocupación de la estancia (modo reducido, confort, ahorro), permite realizar regulación constante de la luminosidad si se cambian los sistemas de iluminación,…
  • Siempre y cuando se plantee zonificación, son necesarios equipos de bombeo de caudal variable de alta eficiencia energética con variador de frecuencia incorporado para que el caudal impulsado se adapte de forma dinámica a medida que entran y salen circuitos. Una análisis de las opciones que hay en el mercado será el que ocupe la siguiente entrada en este blog.
  • Implementación de la curva de calefacción en la caldera si solamente hay un circuito o en las electroválvulas mezcladoras de los circuitos de distribución.

Funcionamiento deseable

Para que el funcionamiento de la calefacción sea el óptimo hay que considerar una serie de aspectos importantes:

  • La programación horaria y por fecha de la calefacción del centro educativo.
  • La determinación del inicio y el fin de la temporada del servicio de calefacción del centro.
  • La determinación de la referencia o consigna de temperatura ambiente interior.
  • La determinación de la temperatura de impulsión mediante la curva de calefacción y la consecución de la misma mediante el control de la electroválvula de tres vías mezcladora.
  • La optimización de los tiempos de arranque y parada para conseguir que la temperatura ambiente del centro se adecue lo más posible a la temperatura de referencia establecida en el periodo de funcionamiento normal del centro.
  • El control de la temperatura ambiente de cada una de las estancias.

Programación horaria de la calefacción

La planificación tiene una doble vertiente:

Por una parte se hará una planificación horaria de funcionamiento semanal, que incluya el horario de funcionamiento del centro para todos los días laborables de la semana.

Programación semanal de la calefacción

Programación semanal de la calefacción

Por otra parte se hará una planificación por fecha para los períodos especiales en los que el centro no tenga un funcionamiento normal, períodos vacacionales y festivos.

La planificación habilitará el funcionamiento de la calefacción de cada circuito de distribución general en los horarios y períodos estipulados. No obstante, podría haber una programación particularizada para cada estancia si el cronotermostato  de la sala o sistema de control inmótico lo permite, pero no suele ser habitual. Aunque es necesario decir que si lo que queremos hacer es un uso lo más eficiente posible de la energía debemos ir de lo general a lo particular adaptando la calefacción de cada estancia a su utilización. Un aula que no se usa es un consumo desperdiciado.

Determinación del inicio y el fin de la temporada de calefacción

Como hemos indicado en la anterior entrada, esa es una decisión que no debería depender de factores tan infundados y aleatorios como son una fecha determinada del calendario, la sensación térmica del conserje o del director del centro o de los profesores o las apreturas económicas del centro. Esto es especialmente acusado en períodos estacionales transitorios en primavera y otoño donde la variabilidad térmica es grande alternando días calurosos con otros en los que se pasa frío.

No hay mayor desperdicio energético y económico que encender la calefacción cuando es innecesario

Para determinar el servicio de calefacción proponemos que se realice en función de la evolución de la temperatura exterior durante la última hora y durante la última semana. Hay dos límites diferentes para la temperatura exterior que se aplican para determinar si encender la calefacción. Si la temperatura media exterior de la última semana (Tª exterior media) es mayor que un límite o la temperatura media exterior de la última hora (Tª exterior amortiguada) excede otro límite definido, el período de calefacción se desactiva. Cuando las dos medias caen por debajo de sus límites es indicativo que hace frío en el corto y medio plazo y se activa un nuevo período de calefacción.

  • Límite para la temperatura exterior media (últimos 60 minutos) = 18 ºC
  • Límite para la temperatura exterior media (última semana) = 16 ºC
Temporada Calefaccion

Determinación del período de calefacción en función de la Tª exterior.

Consigna de temperatura ambiente interior

El 27 de noviembre de 2010 se publicó en el Boletín Oficial del Estado (BOE) el Real Decreto 1826/2009 que modifica el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). Este Real Decreto establece limitaciones en lo referente a la temperatura interior a mantener dentro de los locales habitables de pública concurrencia tanto en invierno como en verano. Aunque no se especifica claramente que un colegio sea un Local de Pública Concurrencia, lo cual lleva a algunas discusiones. en este Real Decreto se fija una temperatura máxima de invierno en 21ºC para dichos edificios. Recomiendo encarecidamente la lectura del artículo técnico del Boletín 49 del IDAE.

Curva de Calefacción

La temperatura del agua de cada circuito debe ser variable con la temperatura exterior, siguiendo una curva de calefacción. La curva de calefacción se define mediante el gradiente y curvatura:

  • El gradiente denota la relación entre la temperatura exterior y la de suministro.
  • La curva define la curvatura de la característica para tener en cuenta la salida térmica no lineal de las superficies de calefacción.

