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Quien tiene un contador térmico tiene un tesoro (capítulo 1)

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La descarga de los datos históricos de la curva de demanda de un contador eléctrico de compañía mediante la lectura presencial a través del puerto serie u óptico de comunicaciones o mediante la telellamada al módem de compañía comercializadora se ha convertido en un procedimiento habitual a la hora de realizar una auditoria rápida y sencilla de una instalación eléctrica. Mediante este procedimiento nos podemos descargar la curva de demanda horaria y cuartohoraria de los datos históricos (tanto de activa como de reactiva) y de este modo poder realizar un análisis del maxímetro, la energía reactiva y los consumos pasivos nocturnos entre otros. Se trata de un procedimiento sencillo y barato que permite detectar ineficiencias para poder obtener importantes ahorros económicos e incluso energéticos.

Lectura presencial de contadores

Imagen cortesía de Energy Minus+.

Sin embargo, esto no es un procedimiento habitual en las instalaciones térmicas de la edificación aun existiendo los medios para hacerlo. En este artículo te vamos a contar cómo descargarte la curva de demanda de tu instalación térmica.

A partir del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) del 2003 se recomienda la contabilización de consumos en todas las instalaciones térmicas de potencia superior a 70 kW, con el fin de poder realizar el seguimiento de la eficiencia energética de las mismas.

Por tanto, gran parte de las instalaciones térmicas de los últimos 12 años disponen de un contador térmico en la mayoría de los casos terriblemente infrautilizado. Visito muchas instalaciones térmicas y es algo habitual ver al personal de mantenimiento apuntando !!diariamente!! los datos de energía térmica del contador, lo cual me hace contener la necesidad de llevarme las manos a la cabeza.

¡Pero si podéis descargaros los datos de los últimos tres años!

Y lo que es peor, la contabilización de consumos no se aplica rigurosamente y los ratios de eficiencia energética no se calculan y por tanto, se desconoce la eficiencia energética de las instalaciones térmicas.

Si tu instalación es anterior al RITE 2003 y no posee contador térmico fijo y quieres conocer la eficiencia energética de tu instalación te recomiendo alquilar uno no invasivo con caudalímetro por ultrasonidos.

Pero vayamos al grano: ¿cómo descargarnos los datos históricos de un contador térmico? El procedimiento no es aplicable a todas las marcas ya que se cada fabricante almacena o no los datos históricos y el formato no es estándar para todos. Os voy a explicar cómo hacerlo en una de las marcas más extendidas y habituales, Kamstrup.

Necesitarás dos herramientas:

  • Una herramienta hardware: una sonda óptica IEC102. Puedes comprarla aquí. No tienes que comprarlo si ya dispones de uno para los contadores eléctricos ni tampoco el del fabricante Kamstrup que es más caro. A continuación has de instalar los drivers del lectór óptico que vienen en un CD.
  • Y una herramienta software: el software Logview del fabricante Kamstrup. Puedes descargártelo aquí previo registro. Es una herramienta sólo para Windows y la guía de instalación la tienes aquí.

Una vez tengas todo instalado en tu PC portátil ya puedes ir a la instalación y descargárte los datos históricos del contador térmico.

Kamstrup Log View

A continuación insertas la sonda óptica en la ranura USB y la sitúas sobre el emisor de pulsos óptico del contador térmico. La sonda dispone de un imán y el contador también pero no hacen muy buena conexión, así que puede que te cueste un poco situarlos. La lectura de datos a través del puerto óptico es bastante lenta así que te va a hacer falta un poco de paciencia.

Ejecutamos la aplicación LogView HCW y aparece la pantalla inicial.

LogView HCW

El botón Settings te permite acceder a la configuración del puerto serie (COM-port settings).

LogView Settings

LogView COM port settings

Una vez seleccionado el puerto serie correcto pulsando en Meter y luego en Connect se inicia la comunicación con el contador térmico. Si todo es correcto, después de una pantalla inicial en que se nos presenta el modelo, en este caso el Multical 602, podemos acceder al menú de opciones del registro de datos.

