Sistemas de control inteligente de climatización HVAC

HVAC es el acrónimo de Heating, Ventilation and Air Conditioning, un sistema integral que proporciona tres servicios diferentes e independientes pero que funcionan como un todo. En este artículo vamos a realizar un repaso de los aspectos fundamentales de lo que se entiende por gestión inteligente dentro del concepto de la regulación y control de las instalaciones HVAC de un edificio.

• ¿Qué significa la gestión inteligente de las instalaciones?
• Componentes del sistema de gestión inteligente de las instalaciones HVAC
• Beneficios de la automatización de las instalaciones en los edificios
• Beneficios relacionados con la salud y el bienestar
• Ahorro energético y sostenibilidad
• Gestión eficiente y mayor vida útil de las instalaciones
• Gestión inteligente de las instalaciones a través de la conectividad IoT
• Qué protocolos existen de conectividad IoT
• ¿Qué ahorros se pueden conseguir?
• Aplicaciones de la regulación y control en el ámbito de la climatización
• Conclusiones

 ¿Qué significa el control inteligente de la climatización?

La gestión inteligente es un concepto muy ligado a la automatización de los edificios. Edificios inteligentes diseñados y programados bajo el estándar de la máxima optimización de los recursos a la vez que se garantiza el confort y la seguridad del usuario. Con todo ello, el edificio cuenta con un sistema automático que gestiona el funcionamiento de todos sus componentes. Incluidas todas las instalaciones del mismo.

El sistema de gestión inteligente de las instalaciones HVAC se compone de un conjunto de elementos que funcionan y se relacionan entre sí mediante un sistema de programación. Es decir, es necesario establecer una estrategia de programación con unas entradas y unas salidas. Como consecuencia de ello la instalación detecta una serie de variaciones en el entorno y a partir de ahí es capaz de regular diferentes parámetros. Entre ellos la temperatura, la humedad, la calidad el aire interior y su circulación y renovación en el interior del edificio.

Componentes del sistema de gestión inteligente de las instalaciones HVAC

Como se ha comentado, una instalación HVAC proporciona calefacción, refrigeración y ventilación. Para ello combina diferentes tecnologías: caldera, bomba de calor, baterías de frío y/o calor, UTA, diferentes unidades terminales como radiadores, suelo radiante, fancoils o ventiloconvectores aire-agua, splits, etc. En cuanto a la ventilación ésta puede ser híbrida, mecánica o natural. Cuando la ventilación es mecánica, puede incluir recuperador de calor.

Con el sistema de gestión inteligente, los tres servicios funcionan de manera interrelacionada para proporcionar confort térmico, calidad del aire y seguridad a la vez que hace un uso muy eficiente de la energía. El sistema de regulación y control detecta cambios en el ambiente interior y regula una variedad de parámetros relacionados con el confort (temperatura y humedad) y la calidad del aire (concentración de CO2). También regula parámetros relativos al funcionamiento correcto de la instalación (caudales). Y todo ello se realiza mediante el intercambio de datos e información, incluso de forma remota.

Los componentes del sistema de gestión inteligente incluyen un amplio abanico de dispositivos adaptados a cada tipo de instalación y edificio. Puede incluir desde sensores, termostatos, caudalímetros, hasta sofisticados controladores electrónicos programables. Todos ellos controlados desde un ordenador central. De hecho, las soluciones actuales permiten un control remoto del sistema. Para ello se pueden utilizar diferentes dispositivos electrónicos. Desde una tablet, un smartphone o un ordenador a través de una app o un navegador web. El control automático de la instalación permite disfrutar del máximo confort mediante el uso de programación de acuerdo con un perfil de uso. No obstante, también se puede realizar un control manual de acuerdo con las preferencias del usuario en cada momento, a través del panel de control y su interface.

Beneficios de la automatización de las instalaciones en los edificios 

Un sistema de gestión inteligente de las instalaciones HVAC es una solución más compleja pero también muy versátil. Es por ello por lo que un sistema de control y gestión de este tipo aporta múltiples beneficios.

1. Beneficios relacionados con la salud y el bienestar

• Se garantiza el confort térmico a nivel de temperatura y humedad de los usuarios en el interior del edificio.
• Mejora notablemente la calidad del aire interior del edificio, ya que el sistema también controla en función de diversos parámetros la renovación del aire interior. Que el caudal es suficiente y los niveles de contaminantes en el interior no superan valores límite.
• También tiene en cuenta el criterio de higiene y es capaz de neutralizar virus, moho u otro tipo de contaminantes similares.
• Aumenta la comodidad de los usuarios ya que, al estar las instalaciones automatizadas, éstos no tienen que preocuparse de su funcionamiento mediante acciones manuales.

