Controladores y telegestión

Todo sistema de climatización debe de tener dos premisas fundamentales, la eficiencia (que a su vez genere ahorro) y el confort, ambas premisas deben ser controladas por el sistema de regulación, para ello es necesario recibir información del estado de todos los componentes del sistema y procesarla para dar las órdenes de funcionamiento a los diferentes componentes. Para ello, encontramos en el interior de los sistemas HVAC infinidad de sondas, sensores, transductores y componentes que se encargan de transmitir de forma electrónica toda la información a la regulación y está en base a los algoritmos desarrollados por los fabricantes, gestionar su funcionamiento.

La base de todo sistema de regulación es la captación de información, tanto exterior como interior.

En el caso de información exterior nos encontramos que la regulación recogerá variables como la temperatura ambiente o exterior, la humedad, la calidad del aire, programaciones horarias, caudales de agua o aire, presiones, etc., toda una serie de variables que marcarán el nivel de control que podremos alcanzar.

En el caso de las variables internas, estas se encargan de mantener los parámetros óptimos de funcionamiento, tanto a nivel de seguridad como de rendimiento, para ello cuenta con sondas de temperatura, detectores de caudal, de presión, de caudal de aire, un gran número de elementos que aseguran que el sistema funcione en base a los algoritmos prefijados y siempre manteniendo la seguridad.

Toda esta información tanto externa como interna también sirve para facilitar el trabajo del mantenedor. Los parámetros recabados permitirán conocer el nivel de funcionamiento, ver si el funcionamiento se está ajustando a lo deseado y tomar las medidas correctoras necesarias y también permite conocer el estado de los componentes del sistema ayudando tanto a la hora de un mantenimiento predictivo como a recibir información de problemas concretos y así poder resolverlos.

El diseño y fabricación de sistemas de HVAC ya estaba bastante desarrollado en cuanto a materiales y tecnología, pero en los últimos años el avance de los sistemas de control ha sido uno de los principales objetivos de los fabricantes, lograr nuevas funcionalidades, mejorar la toma de datos, aumentar el número de parámetros ajustables, aprovechar las nuevas tecnologías, han sido algunos de los aspectos en los cuales los departamentos de desarrollo se han centrado.

A la hora de seleccionar y comprender hasta dónde puede llegar una regulación, debemos tener claro el tipo de instalación y las funcionalidades del producto.

En cuanto al tipo de instalación debemos distinguir entre:

Instalación con o sin hibridación.

Actualmente, debido a los precios de la energía y a la variedad de soluciones existentes, puede resultar muy interesante una instalación compuesta por varios generadores con diferentes tecnologías. En ese punto, es de suma importancia un control capaz de ajustar el funcionamiento de los diferentes componentes, primando siempre la eficiencia para lograr grandes ahorros. Un ejemplo muy actual es la hibridación de bombas de calor con sistemas fotovoltaicos, el aprovechamiento de los sobrantes o un correcto uso de la energía generada por los paneles puede hacer que la bomba de calor produzca energía a costos muy bajos e incluso en muchos momentos puede llegar a coste cero, para ello el sistema de control debe de ser capaz de decidir sobre diferentes parámetros y ajustar en todo momento los sistemas de generación y todos los elementos auxiliares. En muchos casos puede resultar más económico usar los sobrantes para elevar las consignas que volcarlos a la red y esa función debe ser realizada por el controlador en función de las configuraciones fijadas.

Instalación con uno o varios generadores.

Los requerimientos energéticos de una instalación pueden variar en función de muchas variables, temperaturas exteriores, niveles de ocupación, temperaturas de consigna. Cuando existen variables como las anteriores que pueden ser muy cambiantes, los sistemas compuestos por varios generadores pueden ser los más idóneos, además este tipo de soluciones pueden asegurar un funcionamiento básico cuando se necesite algún tipo de reparación o mantenimiento. En dichos casos el uso de regulaciones capaces de gestionar el funcionamiento de varios generadores es fundamental, las regulaciones para el control de cascada o secuencia facilitan dicho control. Por ejemplo, un sistema de control en secuencia conseguirá que cada generador funcione en su punto de máximo rendimiento el mayor tiempo posible, si el nivel de potencia requerido es mayor, se encargará de gestionar los diferentes generadores para que si es posible todos ellos trabajen en su punto de máxima eficiencia.