Las unidades eléctronicas Kamstrup Multical 602 (también llamadas integradores o calculadores térmicos) poseen una serie de registros horarios, diarios, mensuales y anuales. Si pulsamos la opción Hourly Log podemos descargarnos los datos horarios de los últimos dos meses. En instalaciones térmicas no es necesaria una resolución cuartohoraria, incluso es no deseable porque solamente introduce ruido. Los datos incluyen las energías, potencia, temperaturas, volumen, caudales. La energía puede ser de calor o de frío o incluso ambas dependiendo del tipo de aplicación.

LogView Hourly Log

Pulsando la opción Graph podemos graficar las tendencias pero la herramienta no es realmente buena en esto y no te será de mucha utilidad.

LogView Graph

Realmente lo más útil desde la tabla de datos es la opción de exportación a archivos de Excel. Pulsando la opción Export to Excel nos permite generar un archivo de datos Excel.

LogView Export to Excel

Si hacemos el mismo proceso con los datos diarios, mensuales y anuales al final tendremos cuatro ficheros de datos con todos los históricos.

Y para no hacer muy extenso el artículo vamos a concluir esta primera parte. En próximas publicaciones decribiremos cómo analizar los datos incorporándolos a dos plataformas Software de Gestión Energética (Energy Minus+ y Dexcell Energy Manager).

¿Qué te ha parecido? ¿Conocias este procedimiento? ¿Lo has usado? Agradezco de antemano vuestros comentarios.

10 Soluciones de Control Inteligente por Zonas de Calefacción

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Con la llegada de los rigores del invierno, quizá se te haya pasado por la cabeza instalar un sistema de control de calefacción que te permita regular la temperatura por estancia. Es lo que se conoce como control de zonificación. Y permite obtener grandes ahorros con unas inversiones fácilmente amortizables. Estos sistemas se encuentran poco implantados en nuestro país. Muchos edificios (colegios, residencias de ancianos, universidades, hospitales, etc…) no poseen un control de este tipo. Muchas viviendas con calefacción individual tienen solamente un termostato en el salón y la temperatura se controla uniformemente para toda la casa y las que tienen calefacción central ni siquiera tienen control termostático. Aunque esto va a cambiar próximamente pues será de obligado cumplimiento.

Normalmente este control de zonificación, en instalaciones de calefacción con radiadores se realiza mediante válvulas de control termostático. Las hay de muchos tipos de tecnologías, prestaciones y precios. Tienes un artículo extenso y muy prolijo en el blog del compañero Paulino Rivas, Instalaciones y Eficiencia Energética.

En realidad tienes varias opciones:

  • Cabezales termostáticos todo/nada. No necesitan alimentación eléctrica, funcionan mediante un principio mecánico. La temperatura de referencia se establece mediante un mando manual.
  • Cabezales termoeléctricos todo/nada o modulantes. Necesitan alimentación eléctrica. Se controlan mediante un actuador que forma parte de un sistema de control y se programan mediante un controlador PI o todo/nada con histéresis.
  • Cabezales termoelectrónicos modulantes. Generalmente van alimentados con pilas e incorporan en la electrónica el control de la temperatura. Tienen un mando manual y un termostato remoto para una mejor medición de la temperatura y una programación de horarios y niveles de confort.

Estos son los ahorros teóricos que especifica un fabricante de todos los tipos anteriores:

Ahorros Danfoss

Simplemente me voy a limitar a darte una serie de consejos que debes considerar a la hora de elegir el sistema más adecuado para tus necesidades y presentarte algunas opciones que me han parecido interesantes.

Algunos consejos

  • Las válvulas termostáticas son económicas y permiten ciertos ahorros importantes pero no se pueden programar. Si quieres ahorros mayores deberás optar por soluciones programables en tiempo y niveles de confort. Pero si tienes un cronotermostato programable en el salón, quizá sea la mejor opción si quieres algo sencillo y eficiente sin mantenimiento ni complicaciones. Sin embargo, en edificios públicos o de oficinas con horarios laborales y muchas estancias vacías son menos recomendables.
  • Si tu aplicación no es una vivienda considera una solución estándar basada en un protocolo cableado KNX o inalámbrico KNX RF, EnOcean, Z-Wave o Zigbee. Las soluciones propietarias hacen que dependas de un fabricante y esto en una vivienda no es un gran problema pero en un edificio de cierta envergadura quizá sí.
  • Considera los costes mediambientales y de mantenimiento de las pilas. Si tu aplicación tiene un número grande de puntos de control (edificio no residencial) considera una solución no basada en pilas, pues tendrás que cambiarlas cada dos años como mínimo. Una solución cableada es lo más normal en edificios de nueva construcción o reformas integrales y en edificios en funcionamiento se puede considerar una solución inalámbrica con cableado de fuerza local.
  • Si tus radiadores no permiten trabajar a baja temperatura (radiadores antiguos de hierro fundido) no elijas una solución modulante, mejor una todo/nada pues el método de control modulante no será efectivo.
  • Si necesitas una solución para tu vivienda puedes optar por una solución sencilla e intentar instalarlo tú mismo si se te da bien el bricolage o que te lo haga un profesional.
  • Si necesitas una solución para un edificio mayor contacta con un integrador o empresa especializada en domótica que estudie tu caso y te de la mejor solución adaptada a tus necesidades. Podemos ayudarte.