2. Ahorro energético y sostenibilidad 

• Menores costes operativos como, por ejemplo, mediante la reducción de la potencia contratada. Se reduce por lo tanto el coste de la factura energética. La inversión inicial también es menor ya que se optimiza la selección de los equipos.
• Eficiencia energética mediante el funcionamiento óptimo de las instalaciones.
• El sistema de regulación y control adapta la potencia de la instalación a la demanda real en cada momento. Así se consume menos energía.
• Un sistema de control y regulación de las instalaciones contribuye al comportamiento sostenible global del edificio. 

3. Gestión eficiente y mayor vida útil de las instalaciones

• Es posible controlar la seguridad y funcionamiento del sistema de instalación HVAC de forma remota. Es lo que se conoce como mantenimiento predictivo y correctivo. Con esta opción se detectan rápidamente fallos y averías.
• También se pueden introducir modificaciones en el funcionamiento automatizado sin necesidad de desplazamiento al sitio.
• Se alarga la vida útil de las instalaciones ya que funcionan en régimen óptimo.
• La gestión y el monitoreo se realizan en tiempo real.
• El sistema de gestión inteligente permite integrar las instalaciones de climatización con el resto de las tecnologías. Entre ellas la iluminación, el control de accesos y la ocupación, la seguridad o los ascensores entre otros.
• La regulación y control también puede actuar de manera integrada sobre varios edificios. 

Una desventaja del sistema de gestión inteligente de las instalaciones consiste en la necesaria formación de la persona o personal que se haga cargo de su funcionamiento. A veces incluso una alta especialización puede ser necesaria para su puesta en marcha, operación y mantenimiento. No obstante, esta circunstancia permite obtener los máximos beneficios de la instalación HVAC. Todos ellos medibles en cuanto a confort, ahorro económico y seguridad.

Gestión inteligente de las instalaciones a través de la conectividad IoT 

Se ha comentado que la gestión inteligente puede abarcar al conjunto de las instalaciones del edificio, además de las instalaciones HVAC. El monitoreo se realiza de manera integrada y considera las condiciones cambiantes, interiores y exteriores, para optimizar el consumo energético y aumentar el confort interior.

También se ha comentado que uno de los beneficios de la gestión inteligente consiste en la regulación y control de manera integrada sobre varios edificios. Tanto para edificios distribuidos por el mundo como dentro de una misma área geográfica

Todo ello se consigue mediante redes de gestión desde un nivel superior. Para ello, la gestión inteligente se centraliza en servidores en la nube fuera de los edificios. Los dispositivos de gestión pueden ser móviles o fijos y se pueden localizar en cualquier momento y lugar.

Además, el sistema cuenta con sondas y controladores. Dispositivos que permiten su conexión directa a las redes de comunicación mediante la conectividad IoT (Internet of Things). Una tecnología que permite la puesta en marcha y explotación de las instalaciones de forma más sencilla y eficiente.

Qué protocolos existen de conectividad IoT

La conectividad IoT permite la transferencia y recepción de datos entre dispositivos a través de redes inalámbricas. Se realiza bajo unos protocolos de conectividad IoT, que determinan cómo se conectan a la red y se comunican los dispositivos. Sirven para garantizar que un dispositivo comprenda la información que le envía otro dispositivo.

El tipo de protocolo IoT dependerá del nivel de arquitectura del sistema a través del cual se transmiten los datos. La arquitectura incluye elementos de la red de comunicación como los propios dispositivos IoT, la puerta de enlace de IoT, el centro de datos o la puerta de enlace a la nube.