Control integral, parcial o básico de la instalación.

Las instalaciones pueden ser muy simples, con un único circuito de distribución o muy complejas, con múltiples circuitos, con controles de bombas de secundario, control de diferentes temperaturas según el circuito o zona, válvulas de sectorización e incluso integración con otros sistemas, todo ello puede ser gestionado por la regulación del sistema o mediante regulaciones externas.

A la hora del diseño de la instalación es importante conocer las posibilidades de regulación que aporta el fabricante, un correcto asesoramiento puede simplificar la ejecución del proyecto y lograr mayores rendimientos y ahorros.

Las diferentes marcas de sistemas HVAC han desarrollado soluciones de control capaces de gestionar sistemas muy complejos, todo ello interconectado de forma que se consigue un máximo aprovechamiento de la energía consumida logrando además grandes cotas de confort.

Un control básico se centrará únicamente en gestionar el funcionamiento del sistema en base a sus propias variables y será otro sistema quien se encargue del resto de elementos, bombas, válvulas, etc., pero en dicho caso el generador solo actuará en base a sus elementos internos y su eficiencia tal vez no sea la más alta posible. Por el contrario, si la regulación del sistema se encarga de gestionar todo, podrá adaptar su funcionamiento a los requerimientos del resto de elementos siendo mucho más eficiente. Por ejemplo en salas de calderas es posible controlar exclusivamente el funcionamiento de la caldera/s sin tener ningún tipo de control sobre lo que ocurre en el resto de la instalación, en estos casos, el rendimiento de la instalación se verá reducido frente a los casos en los cuales la propia regulación de la caldera/s gestiona todos los elementos secundarios, bombas, válvulas, termostatos, sondas, etc. y adapta sus parámetros de funcionamiento a los inputs y outputs del resto de componentes de la instalación.

La integración con otros sistemas.

Antes hemos analizado la posibilidad de hibridación de diferentes sistemas en una misma instalación con un mismo control o con controles interconectados, pero en la mayoría de los casos también existen otros sistemas que cuentan con sus propias regulaciones y que puede ser muy útil e interesante controlar de forma centralizada. Por ello es importante conocer las posibilidades de integración con otros sistemas.

En la actualidad y como hemos indicado anteriormente los controladores de HVAC se basan en la electrónica, las señales externas e internas, las variables y parámetros de funcionamiento son convertidas y tratadas por la regulación, esto nos permite traducir dichas informaciones a otros lenguajes que a su vez pueden ser usados por otro tipo de controladores. Protocolos de comunicación como el KNX (usado en domótica), como BACNET o MODBUS (en el caso de los sistemas BMS), protocolos de comunicación abiertos como el OPENTHERM (en los sistemas domésticos) o ZIGBEE, permiten la intercomunicación de sistemas externos con el control del sistema HVAC, una comunicación bidireccional que dependerá del tipo de control seleccionado y que nos permitirá una menor o mayor integración.

En cuanto al tipo de producto, es importante tener en cuenta:

Modo de funcionamiento.

Las regulaciones son diseñadas para poder trabajar desde la forma más básica (también en muchos casos la menos eficiente) a la más compleja y si analizamos los componentes internos de un sistema, podemos descubrir que, en la mayoría de los casos, los elementos internos son prácticamente los mismos en los modelos más básicos comparado con los más avanzados, en muchos casos las diferencias radican en el controlador.

A nivel de fabricación en muchos casos resulta más rentable fabricar un producto base y a partir de él ir añadiendo funcionalidades que lo hagan más avanzado mediante el sistema de control.

Podemos encontrar desde modelos básicos, por ejemplo, que solo funcionen mediante una señal de marcha/paro y que la regulación se encargue de ajustar el funcionamiento en base a sus parámetros internos, a modelos que admitan múltiples modos de funcionamiento y que doten al sistema de mayores posibilidades en cuanto a eficiencia y confort.