Algunas soluciones interesantes e innovadoras

4uControl

Comercializa en España y Portugal con marca propia la solución del fabricante alemán eq-3. Es un sistema totalmente inalámbrico alimentado por pilas y controlado remotamente desde un servidor Web y mediante Apps para smartphones y tablets.

Tiene una relación calidad-precio excelente y puede ser una solución ideal para viviendas. Por contra, la duración estimada de las baterías es de 2 años. En proyectos en viviendas esto no representa un problema y menos con pilas recargables pero en proyectos grandes puede ser un aspecto negativo medioambiental y de mantenimiento.

Danfoss living eco®

Basado en el estándar inalámbrico Z-Wave es la solución de este fabricante danés de reconocido prestigio. Esto y su buen diseño (son bastante compactos) son su mejor aval. Por contra, los precios son altos  y el dispositivo de programación remoto es un poco arcaico. No se pueden programar remotamente.

Heat Genius

En parte se basa en el sistema Danfoss living eco® con el estándar Z-Wave supliendo sus carencias en cuanto a control desde dispositivos móviles, autoaprendizaje, sensores de movimiento, control de la caldera. Está enfocado por el momento al mercado británico.

HeatSave™

Otro sistema orientado el mercado británico. Está basado en Zigbee. El mayor inconveniente que le veo es que la programación hay que hacerla desde un PC con un accesorio USB aunque parece que están dando el salto a las Apps para smartphones y tablets. El tamaño de los cabezales es muy grande, sobre todo, muy largo y en posición horizontal pueden sobresalir demasiado. Necesitan pilas.

Honeywell homexpert evohome

La solución inteligente de esta multinacional líder del sector. Completa, con regulador central, con control desde dispositivos móviles, con una regulación inteligente (con optimización de arranque y parada, con autoaprendizaje de comportamientos), con kits específicos para cada tipo de aplicación (radiadores, suelo radiante,…). No hay muchas pegas que poner, acaso que necesita pilas y que su precio es superior a otras soluciones similares. Una solución buena si solo quieres eso, regulación inteligente de zonas de calefacción para tu hogar.

Kieback&Peter en:key

Una solución muy interesante la de este fabricante alemán basada en el estándar inalámbrico EnOcean. Tiene muchos aspectos destacables, el mayor de todos es que son equipos autoalimentados, no necesitan pilas. Se compone de dos equipos únicamente:

  • Un termostato autoalimentado mediante células fotovoltaicas. Dispone además de un sensor de presencia que activa la calefacción a niveles de comfort cuando detecta presencia. Además dispone de algoritmos de autoaprendizaje.
  • Una válvula de control autoalimentada que optiene la energía de la diferencia de temperatura del radiador y del aire. ¿Magia?. No, señores, tecnología alemana, la combinación de metales a diferentes temperaturas produce la energía eléctrica suficiente para los 3V que necesita.

El aspecto más negativo, el precio, es excesivamente elevado y no apto para todos los entornos domésticos. En edificios mayores es una opción muy interesante si se combina con Loxone, o Wago, por ejemplo, mediante EnOcean.

Loxone

Sin duda la solución más adecuada si lo que quieres es no solo un control de calefacción sino extender el control a toda tu vivienda o edificio. Puedes aprovechar la ocasión y tener tu vivienda bajo control. Las soluciones de automatización de Loxone cubren un amplio rango de funcionalidades entre las cuales está el control inteligente del clima.

