Los sistemas de control y automatización forman parte importante de la cadena del proceso de confort dentro de un espacio, controlando y generando información crítica para el análisis y la validación de los procesos productivos, de ahí la necesidad de su integración correcta en las diferentes actividades del edificio
El presupuesto es una de las interrogantes más comunes con la que se topan los dueños de edificios, ya que de ahí partirá la diferencia entre ofrecer el mayor índice de confort y servicio o no hacerlo. Derivado de esto, en los últimos años, con frecuencia, nos encontramos con inversionistas y operadores que presentan fuertes iniciativas financieras que sirvan para equilibrar los proyectos de aire acondicionado (HVAC) e iluminación, en cuanto al tema de control y zonificación, dimensionamiento del equipo, estrategias de operación, recursos y administración, puntos que logran su armonía dentro de un edificio, justamente gracias a los sistemas de automatización.
Estos sistemas han alcanzado gran rating y los propietarios de los inmuebles, regularmente se han dado a la tarea de instalarlos dentro de sus edificaciones para proveer un ambiente seguro, confortable y productivo.
La demanda no sólo se queda ahí, su uso prolifera en la mayoría de las construcciones comerciales, las cuales cuentan por lo menos, con un control básico de encendido/apagado para la iluminación y aire acondicionado a través de dispositivos, como apagadores y termostatos. Son varios los edificios que están dotados con controles que se basan en temporizadores para el encendido de la iluminación, sobre todo en días en los que se encuentran desocupados.
Estrategias de control
Las estrategias de control y los algoritmos son los encargados de mantener una variable controlada para operar dentro de rangos aceptables y cumplir las funciones deseadas. Por ejemplo, una unidad paquete mantiene confortable el espacio controlando, los niveles de temperatura, humedad y ventilación. La operación automática de un sistema de control permite el encendido, apagado, modulación y arranque secuencial de equipos mecánicos y eléctricos para cumplir con el enfriamiento, calefacción y ventilación del espacio, a través de los controladores y horarios dependiendo de los requerimientos del usuario final.
Podemos definir dos grupos de estrategias de control:
Estrategias básicas
Evaluación de los set points de control Horarios de zona Horarios de días festivos Reset de la temperatura de inyección de sistemas de volumen variable Reset de la presión de inyección de aire Reset de la temperatura de inyección de agua helada/caliente Reset de la presión de inyección de agua helada/caliente
Estrategias avanzadas
Control de demanda eléctrica Control de demanda de ventilación a través del monitoreo de CO2 Control de ventilación natural Control de iluminación de salidas de emergencia Optimización de las torres de enfriamiento Integración de los sistemas de iluminación para eliminar cargas parásitas
Dentro de las estrategias de control avanzadas, hablaremos un poco del Control de Demanda de Ventilación a través del monitoreo de CO2, un punto clave para los edificios que buscan la Certificación LEED.
El control de demanda de ventilación es una estrategia de seguridad para todos los edificios comerciales, donde se modula la cantidad de aire exterior que fluye en un inmueble, usualmente basado en la medición de los niveles de CO2 del espacio acondicionado. Esta estrategia muestra gran potencial de ahorro de energía en edificios que poseen altos niveles de ocupación y que se encuentran también en climas extremos. En general, el control de demanda de ventilación tiene un retorno de inversión que va de los dos años hasta los cinco, incluyendo la instalación y programación de los sensores y controladores.
