Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Javier Saiz, Director General, 4U Control
Resumen
El objeto de este documento es describir las posibilidades de ahorro y confort que ofrecen los cabezales electrónicos para radiador en un sistema de calefacción gestionado con un software de control para edificios de uso terciario (colegios, residencias, hoteles, etc.). Serán necesario cabezales electrónicos radiofrecuencia que se comuniquen con gateways que transmitan la información a un ordenador, en el cual deberá tener instalado un software de control para configurar, controlar y monitorizar su funcionamiento, tanto en local como en remoto. Se eliminarán los diversos factores exógenos que afectan al consumo en calefacción y nos centraremos en los ahorros generados por la reducción del flujo de agua en el radiador para conseguir la temperatura deseada en la estancia para cada momento del día. Cada estancia tendrá una tabla de horarios de funcionamiento con la temperatura deseada y consiguiendo un porcentaje de ahorro respecto a una situación previa sin regulación o control.
Introducción
En este documento se presentan soluciones de ahorro y eficiencia energética para calefacción. La calefacción representa el gasto energético más alto de cualquier vivienda, suponiendo el 47% del consumo energético en un hogar en España y superando el 55% en el caso de viviendas unifamiliares. El aumento del precio de los combustibles como demuestra la siguiente tabla.
El ahorro se consigue zonificando las estancias, calentando cada habitación de manera eficiente con la temperatura deseada y durante el tiempo seleccionado.
Para poder zonificar en un sistema de calefacción mediante radiadores de agua debemos poder actuar sobre los mismos de manera precisa, automática y programada. Disponer de válvulas termostatizables y cabezal electrónico será la manera de poder hacerlo.
Descripción
Las válvulas termostatizables se utilizan para regular el fluido de agua en los radiadores. Además de abrir y cerrar los radiadores, permiten regularlos proporcionalmente. Se suelen denominar válvulas termostáticas cuando llevan montadas un cabezal termostático. Las válvulas termostatizables también permiten tener montados otros cabezales como electrónicos, electrotérmicos o manuales.
Los cabezales termostáticos son obligatorios en muchos países porque permiten regular la temperatura individualmente, consiguiendo un mayor confort y un notable ahorro de energía. El RITE establece que es obligatorio colocar válvulas termostáticas en todos los radiadores situados en los locales de la vivienda, exceptuando locales como aseos, cuartos de baño, cocinas, vestíbulos y pasillos, aunque para conseguir un mayor ahorro es recomendable instalar cabezales termostáticos en el mayor número de radiadores posibles.
Los cabezales termostáticos regulan la temperatura de la sala a través de un sensor con un elemento sensible (líquido), cuyo volumen varía en función de la temperatura ambiente. La variación del volumen afecta al desplazamiento del movimiento del mecanismo interno, provocando el cierre o apertura de la válvula y, por tanto, modula el caudal de agua caliente que entra en el radiador. Los cabezales termostáticos solo pueden ser montados en válvulas termostatizables.
Las válvulas manuales son las llaves tradicionales que simplemente cierran el paso de agua en el radiador y no permiten regulación automática. Suelen diferenciarse porque llevan un tornillo en mitad del mando. No admiten que se les coloque un cabezal termostático o electrónico. Estas válvulas pueden ser sustituidas por válvulas termostatizables de una manera sencilla para poder instalar cabezales electrónicos.
Los cabezales electrónicos llevan un motor eléctrico alimentado con baterías que presionan sobre el la válvula termostatizable y regulan la entrada de agua caliente en función de la temperatura demandada por el usuario para la estancia. El cabezal electrónico lleva incorporado una sonda de temperatura para permitirle discriminar el rango de apertura que tiene que indicar a la válvula para conseguir la temperatura demandada.
Dentro de los cabezales electrónicos inalámbricos que funcionan con pilas, se pueden diferenciar dos grandes grupos:
- los independientes que no tienen comunicación con ningún otro dispositivo
- los que se comunican mediante algún protocolo radiofrecuencia.
Cabezal electrónico RF
El cabezal electrónico radiofrecuencia (RF) para radiador regula el caudal de agua que circula por el radiador y se comunica inalámbrica mediante radiofrecuencia con otros dispositivos. La comunicación bidireccional permite asegurar la información entre receptor y emisor y al mismo tiempo actualización de estados desde cualquiera de ambos puntos.
Nos centraremos en los dispositivos que puedan comunicarse entre ellos y que se enlazan con un gateway de comunicación para permitir el control centralizado desde un punto de control o en remoto de todos los dispositivos.
El cabezal electrónico lleva incorporado una sonda de temperatura y en función de la temperatura demandada y de la temperatura actual de la estancia, regula la apertura o cierre de la válvula. Su manejo puede ser manual o automático, con programaciones horarias a lo largo de cada día de la semana o mediante la selección de una temperatura deseada durante un determinado periodo de tiempo.