El valor de referencia de suministro se calcula como función de la temperatura exterior según la siguiente curva característica:

Curva de Calefaccion

Curva de Calefaccion

Los valores típicos para el gradiente de la curva de calefacción son:

Gradiente Curvatura
Radiadores 1,6 1,33
Suelo Radiante 0,8 1,1

Optimización de los tiempos de arranque y parada

La optimización de los tiempos de arranque y parada tiene como objetivo calefactar única y exclusivamente para obtener la temperatura ambiente deseada (21ºC) durante el periodo de ocupación diario del centro, de modo que no haya ausencia del confort al inicio de la mañana y que se desperdicie calor al final de la tarde.

Optimizacion de los Tiempos de Arranque-Parada

Optimizacion de los Tiempos de Arranque-Parada

La optimización del tiempo de arranque va a lograr la temperatura requerida al inicio del período de servicio arrancando la calefacción a tiempo. La optimización del tiempo de parada apagará la calefacción antes del fin del servicio. En este caso, la temperatura ambiente requerida no debería caer por debajo de un valor límite definido.

Dedicaré una descripción técnica más detallada a este punto pero en términos generales, se basa en que dependiendo de la temperatura exterior (más frío o menos), la inercia del edificio y los grados de diferencia entre la consigna ambiente interior y la temperatura real es necesario un algoritmo que adapte el tiempo de arranque de forma variable. Lo mismo para el tiempo de parada. Además hay que tener en cuenta desviaciones de fines de semana y vacaciones que necesitan un tiempo de anticipación mayor. Si se hace de forma fija  (la calefacción se enciende a las 6:00 siempre, por ejemplo) se producen ineficiencias energéticas y los usuarios pasarán frío a primera hora de la mañana.

Para poder realizar esta optimización es necesario disponer del mayor número de puntos de temperatura ambiente interior posibles para poder realizar una media lo más fiable posible.

Control de la temperatura ambiente interior

Este es el fin último del sistema de calefacción. Como vimos en la entrada anterior en muchos centros no existe este control, o mejor dicho el control es uniforme para todo el edificio, lo cual es tremendamente ineficiente y disfuncional y se permite porque se trata de edificios antiguos para los cuales no aplica el RITE. Para poder realizar un control de la temperatura ambiente efectivo es necesario un control individualizado de cada una de las estancias. Una vez dicho esto, los sistema de control de zonas pueden ser tan sencillos o complejos como se deseen pero es preceptivo, y así lo indica el RITE, al menos un control termostático sobre los elementos terminales (radiadores típicamente) mediante actuadores termostáticos que funcionan de forma autónoma o válvulas de corte comandadas por un termostato de temperatura ambiente.

Actuador termostático

Actuador termostático

Un control más avanzado mediante un sistema inmótico permite importantes ahorros mediante termostatos programables que permitan establecer desde un Sistema de Gestión Central modos de funcionamiento en función de la ocupación (modo nocturno, modo reducido, modo confort) con referencias de temperatura distintas.

Control del caudal de bombeo

Una vez que tenemos un control de zonificación se hace necesario un control del caudal impulsado desde la central de generación. Esto es debido a que a medida que las estancias alcanzan la temperatura deseada las válvulas de corte cierran el paso por el correspondiente tramo de tubería. Si el caudal se mantiene constante la presión aumentaría con lo que se hace necesario que las bombas adapten el caudal impulsado para mantener una presión diferencial constante. Esta medida produce importantes ahorros.

Para realizar esto se pueden mantener las bombas actuales de caudal constante y añadir variadores de frecuencia externos, que adaptan la velocidad del motor de la bomba variando la frecuencia de la red eléctrica y un sensor de presión diferencial, o sustituir las bombas de caudal constante por bombas de última generación que llevan el variador de frecuencia y el sensor de presión integrados y que funcionan maravillosamente, obteniendo importante ahorros térmicos y eléctricos. Un análisis de este tipo de bombas será el objeto de la siguiente entrada.

Grundfos Magna

Calefacción Eficiente en Centros Educativos (I)

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Ahorros

El mes de noviembre marca el comienzo oficial de la temporada de calefacción en los centros educativos del territorio español, aunque dependiendo de la zona geográfica y la situación económica puede que dicho comienzo ya se haya adelantado o se retrase hasta más adentrado el invierno.