Estrategia Descripción Características Set point El aire exterior incrementa cuando la diferencial de los niveles de concentración de CO2 se aproximan al set point de diseño El aire exterior regresa a sus niveles iniciales cuando la diferencial de concentración de CO2 cae por debajo del set point de diseño Sólo para sistemas Unizona Usado en instalaciones altamente ocupadas que alcanzan los picos rápidamente (ej. teatros) Proporcional El aire exterior comienza a incrementar cuando la concentración incrementa a 100-200 ppm por encima de los niveles de CO2 del aire exterior Incremento inversamente proporcional al diferencial de CO2 Máxima entrada de aire exterior ocurre cuando se encuentra en el set point de diseño el nivel de CO2 Trabaja para la mayoría de las aplicaciones Proporcional-integral Similar al proporcional, pero el aire exterior se basa en la diferencial de los niveles de concentración de CO2, así como en el tiempo de cambio entre estos niveles Rápida respuesta a los cambios Provee mayores ahorros de energía y confort Más sofisticado, algoritmo de control más complejo-
Componentes principales para llevar a cabo dicha estrategia de control
Instalación de Sensores de CO2 en la zona
Habilitación de la modulación del dámper del aire exterior a través del algún dispositivo.
Instalar un controlador para la modulación de la toma del aire exterior basado en las lecturas de los niveles del sensor de CO2.
La operación del control de demanda de ventilación depende de donde están ubicados los sensores de CO2, tanto en el interior como en el exterior, ya que la cantidad de aire exterior permitida para entrar a la zona es derivada de la diferencia de los niveles de estos sensores.
Este sistema es utilizado en los edificios en los que la ocupación varía constantemente y que tienen unas condiciones climatológicas extremas. Periodos largos de ocupación baja: provee grandes oportunidades para reducir la toma de aire exterior y por consiguiente tener un ahorro de energía. Si el clima es moderado, entonces la energía gastada condiciona a una entrada de aire exterior mínimo.
Durante la época de invierno, el control de demanda de ventilación puede integrarse con la función del economizador, donde, durante ciertos periodos, el aire exterior puede suministrar enfriamiento, dejando atrás los recursos del agua helada y/o equipos de expansión directa.
Recientemente, el concepto de la integración de los diferentes sistemas en los edificios recibe más atención por parte de los operadores e inversionistas. Sin embargo, no está claro cómo su integración ofrece potenciales ahorros más allá de la tecnología utilizada para los diferentes temas de ahorro de energía mencionado a continuación. (ver tabla 2)
Concepto en la reducción de consumo de energía Tecnología usada Función de control automático Control de iluminación basado en sensores de ocupación Optimización de parámetros de configuración, como horarios y set points Control de iluminación basado en sensor de luz exterior Eliminación de iluminación innecesaria Commissioning Control de iluminación basado en sensores de ocupación Optimización de parámetros de configuración, como horarios y set points Control de iluminación basado en sensor de luz exterior Auditoría de energía Eliminación de calefacción,enfriamiento y ventilación innecesaria
Commissioning Ajuste de los parámetros de operación contra los de diseño Detección y diagnósticos de fallas Commissioning Revisión de dampers Optimización de parámetros de configuración, como horarios y set points Ajuste de los parámetros de operación contra los de diseño en sensor de luz exterior Revisión general del edificio Reducción de la tomaexcesiva de aire exterior
Commissioning Revisión de dampers Control de demanda de ventilación Diagnóstico de fugas en ductos Auditoría de sistema HVAC
Cuando los diferentes sistemas de un edificio están integrados desde el diseño, ayudarán, sin lugar a dudas, a una reducción del costo de la instalación, ya que este tipo de sistemas pueden compartir información a través de la misma infraestructura de datos. Así mismo, contribuirán al potencial ahorro de la capacitación del operador, al trabajar en una sola plataforma todos los sistemas del edificio.
Dentro de las estrategias de control es importante considerar las secuencias de operación que pudieran presentarse con los sistemas de seguridad, tanto del lado de ahorro de energía como del lado de la seguridad humana. Por ejemplo, cuando el sistema de detección de humo localiza fuego en alguna área del edificio, mandamos alarmas al sistema de automatización para que modifique la operación de los equipos de aire acondicionado, mientras que las luces de emergencia se prenden para indicar la salida de emergencia del inmueble.
Los llamados edificios inteligentes cada vez reciben más atención gracias a su promesa de reducir el consumo energético y mantener controlados los costos de operación y mantenimiento mientras mejoran la calidad del ambiente.