Se basan en el controlador Miniserver ya sea en su versión cableada o en su versión inalámbrica, Miniserver Go!. En el caso de las reformas hemos de optar por el Miniserver Go! o por podemos optar por el Miniserver con una extensión inalambŕica EnOcean o Loxone Air. Con EnOcean poseen válvulas con pilas y con la tecnología Air podemos optar por un Smart Socket Air y una válvula termoeléctrica o una Válvula Air.

He probado mucho estos equipos y puedo asegurar que son una maravilla. Una relación calidad-precio excelente y una experiencia de usuario inigualable.

Salus Controls

Un sistema completísimo, realmente sorprendente en cuanto a la variedad y con un diseño realmente notable. Poseen sistemas basados en Zigbee, WiFi y Z-Wave. Por contra, las válvulas termostáticas de radiador programables que poseen no están integradas con los sistemas inalámbricos. Sí posee soluciones muy buenas para suelo radiante basadas en Zigbee. Pertenecen a un grupo internacional con sede en Hong Kong pero no están introducidos en el mercado español.

Siemens Synco living

Una solución completa en el mercado desde hace años, basada en el estándar KNX RF de un fabricante de renombre mundial. Los mayores inconvenientes son seguramente el precio y que no poseen control remoto desde dispositivos móviles.

Thermokon EasySens

Sin duda alguna el fabricante de referencia de EnOcean y el mayor contribuidor al estándar, con múltiples termostatos autoalimentados, controladores y sondas de temperatura de varios tipos. Un fabricante imprescindible si quieres una instalación EnOcean en la que combinen equipos de varios fabricantes o necesitas pasarelas a otros buses de comunicación (KNX, Lonworks o Modbus). Pero necesitarás un integrador de sistemas que te deje la instalación operativa. No es una solución conectar y listo y no dispone de sistemas de control remoto.  Son equipos de alta calidad y precio.

alphaEOS

Y uno de regalo,, no me he resistido porque tiene una pinta excelente. Otro sistema basado en EnOcean que prioriza el diseño. Alto de gama.

Seguramente me habré dejado alguno en el tintero (Eltako, PEHA, OPUS greenNet, tado) , y están surgiendo otras propuestas interesantes como iEXERGY.

Por último, ¿si yo tuviera que elegir?

  • Para una vivienda:
    • Si soy un apasionado de la tecnología la solución de 4uControl con pilas recargables o Loxone con el Miniserver Go! si quiero una Smart Home.
    • Si no quiero complicaciones o tengo un cronotermostato programable en el salón, válvulas termostáticas tradicionales, por ejemplo las de TA Hydronics (Tour Anderson).
  • Para la rehabilitación de un edificio:
    • Una solución basada en el Miniserver de Loxone que incluya el control de la sala de calderas y bombas con variadores de frecuencia y con zonificación EnOcean y la combinación de la solución de Kieback&Peter o Thermokon.

Espero que haya sido útil, ahora podrás elegir una mejor solución desde el conocimiento. Agradezco vuestros comentarios y experiencias de usuarios.

Primeras instalaciones monitorizadas con PilotE² EcoSystem

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El pasado mes de abril fue el del lanzamiento de PilotE² EcoSystem, el Sistema de Análisis de la Eficiencia Energética de Instalaciones Térmicas creado por effiautomation. Y qué mejor escenario para hacerlo que en las hermosas tierras cántabras, con el verde de la vegetación y el azul del mar como telón de fondo.

Cantabria Santoña Berria 01 lou.JPG
«Cantabria Santoña Berria 01 lou» por Nicolás Pérez – Trabajo propio. Disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

En concreto, se han monitorizado las instalaciones térmicas de dos edificios: el Colegio Público CEIP María Sanz de Sautuola para el cliente Soningeo Servicios Energéticos y la Piscina Municipal de Renedo de Piélagos para el cliente TEICAN.

La monitorización del CEIP María Sanz de Sautuola se inscribe dentro de la primera fase del Plan de Eficiencia Energética del Ayuntamiento de Santander que consiste en la realización de auditorías energéticas de 72 edificios (entre ellos 33 colegios públicos) y 22.000 puntos de luz municipales.

