Andy Ellis analiza las variables que intervienen en el diseño de un sistema de calefacción que utiliza la compensación meteorológica para lograr el máximo confort y eficiencia.
Parece que el tiempo se está volviendo menos predecible. En los últimos años, el número de días con temperaturas bajo cero que se han registrado anualmente en el Reino Unido, por ejemplo, ha fluctuado considerablemente. En 2020, el número de días al mes con heladas alcanzó su máximo en marzo, con 7,9 días. En 2021, el máximo se registró en enero, con 18,5 días (fuente: Statista). Se considera día de helada cualquier día en el que la temperatura mínima sea inferior a cero.
En nuestra búsqueda de eficiencia y confort, necesitamos mitigar estas fluctuaciones, y podemos hacerlo mediante la compensación climática.
¿Cuál es la diferencia entre la compensación climática y limitarse simplemente a utilizar un termostato?
Normalmente, la potencia calorífica de una fuente de calor se reduce en los meses de verano y aumenta a medida que el tiempo se vuelve más frío. Durante los periodos de frío, se producen mayores pérdidas en todo el edificio y, por lo tanto, se requiere una mayor cantidad de energía para mantener la temperatura de consigna en el interior.
Cuando se utiliza la compensación climática, nuestro principal objetivo es el confort del cliente, manteniendo la temperatura interior de la vivienda lo más cerca posible del punto de consigna durante largos periodos de tiempo. Y, como consecuencia de esta compensación, la mayoría de los sistemas serán más eficientes.
La compensación por habitación (o por carga) mediante métodos PI (proporcional-integral) o PWM (modulación por ancho de pulso) y termostatos individuales por estancia, es una forma excelente de mantener temperaturas de consigna uniformes, pero tiende a ser reactiva y no se ve influida por las temperaturas exteriores.
La compensación meteorológica, por otro lado, es proactiva. Toma lecturas de la temperatura exterior y ajusta la potencia de la caldera antes de que la vivienda haya tenido tiempo de enfriarse. Por supuesto, el tema no es sencillo e implica una serie de variables, algunas de las cuales, en realidad, son difíciles de determinar. Entre ellas se incluyen:
• Tasa de pérdida de calor de la vivienda: ¿qué tal está aislado el edificio?
• Emisores: ¿se emite el calor al interior de la vivienda rápidamente (radiadores) o lentamente (suelo radiante)?
• Estanqueidad al aire y circulación del aire: ¿qué grado de estanqueidad tiene la vivienda y cómo circula el aire por ella? Las viviendas con ventilación mecánica con recuperación de calor (MVHR) tendrán una distribución del calor mucho más uniforme.
• Diferencia de temperatura: en pleno invierno, cuando las temperaturas bajan por debajo de cero, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior será mayor y, por lo tanto, se necesitará más energía para calentar el edificio.
• Patrón de uso: ¿se utiliza la vivienda de forma aleatoria? Si es así, calentar desde una temperatura extremadamente baja hasta una muy alta es mucho menos recomendable que mantener una temperatura constante.
• Tipo de fuente de calor: ¿se trata de una caldera de gas, de gasóleo o de una bomba de calor? Esta última será más eficiente con diferentes cargas y, en el caso de las bombas de calor aerotérmicas (ASHP), con diferentes temperaturas del aire exterior.
• Temporizadores activos: un temporizador de agua caliente o de calefacción (incluidos los cambios de modo) afectará al momento en que la caldera esté activa; en el caso de una ASHP, la máxima eficiencia puede alcanzarse durante el día, cuando las temperaturas del aire exterior son más cálidas.
• Adaptación de las demandas de temperatura y consecución de la máxima eficiencia: esto podría suponer gestionar la demanda de agua caliente a 60oC, seguida, por ejemplo, de la demanda de calefacción por suelo radiante a 45oC.
• Diseño del sistema de calefacción: colector de bajas pérdidas, acumulador térmico, velocidades de las bombas, válvulas mezcladoras… todo ello influirá en el funcionamiento del sistema.
A mo de orientación, cambiar los controles termostáticos de tipo «encendido/apagado» a PI podría suponer un aumento de la eficiencia de entre el 5 % y el 15 %. Al añadir la compensación meteorológica, se pueden conseguir aumentos adicionales.
Implementación de la compensación climática mediante KNX
El uso de KNX para controlar la compensación climática requiere una cuidadosa consideración en la fase de diseño. Para instalaciones más pequeñas, implementar las funciones de compensación climática del fabricante de la caldera puede ser la solución más sencilla y rentable.
Una interfaz KNX/OpenTherm permitirá a los instaladores acceder a la medición de la temperatura exterior a través de la caldera y proporcionará información sobre las temperaturas de impulsión de la caldera, además de ofrecer un medio global para gestionar la demanda de calor, tanto para la calefacción como para el agua caliente. A medida que el sistema de calefacción y agua caliente aumenta en tamaño y complejidad, la versatilidad de KNX cobra todo su sentido. Se puede integrar en el sistema cualquier número de dispositivos de entrada y salida diferentes, junto con la capacidad de proporcionar supervisión para la resolución de problemas y el mantenimiento y diagnóstico a largo plazo.
El diseño de la calefacción requerirá elementos lógicos, y muchos dispositivos KNX incorporan ahora funciones lógicas básicas. Sin embargo, en sistemas más grandes y sofisticados, en los que las temperaturas de caudal pueden manipularse directamente, pueden ser necesarias funciones lógicas proporcionales, integradas y derivadas (PID) y, por lo tanto, también un controlador lógico independiente y específico.
Como en todos los proyectos, tendrás que analizar la rentabilidad. En el caso de la compensación climática, esto no es fácil, ya que hay muchas incógnitas. Sin embargo, un sencillo cálculo de la amortización debería ofrecerte rápidamente una referencia sobre si la compensación climática merece la pena en tu situación concreta.
Conclusión
En un sistema bien diseñado, la compensación climática garantizará que la vivienda se mantenga a una temperatura agradable durante todo el invierno y ofrecerá un funcionamiento más eficiente. Sin embargo, dada la cantidad de variables, cada instalación será a medida. El reto radica en cuantificar las ganancias en eficiencia con respecto a un sistema «sin compensación».
Una de las ventajas añadidas de utilizar KNX es que tendrás acceso a toda la información del bus KNX. Mediante la implementación de software de monitorización y representación gráfica, se pueden identificar tendencias y problemas a largo plazo. En última instancia, debe pensárselo bien antes de implementar la compensación climática, y ser aún más cauteloso con respecto a lo que puede afirmar que va a conseguir.
Andy Ellis es el fundador y director general de Household Automation Ltd, y de su empresa asociada Knxion Ltd, proveedores de servicios de asesoramiento, diseño, instalación y mantenimiento en automatización de edificios para clientes dedicados a la construcción de inmuebles residenciales y comerciales.