Permite temperaturas preconfiguradas, limitación de la temperatura máxima de la estancia y ajuste y selección de la temperatura deseada manualmente.
La comunicación con el gateway permite enlazar dispositivos adicionales que aumentan las prestaciones de ahorro del cabezal electrónico, como contactos de ventana o cronotermostato RF de zona.
Sistema de Control Central
Para el control de una instalación con cabezales electrónicos de manera centralizada desde un punto de control local o en remoto, se necesita que los cabezales se comuniquen con los gateways y estos estén dentro de una red de comunicación para transmitir la información a un ordenador.
En nuestro caso, la comunicación es vía radiofrecuencia y se necesita un ordenador que tenga instalado un software de control para configurar, controlar y monitorizar el funcionamiento de los cabezales. Adicionalmente la supervisión y gestión se pueden realizar en remoto a través de conexión a internet. Los ahorros se consiguen por una reducción del flujo de agua a calentar, por un mantenimiento más equilibrado de temperatura del agua en el circuito pero sobre todo por la adecuación de la temperatura que se desea en cada estancia a lo largo del día. Para esto es necesaria una programación horaria ajustada a cada zona y consiguiendo una mayor optimización del ahorro cuanto más precisa sea. El software debe permitir una fácil reprogramación horaria de cada zona.
Igualmente se debe poder ajustar de manera centralizada las temperaturas de zonas de manera agrupada.
La personalización de la configuración de cada zona se puede llevar al detalle máximo de ajuste, es decir, a cada radiador en concreto de la instalación.
Ahorros Obtenidos por Programaciones Horarias Ajustadas
Las dificultades para eliminar factores exógenos que afectan al consumo en calefacción de un edificio, con independencia de su zona climática, hacen que nos centremos exclusivamente en los ahorros generados simplemente por una reducción del flujo de agua en el radiador para conseguir una temperatura en la estancia ajustada a lo deseado por el administrador del sistema.
Gracias a la sonda de temperatura del cabezal electrónico se puede ajustar la temperatura y delimitarla para no calentar o no calentar de más, una estancia.
Para el estudio se tiene en cuenta el número de radiadores a controlar, aplicándoles un factor de corrección en función de los elementos del radiador y por tanto ajustando a un tamaño teórico estándar de radiador que refleje correctamente su influencia en el ahorro conseguido. Para cada proyecto habrá que calcular, si no se tienen datos históricos, el número de días de calefacción y el tiempo medio diario de uso de la calefacción.
Para cada estancia se realiza una tabla de horarios de funcionamiento de la calefacción, con la temperatura deseada. Optimizando la temperatura deseada se consigue un porcentaje de ahorro respecto a la estancia en una situación previa sin ningún tipo de regulador de temperatura sobre el funcionamiento del radiador.
Los ahorros conseguidos en cada zona serán ponderados en función del número de radiadores. El ahorro total será respecto al coste anual en combustible para calefacción, siempre y cuando tengamos en cuenta los días de consumo y tiempo de uso diario. Al no disponer de datos previos, la temperatura exterior será considerada como una media para todos los días de calefacción del año y no se tendrá en cuenta individualmente para cada día.
Si no contamos con contadores, tendremos un coste medio por día de calefacción, repartiendo el coste de calefacción entre los días de funcionamiento, que comparativamente con el coste que tenía el edificio antes de implantar este sistema de cabezales electrónicos nos permitirá determinar los ahorros económicos conseguidos.
Para medir correctamente una instalación, consideramos que deberíamos tener:
- Medición del consumo mediante un contador para tener datos, preferiblemente por hora.
- Contador de energía para ACS y para calefacción, independientes.
- Repartidor de costes en todos los radiadores y contadores de energía en algunos radiadores para verificaciones de datos.
- Sondas de temperatura en cada zona para registro de temperatura.
- Sonda de temperatura exterior.
Conclusiones
La dificultad que supone en las instalaciones de poder implantar equipos de medición para disponer de mediciones previas que sirvan de comparativa antes de la implantación de un sistema de control y regulación mediante cabezales electrónicos, hace que tenga interés en que podamos efectuar estudios en distintos tipos de edificios y zonas climatológicas para poder extrapolar datos.
Ahora bien, con el uso de los cabezales electrónicos y una ajustada programación horaria de los mismos para conseguir la temperatura deseada en cada zona para cada momento del día, se pueden obtener unos ahorros superiores al 26% y por tanto un periodo de amortización razonable de los dispositivos gracias al repago de la inversión con los ahorros generados.
Para dar una orientación del coste de inversión, el precio de los equipos necesarios para una instalación con 50 cabezales electrónicos rondarían los 3.000 euros, sin tener en cuenta costes de instalación o mano de obra.