Por ello es muy importante tener claro qué modo de trabajo queremos y asegurarnos que el controlador seleccionado es adecuado para dicha función. Las diferencias en cuanto a eficiencia y ahorro pueden ser considerables, por ejemplo en las calderas y bombas de calor, usar un modo de control mediante temperatura exterior puede llegar a representar hasta un 10% de ahorro frente a un sistema de trabajo en modo marcha/paro, la adaptación de las temperaturas de trabajo en función de temperatura ambiente puede representar hasta incremento del ahorro del 5%, por ello es importante analizar las funcionalidades que nos aporta cada control y las posibilidades que tenemos en cada instalación y en base a ello tomar una decisión.

Nivel de prestaciones.

Como hemos dicho, en muchos casos los elementos internos pueden ser prácticamente los mismos y las diferencias pueden ser establecidas por el controlador, al ser elementos electrónicos es más sencillo dar funcionalidades y prestaciones mediante la integración de rutinas que hacerlo a través de componentes y materiales.

A la hora de seleccionar un tipo de controlador, es necesario conocer qué tipo de prestaciones nos puede aportar, qué modos de funcionamiento nos ofrece, cuantos circuitos es capaz de controlar, en función de qué número de parámetros podemos trabajar, hasta qué nivel de ajuste nos permite acceder.

No es lo mismo una regulación básica que solo nos permita controlar un único circuito, que solo pueda trabajar a temperatura constante, que no nos permita ajustar las histéresis de trabajo o que no nos deje seleccionar diferentes lógicas de funcionamiento a una que sí nos lo permita. En muchas situaciones, un control básico será más que suficiente, pero en otras, las características del proyecto o instalación requerirá poder acceder a numerosos parámetros para ajustar el funcionamiento de nuestro aparato a los requerimientos de la instalación.

Nivel de interacción con la regulación.

El controlador no solo debe lograr un funcionamiento eficiente, económico y seguro, también debe ser accesible y manejable según la tipología de la persona/operador que lo tenga que usar.

El usuario final necesita un interface de comunicación sencilla e intuitiva, que le muestre solo la información que le sea útil, que le dé acceso rápido a los parámetros básicos que le permitan ajustar su instalación a sus requerimientos y que sea capaz de indicarle si algo no está funcionando correctamente.

Esta sencillez no debe de estar reñida con la necesidad de aportar mucha más información al operador/mantenedor, el cual necesita datos para poder evaluar cualquier incidencia o poder modificar parámetros para ajustar el funcionamiento a un rango óptimo según los requerimientos de la instalación.

En este punto los fabricantes también están continuamente desarrollando nuevas soluciones, desde las más básicas, sencillas e intuitivas, a las más complejas y avanzadas mediante el uso de pantallas táctiles con textos explicativos, iconos más o menos complejos, con menús más desarrollados y que aportan un plus de interacción y de prestaciones al equipo completo.

Resumiendo, un controlador o regulación debe de:

• Buscar el funcionamiento más eficiente de la instalación.
• Aumentar el confort al ajustar su funcionamiento a los requerimientos puntuales de temperatura, calidad de aire, etc.
• Asegurar el máximo ahorro en función del modo de trabajo.
• Mantener el sistema funcionando dentro de los parámetros de seguridad establecidos.
• Ser capaz de controlar sus componentes internos y según su nivel de prestaciones controlar otros componentes de la instalación.
• Disponer de una interface de comunicación sencilla e intuitiva para el usuario final y sencilla y amplia para el operador/mantenedor.
• Contar con posibilidades de comunicación con otros sistemas.
• Ser ampliable mediante componentes adicionales y externos que mejoren sus funcionalidades.
• Tener la posibilidad de integrarse en sistemas híbridos.

En los últimos años, hemos visto como el IoT (Internet Of Things) ha alcanzado un gran auge y cualquier producto tecnológico es susceptible de ser compatible con dicha tecnología.

En el caso de los sistemas HVAC no podían quedarse atrás y todos los fabricantes han desarrollado aplicaciones y componentes que permiten el control vía internet. Además, cabe destacar la aparición de nuevos actores ajenos al sector, fabricantes o desarrolladores de otro tipo de componentes, pero que han visto un suculento mercado en la telegestión de los sistemas de climatización.

La telegestión está aportando nuevas funcionalidades que antes no estaban disponibles. Además, está favoreciendo la modernización de soluciones ya existentes y las está adaptando a las nuevas capacidades que da esta tecnología.