Se ha instalado el sistema PilotE² EcoSystem en la sala de calderas del colegio, compuesto por:

  • Unidad central PilotE² Portable
  • Dos contadores térmicos con caudalímetro ultrasónico no invasivo PilotE² Heatmeter
  • Sondas de temperatura de contacto
  • Totalizador de volumen de gas con emisor de impulsos

La monitorización de la Piscina Municipal de Renedo de Piélagos ha consistido en la instalación del sistema PilotE² Portable en la sala de calderas de la piscina durante una semana:

  • Unidad central PilotE² Portable
  • Un contador térmico con caudalímetro ultrasónico no invasivo PilotE² Heatmeter
  • Sondas de temperatura de inmersión con display y sondas de contacto
  • Totalizador de volumen de gas con emisor de impulsos
  • Detectores de estado de pilotos luminosos

De este modo se ha obtenido un vídeo de la instalación con acceso en tiempo real mediante comunicaciones 3G en el que se han podido ver entre otras:

  • Caudales, temperaturas y potencias de trabajo
  • Porcentaje de energía que consumen cada uno de los circuitos
  • Rendimiento Estacional aproximado, teniendo en cuenta que solamente ha sido una semana
  • Número de arranques diarios de los generadores
  • Horarios de funcionamiento
  • Anomalías de funcionamiento

effiautomation está al servicio de la eficiencia energética para proporcionar soluciones de monitorización de instalaciones térmicas.

El sueño de Sara, la auditora energética

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Otra tarde en la oficina, otra tarde más de monotonía. Otra jornada más analizando datos en interminables hojas de cálculo y realizando informes de ingeniería y contabilidad energética creativas. Aquel trabajo con el que un día soñó con tanta ilusión al terminar Ingeniería Industrial con especialización en Técnicas Energéticas ha empezado a decepcionarle un poco. Piensa que las cosas podrían hacerse de otra forma.

Y sin darse cuenta, mirando a la ventana en esta fría tarde de Febrero, su cabeza se evade. Se imagina vestida con una bata blanca en una nueva profesión, doctora de instalaciones energéticas. Su nueva profesión es diagnosticar y curar las enfermedades de las instalaciones energéticas, las ineficiencias energéticas.

Hoy Sara tiene un nuevo paciente: las instalaciones energéticas de una comunidad de propietarios de viviendas. Los síntomas de su enfermedad: unas facturas de electricidad y combustible muy elevadas. Probablemente el paciente ha arrastrado esta enfermedad durante años pero recientemente el problema se ha agravado y el administrador y el presidente de la comunidad empiezan a cuestionarse seriamente si aumentar la cuota mensual de los vecinos. Así que Sara realiza una primera visita al paciente y solicita su historial. Todo lo que recibe es una información más bien escasa compuesta por los planos, el inventario de equipos y potencias nominales, las facturas de combustible, las de la empresa de mantenimiento, las mediciones de las inspecciones periódicas y poco más. Una vez revisada esta información realiza una primera exploración visual para validar esta información: horarios, usos y costumbres, funcionamiento general. Ya tiene una idea más clara de los males que afectan al paciente (malos aislamientos, deficiencias en el sistema de regulación y control, malos usos, potencias inadecuadas,…) pero ahora necesita verificar sus hipótesis mediante mediciones objetivas.

Para verificar la instalación eléctrica Sara emplea su analizador de redes eléctricas portátil de un solo canal. No necesita más puesto que es una instalación que alimenta solamente el alumbrado y el ascensor. En poco tiempo puede detectar el exceso de potencia contratada, las penalizaciones por reactiva y otras patologías energéticas eléctricas que son fácilmente solventables.

Pero por lo que parece a primera vista, en esta instalación las mayores ineficiencias se presentan en la sala de calderas. Es una instalación de calefacción centralizada sin control de temperatura por vivienda ni contabilización individualizada de consumos. Así que decide comenzar a medir.

20140331 - PilotE2 - 020

Sara está muy ilusionada con el nuevo equipamiento de medida que va a emplear. Ha decidido alquilar durante un par de semanas un sistema de análisis de la eficiencia energética de instalaciones térmicas totalmente novedoso.

20140331 - PilotE2 - 009

Es un sistema portátil que se compone de una unidad central que adquiere las magnitudes energéticas de instrumentos no invasivos, las registra en una memoria interna y permite acceder a toda la información desde Internet de dos modos: mediante un SCADA Web integrado en la propia unidad para monitorizar al paciente en tiempo real y mediante un Software de Gestión Energética para analizar toda la información mediante gráficas e informes.