Sin entrar en tecnicismos, los protocolos de conectividad IoT se clasifican por:

• Su nivel de aplicación. Se refiere al interfaz entre el usuario y el dispositivo en un protocolo IoT. Entre ellos los siguientes protocolos:
  • Advanced Message Queuing Protocol.
  • Protocolo de aplicación restringida.
  • Data Distibution Service.
  • Transporte de telemetría de cola de mensajes.
• El nivel de transporte. Sirve para proteger y habilitar la comunicación de los datos mientras se transfieren entre niveles. Los protocolos IoT son:
  • Protocolo de control de transmisión.
  • Protocolo de datagramas de usuario.
• El nivel de red que permite la comunicación entre dispositivos y el enrutador. Protocolo IP o 6LoWPAN.
• Nivel de vínculo de datos. Es la parte del protocolo de IoT que transfiere datos e identifica y corrige los errores a nivel físico: IEEE 802.15.4 y LPWAN.
• El Nivel físico o canal de comunicación entre los dispositivos:
  • Bluetooth de bajo consumo.
  • Evolución a largo plazo.
  • Transmisión de datos en proximidad.
  • Power Line Communication.
  • Idenditificación por radiofrecuencia.
  • Wi-Fi/802.11
  • Z-Wave. 

¿Qué ahorros se pueden conseguir?

El sistema de regulación y control de las instalaciones HVAC incluye el uso de dispositivos y sensores para un monitoreo constante. Con ello se consigue un control exacto de los parámetros ambientales en el interior del edificio. La calidad ambiental interior se consigue sin renunciar a la máxima eficiencia energética y la reducción del consumo. Se estima que el impacto en el consumo energético puede ser de hasta un 35% de ahorro de energía por el uso de sistemas predictivos y analíticos.

La gestión inteligente incluye el control horario, la detección de presencia y el control de la temperatura. Para ello se instalan y ajustan válvulas termostáticas y válvulas de equilibrado hidráulico. Con ello se consigue que las instalaciones de producción de calefacción y refrigeración actúen en condiciones parciales de funcionamiento. De esta manera se ajustan a la demanda real en cada momento.

Otra variable interesante son los variadores de velocidad en los motores eléctricos de las bombas de circulación, los ventiladores y compresores. Con estos dispositivos se consigue que la circulación de aire o de aire, y los generadores de frío o calor, funcionen bajo condiciones parciales de demanda, reduciendo así el consumo energético.

El máximo ahorro se puede conseguir mediante un adecuado diseño y puesta en servicio. Para ello se recomienda siempre realizar un estudio previo personalizado con un técnico cualificado experto en sistemas de regulación y control de las instalaciones. 

Aplicaciones de la regulación y control en el ámbito de la climatización 

La regulación y control de las instalaciones también nos hace la vida más fácil. En el ámbito de la climatización, existen en el mercado soluciones que nos permiten el control por voz del aire acondicionado de nuestra vivienda. Además, dicho control se puede realizar a través de dispositivos como Apple HomeKit, Amazon Alexa o Google Assistant.

Y no sólo eso, el control por voz permite el control de más parámetros como el nivel de iluminación, el nivel de audio o la temperatura, creando ambientes e incluso animaciones al gusto del usuario y sin contacto con ningún dispositivo. Subir y bajar las persianas o abrir la puerta de casa es posible con cualquiera de estos dispositivos, convirtiendo tu vivienda en un hogar inteligente o Smart home.

Como ya se ha comentado, la regulación y control nos permite optimizar el diseño y funcionamiento de las instalaciones HVAC, reduciendo el consumo energético a lo largo de la vida útil de la instalación. El ahorro energético y la reducción de la cantidad de refrigerante contribuye a aumentar la sostenibilidad de los edificios.

Por último, la gestión inteligente ofrece de posibilidad de asistencia online. Gracias al monitoreo continuo y el intercambio de datos a través de la red, en la nube o mediante un sistema de gestión BMS, es posible detectar incidencias en tiempo real, analizar la causa y aplicar una solución, incluso sin desplazamiento al sitio.

Conclusiones 

El 1 de julio de 2021 entró en vigor una nueva instrucción del RITE. Una instrucción que aborda la regulación y control mediante sistemas de automatización y control de las instalaciones. De aplicación en edificios residenciales y no residenciales el objetivo consiste en equipar de sistemas de automatización y control de las instalaciones a determinados edificios. Para los no residenciales a partir de 290 Kw de potencia nominal útil. Y siempre que sea técnica y económicamente posible. Los edificios residenciales, en cambio, podrán estar equipados con la funcionalidad de monitorización electrónica contiua y también con funcionalidades eficaces de control para optimizar la producción, distribución, almacenamiento y consumo de energía.

En este cotexto, y teniendo en cuenta todo lo expuesto en este artículo, la regulación y control inteligente de las instalaciones se convierte en una estrategia fundamental para la consecución de los objetivos incluidos en la transición ecológica actual.