En primer lugar, con Centros Educativos nos referimos a Escuelas, Colegios e Institutos (públicos, concertados o privados). Vamos a dejar aparte las Escuelas y Facultades Universitarias por ser edificio de otro orden de magnitud y también las academias.

Ahorros

“Imagen cortesía de cooldesign/ FreeDigitalPhotos.net”.

En este tipo de edificios las malas prácticas en cuanto al uso de la calefacción son demasiado habituales y provocan en muchos casos falta de confort en el personal y los alumnos y grandes ineficiencias energéticas. En primer lugar, describiremos un tipo de funcionamiento ampliamente extendido (y, por tanto, no generalizado) de la calefacción de este tipo de centros y en la siguiente entrada vamos a plantear un modo radicalmente distinto de enfocar dicho funcionamiento que redunde en mejoras sustanciales de confort y la eficiencia energética.

Situación actual

Instalaciones de calefacción en Centros Educativos

En cuanto a las instalaciones es imposible generalizar, ya que depende en gran medida de la antigüedad de las mismas. Hasta ahora, lo más habitual era un sala de máquinas con calderas convencionales de gasóleo (las más antiguas) o gas natural (las menos antiguas) de la que parten varios circuitos de caudal fijo dependiendo de los pabellones o edificios que posea el centro. En muchos casos, el estado es tan precario que las tuberías ni siquiera disponen de aislamiento.

Los sistemas de regulación y control en muchos casos son obsoletos, sin registro de datos ni telegestión y toda la información del funcionamiento que se dispone es la que proporcionan los instrumentos de la sala (termómetros y manómetros), los pilotos luminosos del cuadro eléctrico, los contadores de combustible y las facturas, que suelen ser muy elevadas.

No es habitual que exista regulación por zonas (zonificación) de tal modo que se impulsa el fluido caloportador mediante bombeo desde la central de producción para todas las estancias sin discriminación de uso u ocupación y sin mantener ninguna temperatura de referencia. En algunos casos, como mucho, existe un circuito para la cara norte y otro para la cara sur con curvas de calefacción y por tanto, temperaturas de impulsión diferentes.

En los últimos años, los equipos de generación se han ido sustituyendo por otros de mayor eficiencia (calderas de gas natural de condensación o calderas de biomasa) junto con otras inversiones en cerramientos y sistemas de iluminación más eficientes. Pero, desde mi punto de vista, todos estos programas de renovación hacen mucho hincapié en la renovación de los sistemas y muy poco en el cambio de uso y, sobre todo, mentalidad de los usuarios en cuanto a la eficiencia energética. Por poner un ejemplo, de nada vale que me compre un coche híbrido altamente eficiente y de bajo consumo si mi tipo de conducción sigue siendo altamente ineficiente y no varía, dando bruscos acelerones y frenazos. Siempre obtendré un ahorro respecto mi anterior coche ineficiente pero no el óptimo.

El sistema que más inercia al cambio posee es el pensamiento convencional humano.

Human Brain

“Imagen cortesía de ddpavumba/ FreeDigitalPhotos.net”.

O como dijo el genio:

“Es más fácil desintegrar un átomo que un prejuicio.”

Funcionamiento actual

Este tipo de edificios tiene un uso que depende del calendario escolar, por tanto, es un uso discontinuo y sujeto a un horario preestablecido. Veamos cuál es este uso.

En primer lugar, está la determinación de cuándo es necesario iniciar el servicio de calefacción. Esa es una decisión que no debería depender de factores tan infundados y aleatorios como son una fecha determinada del calendario, la sensación térmica del conserje o del director del centro o de los profesores o las apreturas económicas del centro. Esto es especialmente acusado en períodos estacionales transitorios en primavera y otoño donde la variabilidad térmica es grande alternando días calurosos con otros en los que se pasa frío.

En segundo lugar, está la determinación de cuando hay que encender la calefacción diariamente que tampoco debería depender de los mismos factores subjetivos sino de factores objetivos y refutables solamente con estudios científicos. La tendencia habitual es encender la calefacción un par de horas o tres antes de que el edifico esté ocupado y calentar durante el período de servicio del centro por la sensación de tienen los usuarios que cuando los radiadores están encendidos el edificio está adecuadamente climatizado. Sin embargo, esto origina grandes ineficiencias:

  • Se suele infracalentar el edificio al inicio de la jornada y se suele desperdiciar calor al final del día por las inercias de los edificios.
  • Después de fines de semana y periodos vacacionales la temperatura suele ser muy baja al inicio del día, siendo la sensación térmica muy desagradable. Todos lo hemos sufrido.
  • Algunas estancias se quedan muy frías y otras se sobrecalientan. Es entonces cuando se empiezan a empañar los cristales y los alumnos optan por abrir las ventanas con el consiguiente desperdicio energético y enfermedades de las vías respiratorias.
  • El confort de los alumnos que están cerca del radiador suele ser muy malo. No puedo demostrarlo, pero seguro que si hacemos memoria de nuestra etapa escolar recordamos esa sensación de embotamiento mental que produce la calefacción por radiadores y que repercute en el rendimiento y la frescura mental para la asimilación de conceptos.

