Calefacción inteligente: KNX y la compensación meteorológica

Andy Ellis examina las variables que intervienen en el diseño de un sistema de calefacción que utiliza la compensación meteorológica para obtener el máximo confort y eficiencia.

Parece que el tiempo es cada vez menos predecible. En los últimos años, el número de días con temperaturas bajo cero que se han producido anualmente en el Reino Unido, por ejemplo, ha fluctuado mucho. En 2020, el número de días al mes con heladas en el aire alcanzó su máximo en marzo, con 7,9 días. En 2021, alcanzó su pico máximo en enero, con 18,5 días (funete: Statista). Un día de helada es cualquier día con una temperatura mínima por debajo de cero.

En nuestra búsqueda de la eficiencia y el confort tenemos que mitigar estas fluctuaciones y podemos hacerlo utilizando la compensación meteorológica.

¿Cuál es la diferencia entre la compensación meteorológica y el simple hecho de confiar en 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 es cada vez 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 meteorológica, lo que nos preocupa en mayor medida es el confort del cliente, manteniendo la temperatura interior de la vivienda lo más cerca posible del valor de consigna durante largos periodos de tiempo. Y, como consecuencia de la compensación, la mayoría de los sistemas serán más eficientes.

La compensación (o carga) de sala con métodos PI (proporcional integral) o PWM (modulación por ancho de pulso) y termostatos de sala individuales, es una excelente manera de mantener temperaturas de consigna uniformes, pero tiende a ser reactiva y no se ve influenciada por las temperaturas exteriores.

La compensación climática, en cambio, es proactiva. Toma las lecturas de la temperatura exterior y ajusta la potencia de la caldera antes de que la casa haya tenido la oportunidad 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 estas se incluyen:

• El ritmo de pérdida de calor de la vivienda: ¿cómo de bien está aislado el edificio?
• Emisores: ¿el calor se emite rápidamente al interior de la vivienda (radiadores) o lentamente (suelo radiante)?
• Estanqueidad y flujo de aire: ¿cuál es la estanqueidad de la vivienda y la circulación del aire? Los inmuebles con ventilación mecánica y recuperación de calor (MVHR) tendrán una distribución del calor mucho más uniforme.
• Diferencia de temperatura: en pleno invierno, cuando las temperaturas descienden por debajo del punto de congelación, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior será mayor y, por consiguiente, se necesitará más energía para calentar el edificio.
• Patrón de uso: ¿se utiliza la propiedad de manera aleatoria? Si es así, el calentamiento desde un extremo bajo hasta un extremo alto es mucho menos preferible que mantener una temperatura constante.
• Tipo de fuente de calor: ¿es una caldera de gas, de aceite o una bomba de calor? Esta última será más eficiente a diferentes cargas y, en el caso de las bombas de calor de fuente de aire (ASHP), a diferentes temperaturas del aire exterior.
• Temporizadores activos: un temporizador de agua caliente o un temporizador de calefacción (incluidos los cambios de modo) afectará al momento en el que la caldera esté activa; en el caso de una ASHP, la máxima eficiencia se puede alcanzar durante el día, cuando las temperaturas del aire exterior son más cálidas.
• Adaptación de las demandas de temperatura y consecución de la máxima eficiencia: podría tratarse de una demanda de agua caliente a 60 oC, seguida de, por ejemplo, una demanda de calefacción por suelo radiante a 45 oC.
• Diseño del sistema de calefacción: cabezal de baja pérdida, almacenamiento térmico, velocidades de las bombas, válvulas mezcladoras, etc. Todo ello marcará la diferencia en el funcionamiento del sistema.

Como guía orientativa, el cambio de los controles termostáticos de on/off (encendido/apagado) a PI podría suponer un aumento de la eficiencia de entre el 5 y el 15 %. Si se añade la compensación meteorológica, se pueden conseguir más aumentos.

Implementación de la compensación meteorológica utilizando KNX

El uso de KNX para controlar la compensación meteorológica requiere una cuidadosa consideración en la fase de diseño. Para las instalaciones más pequeñas, la aplicación de las funciones de compensación meteorológica del fabricante de la caldera puede ser la solución más sencilla y rentable.

Una interfaz KNX/OpenTherm dará acceso a los instaladores a la medición de la temperatura exterior a través de la caldera y proporcionará retroalimentación sobre las temperaturas de flujo de la caldera, así como un medio general de gestión de la demanda de calor, tanto para la calefacción como para el agua caliente. A medida que el sistema de calefacción y agua caliente crece en tamaño y complejidad, la versatilidad de KNX se manifiesta. En el sistema se puede diseñar cualquier número de dispositivos de entrada y salida, y tiene la capacidad de proporcionar supervisión para la resolución de problemas, el mantenimiento y el diagnóstico a largo plazo.

El diseño de la calefacción requerirá elementos de lógica y, ahora, muchos dispositivos KNX tienen funciones lógicas básicas. Sin embargo, en sistemas más grandes y sofisticados, en los que la temperatura del caudal se puede manipular directamente, pueden ser necesarias funciones lógicas proporcionales integradas derivadas (PID) y, por tanto, también un controlador lógico independiente.

Como en todos los proyectos, será necesario analizar la rentabilidad. En el caso de la compensación meteorológica esto no es fácil, ya que nos enfrentamos a muchas incógnitas. No obstante, un simple cálculo de amortización debería darle rápidamente una referencia sobre si la compensación meteorológica merece la pena en su situación concreta.

Conclusión

En un sistema bien diseñado, la compensación meteorológica garantizará que la vivienda se mantenga a una temperatura agradable durante todo el invierno, y ofrecerá un funcionamiento más eficiente. Sin embargo, teniendo en cuenta el número de variables, cada instalación será a medida. El reto consiste en cuantificar las ganancias de eficiencia en comparación con un sistema «no compensado».

Una de las ventajas añadidas de utilizar KNX es que tendrá acceso a toda la información del bus KNX. La implementación de software de supervisión y elaboración de gráficos permite identificar las tendencias y los problemas a largo plazo. En definitiva, hay que pensárselo bien antes de implementar la compensación meteorológica, y se debe ser incluso más cauteloso con lo que se puede pretender conseguir.

Andy Ellis es el fundador y director gerente de Household Automation Ltd y de su filial, Knxion Ltd, empresas encargadas de prestar servicios de consultoría, diseño, instalación y posasistencia en la automatización de edificios para clientes involucrados en la construcción de propiedades residenciales y comerciales.

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