Funcionalidad, inmediatez, ahorro, monitorización inteligente, son algunas de las ventajas que aporta la telegestión.

Vivimos en la era del smartphone y del ordenador, todo puede estar conectado, y eso nos brinda un sinfín de nuevas posibilidades. La información recabada por la regulación es traducida y enviada a programas capaces de procesar todos esos datos y estos a su vez generar nuevas órdenes que son enviadas al sistema.

Como claro ejemplo, un producto que se ha extendido mucho gracias a la presencia de fabricantes ajenos al sector HVAC son los termostatos inteligentes, regulaciones que se encargan de tomar la temperatura ambiental y enviarla vía internet a un App o programa (que reside en un servidor) y en función de las consignas configuradas o de las programaciones horarias enviar órdenes al generador para que trabaje siempre buscando el punto óptimo. Además, este tipo de aplicaciones también se aprovechan de las capacidades que aporta la programación y han desarrollado nuevas funcionalidades, por ejemplo, el funcionamiento adaptativo, mediante el cual el termostato es capaz de aprender nuestras costumbres y puede adaptar las respuestas a nuestro modo de vida, pudiendo incluso adelantarse a nuestras necesidades.

Las posibilidades que aporta el IoT al control de los sistemas HVAC es algo ya tangible, ya existen infinidad de soluciones en el mercado y cada día aparecen más. No solo en cuanto a componentes, donde podemos encontrar termostatos inteligentes, sondas virtuales, controladores de suelo radiante, controladores inalámbricos para válvulas, para control de revoluciones de los motores, control de los compresores, cabezales termostáticos para radiadores y un sinfín de actuadores y controladores, todos ellos conectables vía internet, sino también en cuanto al desarrollo de las funcionalidades asociadas a los programas que los gestionan, apareciendo día a día nuevas aplicaciones que no solo nos facilitan el control, sino que lo mejoran logrando grandes ahorros y elevados niveles de confort.

Un ejemplo muy actual de este tipo de soluciones a nivel doméstico son los termostatos inteligentes (disponibles incluso en los grandes almacenes), estos permiten el control de los sistemas de climatización mediante un smartphone.

Este tipo de termostatos se caracterizan por ser de pequeño tamaño, por incluir comunicación wifi con el router y en algunos casos también vía wifi con el propio generador (mediante accesorios) y en otros casos la comunicación con el generador se realiza mediante dos hilos (con lo que se puede aprovechar las antiguas instalaciones de termostatos).

Los termostatos inteligentes envían la información de temperatura a un servidor que procesa la información e incluso guarda historiales de las modificaciones, esta información procesada es enviada vía internet al terminal (smartphone) donde el usuario ve el estado de su instalación y puede modificar las temperaturas de consigna, generar horarios personalizados, apagar/encender el sistema, todo ello desde la distancia y con la comodidad de programas o App’s pensadas y diseñadas para un uso muy sencillo.

Estas App’s pueden verse complementadas por funcionalidades (gratuitas o de pago) desarrolladas para aumentar el ahorro o el confort, destacando:

• La geolocalización de los terminales asociados al generador, con esta función podemos indicar que cuando todos los terminales asociados se alejen del generador a una distancia fijada por el usuario, el sistema se desconecte, pase a modo stand by o modifique las temperaturas de consigna. Y al contrario, cuando alguno de los terminales se encuentre a una distancia establecida, el sistema se reinicie o vuelva a las temperaturas de consigna de confort.
• Detección de puertas o ventanas abiertas, con esta funcionalidad los termostatos pueden evitar pérdidas energéticas y un consumo innecesario, dando orden al sistema (e incluso avisándonos) para que deje de aportar energía a la instalación.
• Informes personalizados sobre consumos, la información sobre el uso y funcionamiento del sistema es enviado a los servidores de la App, estos son capaces de almacenar dicha información y puede generar informes de consumos, pudiendo incluso realizar comparativas entre diferentes fechas, indicándonos que ahorro o gasto superior hemos tenido en un periodo de tiempo. Pero no solo informes sobre los consumos de combustible y electricidad, también podemos recibir informes sobre la calidad del aire, sobre el coste estimado de nuestro consumo mensual (si introducimos nuestros históricos de facturas y un valor de kW consumido) incluso por circuitos si contamos con parcializaciones controladas por el generador, podemos recibir recomendaciones de uso para lograr un mayor ahorro.
• Comunicación e integración con asistentes virtuales, tipo Alexa, Siri o integración en App de gestión domótica como Home Asistant, Google home, Apple Home.
• Aporte de temperatura exterior mediante acceso a páginas web del tiempo, aportando un modo de trabajo más eficiente al trabajar sobre curvas de temperatura en función de temperatura exterior, pero sin necesitar la sonda real.