La Eficiencia Energética no sólo es ahorro energético, también es mejora de las condiciones de confort y revalorización del edificio.

@effiautomation

@effiautomation

La finalidad de un sistema de calefacción en centros educativos debe ser la adaptación de las condiciones térmicas del edificio que maximicen el bienestar y el rendimiento de sus usuarios: alumnos y profesores.

En la siguiente entrada plantearemos posibles soluciones o propuestas de cambio respecto a las instalaciones y el funcionamiento actual.

Eficiencia Energética y Automatización

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Control

Los humanos somos los seres más racionales que habitan el planeta Tierra (con excepciones, permítanme la licencia). Nuestro cerebro es un sistema de procesamiento de la información que puede formular razonamientos complejos y complicados en un proceso continuo de aprendizaje. Los progresos tecnológicos que ha logrado la humanidad a lo largo de su evolución así lo constatan.

Pero, sin embargo, cometemos errores en tareas rutinarias simples como por ejemplo dejar luces encendidas cuando no es necesario, no respetar señales de tráfico, dejar abierto el grifo o aportar calefacción cuando no es necesario. Nuestro cerebro no está preparado para las tareas rutinarias sencillas. Esto es especialmente acusado en personas muy inteligentes que son exageradamente despistadas.

La automatización y los sistemas de control permiten solventar estas tareas repetitivas que los seres humanos no realizamos bien porque somos ineficientes haciéndolas y porque nos aburren. La automatización aumenta la productividad y permite que las personas puedan dedicarse a otras tareas menos rutinarias para las que su cerebro está más adaptado como son el análisis de datos y la toma de decisiones.

Control

“Imagen cortesía de arztsamui / FreeDigitalPhotos.net”.

Sin embargo, la tendencia habitual de la sabiduría convencional es pensar que las máquinas, autómatas y robots harán un mundo deshumanizado. A veces la literatura de divulgación científica y el cine han contribuido a extender este mito alimentando el miedo a que un día las máquinas sean capaces de replicarse a sí mismas y dominar el mundo.

Otras veces, la automatización ha sido denostada, acusándola de producir desempleo y desequilibrios laborales y sociales. Sin embargo, sin pretender hacer filosofía de la tecnología ni posicionamientos políticos, los países con un grado más alto de automatización son los que poseen un más alto nivel de vida, menor desempleo y mayor Indice de Desarrollo Humano.

Por otra parte, este creciente desarrollo tecnológico que ha alcanzado la humanidad en algunas partes del mundo ha traído como contrapartida la contaminación de la atmósfera, del agua de los ríos y de los océanos, la destrucción de los ecosistemas, la extinción de las especies vegetales y animales, la deforestación y toda una serie de problemas ambientales en el medio natural que son bien conocidos y que tienen un efecto global a escala planetaria como es el calentamiento global producido por los gases de efecto invernadero. Ello hace que sea necesario y urgente una reducción de las emisiones de dichos gases mediante la sustitución de las tecnologías de producción energética sucias por tecnologías renovables y limpias y una reducción del consumo energético mediante el ahorro y la eficiencia energética.

World in your hand

“Imagen cortesía de Danilo Rizzuti / FreeDigitalPhotos.net”.

Sin pretender obviar estas objeciones, en este blog vamos a tratar de aportar una mirada positiva y constructiva a la contribución de la automatización al ahorro y la eficiencia energética.

La automatización y los sistemas de control y gestión permiten diagnosticar, analizar y eliminar gran parte de las ineficiencias producidas por el mal diseño, uso o mantenimiento de las instalaciones y sistemas permitiendo unos ahorros importantes en el consumo de energía y mejorando el comfort de los usuarios.

Mediante casos de estudio reales, consejos y trucos, estados del arte de las tecnologías, comparativas y otros artículos técnicos trataremos de aportar nuestro granito de arena a la divulgación de la contribución de las tecnologías de la información y las comunicaciones, la automatización y los sistemas de control a la eficiencia energética.

People Standing

“Imagen cortesía de jscreationzs / FreeDigitalPhotos.net”.

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