ECOdomo: 3. Sistemas de climatización ECOeficientes

Sistemas de Absorción, frio solar a partir de energía solar térmica

El concepto de la climatización solar, también denominado frío solar, consiste en utilizar el calor obtenido mediante energía solar (ej: solar térmica) para la generación de frío que servirá para climatizar, en periodos de altas temperaturas, el interior de nuestras viviendas.

A diferencia de la bomba de calor, donde se necesita energía eléctrica para obtener frío, a la máquina de absorción le metemos energía calorífica (ej: en una vivienda proveniente de la fuente de placas solares térmicas) para obtener frio.

La energía térmica solar permite además la obtención de agua caliente sanitaria (ACS) en las horas de sol a lo largo de todo el año, y al mismo tiempo, apoyar el sistema de calefacción en la época de temperaturas más bajas.

La principal ventaja de este sistema, es que, a diferencia de la bomba de calor no lleva compresor, asi que la eficiencia se dispara: se necesitan muy pocos W de calor para obtener Kw de frio. Llegando a COP's muy altos.

La limitación de este sistema, en viviendas, es la falta de disponibilidad de una fuente de calor constante, al depender de que haya sol, cosa que no siempre es posible y por tanto desaparece la independencia de este sistema, siendo obligatorio complementarlo con un sistema convencional (caldera de combustión), que entraría en funcionamiento cuando no haya sol y la carga acumulada de energía se haya consumido.

Otro inconveniente, es la necesidad de una amplia superficie de captación solar (> 30 m2) para poder disponer de ACS + calefacción + frio, de tal forma que hay que gestionar el exceso de energía térmica que se produce en periodos de mucho sol (primavera y verano), siendo necesaria la disipación de esa energía en el ambiente (torre de ventilación) o en el agua (si se dispone de una piscina). Estos disipadores son un incremento en el coste de la instalación a tener en cuenta.

Sistemas Termodinámicos, la Bomba de Calor

Un Sistema Termodinámico es aquel que utiliza una bomba de calor para climatizar. El ciclo reversible que tiene este sistema otorga la posibilidad tanto de extraer como de aportar energía al medio ("enfriar" o "calentar") con un mismo equipo.

Su funcionamiento se basa en el principio de Carnot, por el cual al comprimir un gas obtenemos calor.

La principal ventaja de este sistema es que se puede obtener mediante electricidad, calor y frio, según se requiera. El rendimiento o eficiencia (COP) del sistema termodinámico determina cuanta electricidad hay que aportar (KWe) para conseguir energía térmica (KWt).

La clave de este sistema radica en incrementar la eficiencia (COP) y para ello se están empleando combinaciones con sistemas ECO, como la energía solar térmica o la geotermia.

El principio para aumentar el rendimiento es que el foco frio (condesador) y el caliente (evaporador), sean lo mas frios y calientes que se pueda, sin aporte externo (electricidad), utilizando la energía del ambiente (aire, tierra,...).

Combinado con el sistema geotérmico, se consigue evaporar bajo tierra (donde la temperatura es mas alta de forma natural), aumentando con ello el COP de la máquina.

Del mismo modo, combinando el sistema térmico y el termodinamico, se consigue tambien calentar de forma natural las placas termodinámicas, aumentando su superficie (paneles) y captando la energía del sol doblemente: directamente por la placa termodinamica e indirectamente al posicionarlas detrás de un colector de tubos de vacio.

Esto duplica (6) o triplica (9) el COP de un sistema convencional (3), lo que se traduce en un importante ahorro consiguiendo mas energía térmica (calor o frio) con menos electricidad (horas de compresor).

Esto supone disponer de un sistema integral (ACS + calor + frio) en un único aparato y capaz de producir energía térmica en condiciones con falta de sol (lluvia, por la noche,...).

La única limitación de este sistema está en los limites de temperatura, no pudiendo conseguir, en regimen normal superar los 55ºC en calor, por lo que los sistemas de alta eficiencia energética, como el suelo radiante con deposito de inercia, son los adecuados para poder calentar a bjas temperaturas: 35ºC en tubo, para poder llegar por encima de los 20 ºC a las habitaciones.

En frio, se recomienda distribuir a las habitaciones por aire (fancoil con difusores/rejillas) mediante un intercambiador agua/agua en el fancoil, de manera que se obtiene "aire frio útil" con temperaturas de hasta 10ºC (se puede enfriar por debajo de 0 ºC, si se mete glicol en el circuito cerrado).