Sara enchufa la unidad central a la red eléctrica de la sala y enciende el equipo. Es un equipo con un diseño industrial, portátil y robusto alojado en una maleta estanca. Puede dejarlo en cualquier lugar sin problemas. Es un equipo conectado, que posee servidor Web y comunicaciones 3G, eso que hoy en día llaman la Internet de las cosas.

Unidad central

La instrumentación no invasiva le permite medir las magnitudes energéticas sin tener que interrumpir la operación de la planta. Sara instala los sensores de temperatura. Son sensores con pantalla digital retroiluminada, lo cual le permite sustituir temporalmente los termómetros bimetálicos de la sala, que son obligatorios según la normativa. Los inserta en los termopozos y los conecta a la unidad central mediante conectores industriales circulares. Inmediatamente comienzan a medir y registrar valores.

Sonda de temperatura de inmersión con pantalla LCD

Sonda de temperatura de inmersión con pantalla LCD

Seguidamente, Sara instala unos detectores de encendido de los pilotos luminosos del cuadro eléctrico de la sala. Esto le permite detectar el funcionamiento de las bombas, los quemadores y demás organos vitales del paciente. Son unos detectores fotoeléctricos que mediante unos imanes se acoplan al armario metálico. Los conecta a la unidad central y en el acto comienza a registrar el funcionamiento de los equipos.

Detector de estado de pilotos luminosos

Detector de estado de pilotos luminosos

A continuación, Sara instala dos contadores térmicos no invasivos con caudalímetro ultrasónico. Funcionan con sensores por ultrasonidos que detectan el caudal. Uno en el circuito primario de la caldera y otro en el circuito de ACS. De este modo puede discriminar entre los consumos de calefacción y los de ACS. Estos dos contadores se conectan mediante un bus de comunicaciones con la unidad central y reportan todos los datos de caudal, energía, potencia y temperatura. Ya no tiene que estar más extrayendo datos manualmente.

Contador térmico con caudalímetro ultrasónico no invasivo

Contador térmico con caudalímetro ultrasónico no invasivo

Después, instala un sistema no invasivo de contabilización de consumo de gas. Se compone de un emisor de impulsos en el contador de gas de la compañía y un contador de pulsos que cuenta el volumen de gas consumido. La unidad central adquiere y registra todos estos datos.

Por último, instala un analizador de redes eléctricas en el cuadro eléctrico. Este analizador es también portátil pero además de tener una memoria interna para su uso aislado también posee comunicaciones con la unidad central, con lo cual ésta registra todos los parámetros de la red eléctrica de la sala de calderas.

Todo esto lo ha realizado en una mañana de trabajo, sin depender de instaladores. Ya tiene monitorizado el paciente y puede acceder a esa monitorización a través de Internet mediante cualquier dispositivo conectado (su tablet, PC y teléfono inteligente), para ver el funcionamiento en tiempo real.

SCADA PilotE²

Pero además para diagnosticar y analizar al paciente Sara tiene conectada su instalación a un potente Software de Gestión Energética que le permite analizar rendimientos y ratios de eficiencia energética, informes rápidos predefinidos y otras muchas funcionalidades.

Energy Manager

Sara ya no tiene como antes una foto fija de la instalación térmica sobre la que conjeturar proyecciones subjetivas extrapolando y estimando patrones de uso. Ahora tiene un vídeo fiable del paciente, ajustado a la realidad objetiva. Ahora puede emplear su tiempo en analizar y diagnosticar y no en extraer datos y volcarlos en tediosas hojas de cálculo.

Y mientras Sara soñaba con todo esto, absorta, mirando al infinito, Andrés, que pasaba por allí, la interrumpe de improviso:

– Sara, no te distraigas, que tenemos mucho trabajo por hacer. Seamos productivos.

Y en ese instante Sara se despierta de su sueño. Fue bonito mientras duró. Debe continuar su ardua tarea de análisis de hojas de cálculos e informes. Y piensa para sus adentros:

– En eso estaba pensando yo, Andrés, en ser más productivos.

Pero ahora, por fin, el sueño de Sara se hace realidad.

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.

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

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