Otras soluciones disponibles y cada vez con más presencia son los sistemas de parcialización de consumos controlados vía internet, ya sean conectados o no a los generadores HVAC, cabezales termostáticos de radiadores, controles de válvulas de circuitos de suelo radiante. Estos sistemas controlan la apertura o cierre de las válvulas de los radiadores o de los circuitos de suelo radiante/refrescante en función de sondas o termostatos (inalámbricos en la mayoría de los casos). Si están conectados a los generadores harán que este module en función de la carga requerida, ajustando los consumos a los circuitos que realmente estén demandando energía, estos circuitos pueden independizarse por horarios, por temperatura o por ambos, logrando grandes ahorros.

No solo encontramos nuevos complementos que mejoren las funcionalidades mediante telegestión, también podemos encontrar soluciones que mediante la telegestión integre los sistemas HVAC en sistemas más complejos, por controladores domóticos, sistemas que controlen, iluminación relés de puertas, sistemas de seguridad, etc, para ello los fabricantes están desarrollando protocolos de comunicación o abriendo servidores que permiten que desde sistemas externos (domóticos) se pueda acceder (bidireccionalmente) a la información de los generadores.

En cuanto a las posibilidades de la telegestión a nivel doméstico, seguramente los próximos años veamos nuevas funcionalidades y un gran desarrollos, sobre todo con la introducción de la tecnología 5G que permitirá grandes avances debido a las mejoras en cuanto a transmisión de datos y velocidades.

Estas posibilidades que ofrecen los sistemas de telegestión al usuario final, se ven complementadas con la posibilidad de una gestión remota por parte del mantenedor, teniendo acceso a toda la información del sistema (incluso en algunos casos realizar ajustes online) si el propietario le autoriza a acceder.

Para este tipo de instalaciones, los requerimientos son mucho más técnicos y la información que se debe aportar será más específica y orientada a lograr una elevada eficiencia energética y un control integral de los sistemas HVAC.

Por lo general los sistemas usados (ya sean mediante comunicación wifi o los más habituales mediante comunicación LAN) se basarán en el envío masivo de información a servidores dedicados que se encargan de traducir toda esa información y mostrarla al operario mantenedor o al responsable de la gestión del sistema para que este pueda tomar decisiones.

Por supuesto, existe la posibilidad de un control básico, muy similar al de una instalación doméstica (modificación de consignas, horarios, avisos de averías, etc.), pero en la mayoría de los casos es necesario un mayor control y más información, puede ser imprescindible disponer de gráficas de funcionamiento, gráficas de evolución de las variables, acceso a múltiples parámetros internos, incluso modificación de parámetros online. Para ello, los fabricantes de sistemas HVAC ofrecen soluciones específicas para cada tipo de producto; estas soluciones están formadas por dos elementos, por un lado, el hardware de comunicación (ya sea inalámbrico o conectable) y, por otro, el software (instalable o accesible mediante un servidor del fabricante).

También en este tipo de soluciones podemos englobar las comunicaciones con sistemas BMS mediante pasarelas o traductores de lenguaje. Cualquiera de estas soluciones son más específicas y la información y posibilidades de modificaciones que ofrecen deben de estar en consonancia con un uso más profesional de los sistemas HVAC.

El futuro del sector HVAC tendrá un pilar muy sólido en la telegestión y los próximos años veremos nuevos desarrollos en todos los ámbitos. Ya empezamos a ver controles y sistemas híbridos y telegestionados, pero esto es solo el comienzo, las posibilidades nos las dirá el futuro.

Fuente: interempresas.net