Del mismo modo se podría, en un sistema mixto (aire + suelo radiante) llevar la impulsión con alta carga de energía (50 ºC) al fancoil y el retorno de esta al deposito de inercia para disponer de ACS y suelo radiante a baja temperatura, disponiendo a un tiempo de sensación de calor instantánea (por aire) y mantenida en el tiempo (por suelo radiante).

Esto se puede conseguir con un sistema de regulación domótica, que tenga en cuenta estos parámetros (Tª y Humedad relativa), colocando sondas de humedad y temperatura que nos permita regular la temperatura del agua en cada momento. Algo complicado, pero no imposible.

Otra limitación de este sistema, son las condiciones extremas de frio, aunque las placas termodinámicas pueden trabajar a temperaturas bajo cero e incluso cubiertas de nieve, en zonas de montaña o latitudes donde se puedan llegar a temperaturas extremas por debajo de -5 ºC de forma ininterrumpida en largos periodos, se podria disponer de este sistema combinado con un sistema convencional (caldera de combustión), que entraría en funcionamiento en condiciones extremas donde el rendimiento de la máquina sea muy pobre.

Para obtener frio, no existen limitaciones por causa de las condiciones ambientales, al disponer de una unidad condensadora que entra en funcionamiento (ventilador) cuando las temperaturas son altas (>35ºC), enfriando el retorno del gas y aumentando el rendimiento (esta vez de manera artificial, con consumo eléctrico) de la instalación para frio.

Mejorando el rendimiento, el control y el mantenimiento de sistemas TT con Domotica.

En esta Unidad de Control se encarga de la regulación del sistema, teniendo en cuenta los elementos de control (sondas, electroválvulas, bombas, ventiladores,...) necesarios en cada sistema y aplicando una lógica de control en cada caso.

Por lo general cada fabricante, elige sistemas "estáticos" basados en control por termostato (230V)  actuando directamente (ON/OFF) sobre los componentes de baja potencia (bombas, válvulas,..) o a través de relés o contactores (compresor, unidad condensadora,...) en elementos de mayor potencia. Utilizando elementos eléctricos para hacer una regulación simple o en algún echando mano de KIT's electrónicos estandar (ej: solar térmica).

Estos sistemas se combinan con la regulación convencional por termostato programable, dentro de las viviendas, haciendo que no se le pueda sacar el maximo rendimiento a este tipo de sistemas ecoeficientes.

Por otro lado nos encontramos con sistemas domoticos que tratan de regular sistemas de climatización convencionales, consiguiendo un beneficio parcial en el ahorro.

La composición de este tipo de sistemas ecoeficientes, con muchos elementos de control (sondas, bombas, electroválvulas,....) hacen de ellos un conjunto ideal para ser regulado mediante sistemas domoticos. Más si cabe cuando se puede integrar la regulación interna de la propia máquina con la de las habitaciones, consiguiendo "Doble Eco-eficiencia", altos rendimientos y bajos consumos al integrar todo el sistema bajo el mismo control domótico.

Para ello se deben sustituir las unidades de control por dispositivos de control domótico estandar (KNX o LON), pasando a regular de forma más fina y sobretodo de manera integrada con la parte activa de la casa (habitaciones), pudiendo actuar en función de modos, escenas, presencia,...como un todo controlado desde un único sistema.

La visualización domótica del estado de los componentes del sistema en tiempo real, permite poder parametrizar mucho mejor la puesta en marcha del sistema y a través de pasarela poder controlar las instalaciones a distancia por parte de la empresa instaladora, ofreciendo un servicio de telemantenimiento, que la complejidad de estos sistemas requiere.

Pudiendo gestionar: alertas, malfuncionamientos, mantenimiento preventivo,...de tal forma que el usuario se encuentra siempre protegido y en caso de fallo el profesional puede acudir con la solución a tiempo.

De esta forma disponemos de un sistema que con poca energía electrica es capaz de sacar la energía térmica sufiente (ACS + calor + frío) demandada en cada epoca del año, unida a la reducción por una mejor gestión domótica del resto de cargas eléctricas de una vivienda (electrodomésticos, luz,...) y con la posibilidad de poder generar nuestra propia energía (solar fotovoltaica, miniéolica,...) y volcar el exceso o coger el defecto de la misma microgrid, se culmina el concepto de vivienda autosuficiente, sin por ello perder un ápice de confort y con una amortización asegurada de la inversión empleada en dotar a la vivienda de estos sistemas ECO, frente a los sistemas convencionales.