Eficiencia Energética, Sistemas Automatizados de Edificios

En este post definiremos qué es un sistema de automatización y sus principales componentes, y descubriremos las principales estrategias de ventilación, aire acondicionado y calefacción que pueden controlarse con la implantación de un sistema de automatización y que, correctamente gestionadas, redundarán en una mayor eficiencia energética del edificio.

Los edificios generan cerca del 40% de la energía global, y las ineficiencias en su gestión provocan la pérdida de más de 300 millones de euros tan sólo en Europa. Además, se espera que el consumo de energía mundial en los edificios siga creciendo un 45% hasta el 2025.

Introducción a los sistemas de automatización de edificios

El sistema de gestión de edificios (SAE) permite automatizar el edificio para que funcione de la manera más eficiente posible para que las medidas de conservación de energía implantadas consigan ahorrar en la factura energética sin que los ocupantes del edificio pierdan confort ni seguridad.

Cuando se diseña un sistema de automatización, uno de los primeros aspectos a definir es el espacio que controlará dicho sistema: un SAE puede adaptarse por ejemplo para controlar plantas concretas de un edificio, gestionar la totalidad de un edificio e incluso recintos enteros que compartan los mismos equipos, como enfriadoras o calderas.

El siguiente aspecto a tener en cuenta es la funcionalidad que necesitamos que cubra el sistema de automatización. Entre las funciones más frecuentes destacan el control y ajuste de la iluminación y los equipos de calefacción, ventilación y aire acondicionado; la supervisión energética, además de monitorizar los consumos energéticos, permite un mantenimiento pro-activo detectando los incrementos de consumos de los equipos, indicio no solo de bajo rendimiento pero también de posibles fallos; y la vídeo vigilancia cuando lo que se busca es un sistema que respalde funciones de seguridad.

Un mismo SAE puede integrar y vincular distintas funciones, como por ejemplo el uso de detectores de presencia y movimientos para detectar la ocupación en espacios concretos y ajustar el HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning) en función de esa información. El sistema puede utilizar esa información para automatizar el edificio dependiendo del nivel de ocupación y de la localización de los ocupantes.

Elementos de un Sistema de Automatización de Edificios

Un SAE cuenta de varios componentes:

  • los dispositivos de campo como las centrales de medidas o los sensores
  • los controladores, los equipos de comunicación como las pasarelas
  • los actuadores, responsables de actuar sobre los dispositivos controlados como las válvulas
  • y el sistema de gestión del edificio, un software que permite la programación y la operación centralizada del sistema de automatización del edificio.

El SAE recoge la información a través de entradas o sensores y envía los datos a un controlador que compara la variable con un estándar de referencia previamente fijado. Variables como la temperatura o la humedad se trasladan a un controlador para su procesamiento y comparación con un conjunto de estándares. El BMS (Building Management System) se encargará de la monitorización y del control global de los ajustes. El controlador enviará órdenes a los actuadores para que activen los dispositivos controlados encargados de implementar los cambios solicitados.

Estrategias de calefacción, ventilación y aire acondicionado en Sistemas de Automatización de Edificios

A continuación ahondaremos en cómo un sistema de automatización de edificios nos puede ayudar a ser más eficientes en la gestión de un sistema HVAC, es decir la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado de un edificio para lograr por un lado un importante ahorro energético y por otro, un mayor confort de los usuarios del edificio.

Pongamos, por ejemplo, que la temperatura de una sala de reuniones de un edificio ha subido por encima de la temperatura de consigna. El sensor comunicará esta lectura al controlador para que procese esta información y, a partir del punto de referencia previamente programado, responderá y bajará la temperatura hasta el valor de consigna.

Un sistema HVAC normalmente está compuesto por una unidad de tratamiento de aire, UTA, encargada de acondicionar el aire del edificio ya sea enfriando, calentado o filtrando el aire; una enfriadora encargada de eliminar funcionalmente el calor del edificio; una torre de refrigeración que funcione con la enfriadora como método de expulsión del calor del agua que sale del depósito del condensador; un controlador o regulador de caudal encargado de suministrar una cantidad variable de aire al espacio y si necesario, una caldera encargada de calentar el agua hasta que se convierta en vapor y colocar dicho vapor en un sistema presurizado.

Entre los sistemas menos eficientes, de hecho están prohibidos en muchos códigos de edificación, encontramos los sistemas de doble conducto que utilizan superficies paralelas de calefacción y refrigeración y que logran la temperatura adecuada mezclando el aire suministrado por ambos conductos en una caja de mezclado, para a continuación, introducirlo en la sala.

Pero si realmente queremos comprender cómo un SAE puede contribuir a mejorar la eficiencia de un edificio y así poder ahorrar energía, es necesario entender las distintas estrategias HVAC que pueden utilizarse.

Por lo general, las estrategias que optan por un volumen de aire variable con un recalentamiento terminal son bastante ineficientes, puesto que el aire se enfría y después se vuelve a calentar. Se trata de sistemas HVAC que funcionan enfriando todo el aire suministrado al espacio del edificio para controlar la humedad. La cantidad de aire suministrado variará en función de la necesidad de temperatura. Por ejemplo, si en una sala hace demasiado calor se suministra más aire frío hasta que se alcance la temperatura necesaria. Si por el contrario, hace demasiado frío, el aire se calienta a través de bobinas de recalentamiento justo antes de introducirlo en el espacio.

El sistema de volumen constante a temperatura variable es otra de las estrategias de sistemas HVAC más comunes. Se trata de un sistema que mantiene la misma cantidad de flujo de aire durante todo el tiempo, pero cambia la temperatura del aire inyectado según las necesidades hasta acercarse al punto de referencia, mientras que el sistema de volumen de aire variable suministra aire a temperatura constante pero suministra mayor cantidad cuando se necesita calentar o enfriar. Por ejemplo, en el modo de refrigeración, podemos definir el aire de entrada a una temperatura de 19º. El aire inyectado va sustituyendo al que había hasta lograr la temperatura de referencia.

Esas diferentes estrategias o métodos que permiten obtener ahorros energéticos se pueden organizar en diferentes capítulos:

  • La gestión actuando sobre los valores de referencia
  • La gestión en función de la ocupación
  • El control de la entalpía (en física magnitud termodinámica de un cuerpo físico…..)
  • Los ahorros en electricidad

Fuente:  Schneider Electric España