Climatización y KNX

KNX y el control de calefacción van de la mano, aunque la calefacción requiere un conocimiento completamente nuevo en comparación con el control de iluminación y AV que a menudo (todavía) no está disponible en el instalador eléctrico. 

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KNX y HVAC, el trasfondo:

Temperatura

Hay varias formas de obtener la temperatura ambiente en KNX sin tener que instalar un sensor de temperatura especial en cada habitación. Por ejemplo, la mayoría de los interruptores KNX tienen un sensor de temperatura incorporado.

Interruptor Gira con control de temperatura y pantalla.

Aunque no todos estos interruptores indican la temperatura de la habitación, esto no es realmente un problema ya que estamos viendo una tendencia, especialmente con la calefacción por suelo radiante (UFH), donde la temperatura solo se muestra en un lugar central. Esto se debe a que muy rara vez es necesario cambiarlo, y cualquier cambio tardará al menos varias horas en surtir efecto.

Otros dispositivos, como los PIR y los sensores de CO2, también suelen tener sensores de temperatura incorporados, pero generalmente se encuentran en lugares que no son ideales para leer una pantalla de temperatura, como pasillos y pasillos, vestidores y otras áreas donde no hay interruptor. Dichos lugares no suelen utilizarse como espacio vital principal, pero la temperatura de estos sensores es suficiente para la regulación.

El uso de sensores de temperatura KNX ofrece la posibilidad de compensar el valor que proporcionan para leer mejor el centro de la habitación. También existe la opción de registrar una temperatura media si la habitación es grande.

Detector de movimiento Basalte Auro con sensor de temperatura incorporado.

Regulación de la temperatura

Al igual que con la medición de temperatura, hay una serie de dispositivos que pueden controlar la temperatura. Algunos interruptores pueden hacer esto, y los termostatos, los controladores de calefacción especiales o incluso algunos actuadores pueden enviar la demanda de calefacción.

KNX ofrece tres formas estándar de control de calefacción:

• PI (Integral Proporcional). 
• PWM (modulación de ancho de pulso). 
• Encendido/apagado con histéresis.

El actuador de calefacción de 6 vías Theben HMG 6 T tiene un control incorporado.

integral proporcional

Integral proporcional (PI) es un algoritmo de control que calcula la magnitud del error entre el punto de referencia y la temperatura actual, y lo compara con una función de tiempo promedio para dar una salida de 1 byte adecuada para una unidad motorizada o un ventilador de velocidad variable.

En pocas palabras, cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura ambiente y el punto de ajuste, mayor será la salida. Esto luego se reduce a medida que la habitación se calienta. Una vez que se alcanza la temperatura objetivo, la salida se restablece para evitar la sobremodulación debido al tiempo que tarda en alcanzar el estado estable.

Si el error regresa, la salida responde con pequeños incrementos para mantener el punto de referencia. Al parametrizar el termostato se establece el tipo de calefacción, ya que el control debe tener en cuenta la potencia de reacción y la potencia calorífica.

Cuando se usa PI, el control necesita conocer la potencia del elemento calefactor para calcular los tiempos de respuesta correctos. En la mayoría de los casos, las configuraciones predeterminadas predefinidas son más que adecuadas, pero se pueden realizar configuraciones manuales.

Theben Cheops admite el control PI de radiadores.

Modulación de ancho de pulso

La modulación de ancho de pulso (de la modulación de ancho de pulso o PWM) utiliza una señal de encendido/apagado basada en el valor de PI anterior. PWM convierte la salida PI de 1 byte en una salida PWM de 1 bit, lo que permite su uso en sistemas con una válvula de encendido/apagado. Esto es más común con los sistemas UFH que usan válvulas.

Exactamente de la misma manera que PI, un pequeño error da como resultado un pequeño cambio que se refleja durante un período de tiempo. Entonces, si la salida de PI es del 10 % y el ciclo de PWM es de 10 minutos, la salida estará encendida durante 1 minuto y apagada durante 9 minutos.

El Theben HMT 6 se puede utilizar para el control múltiple de la calefacción por suelo radiante.

Aan / tuit

El encendido/apagado es la forma de operación más simple y, por lo tanto, solo es adecuado para sistemas muy simples. 
El encendido/apagado funciona como se esperaba; si la temperatura está por encima del punto de ajuste, la salida se apaga, y si la temperatura está por debajo del punto de ajuste, se enciende.

Actuador de interruptor ABB con carga C de 20 A para control de encendido/apagado de cargas de calefacción.

Para evitar que la salida fluctúe entre encendido y apagado en el punto de ajuste, la mayoría de los controladores tienen un parámetro de histéresis. Esto funciona configurando un desplazamiento superior e inferior, normalmente de 1 grado, desde el punto de ajuste. Una vez que se ha excedido el límite superior, la salida no se encenderá hasta que la temperatura haya caído por debajo del límite inferior. Si bien es necesario, conducirá a más sobreimpulsos y subimpulsos de temperatura, por lo que este tipo de control debe usarse con cuidado.

El nuevo Zennio Square TMD Display admite los tres tipos de control

Modos de calefacción KNX

Hay cuatro modos utilizados en KNX para el control de calefacción y refrigeración: 
• Comodidad 
• Apoyar 
• Noche 
• Escarcha

Estos modos cambian la temperatura establecida por un valor de un byte (a menudo llamado objeto RTR). Con algunos dispositivos más antiguos, encontrará que cada modo se activa a través de un disparador de un bit y el dispositivo permanece en el último modo activado.

En algunos controladores, hay un objeto adicional para una configuración de modo de mayor prioridad, que anula el funcionamiento normal. Establecer el modo en Automático (0) desactiva esta anulación y devuelve el control al objeto RTR predeterminado, lo que puede ser especialmente útil cuando pone la casa en modo de espera.

El Basalte Deseo es un ejemplo de un panel táctil que muestra la temperatura actual y también permite la selección de modo.

Estos modos se explican por sí mismos: la comodidad se usa durante la ocupación normal de la casa, mientras que la noche se usa cuando los ocupantes del edificio están dormidos. En el modo Noche, la temperatura se puede bajar ligeramente, lo que permite que la casa vuelva de manera eficiente al modo Confort. El modo de espera (o Ausente) se usa cuando el edificio está desocupado; la temperatura se reduce, pero aún puede volver al modo Confort con relativa rapidez cuando los residentes regresan. El modo Frost se utiliza para proteger el edificio cuando está vacío durante mucho tiempo. Mantiene la casa a una temperatura más baja pero uniforme para evitar que las tuberías se congelen.

Control relativo y absoluto

Hay dos formas de configurar la temperatura para los modos anteriores. Estos son relativos y absolutos.

Relative utiliza la temperatura de confort como principal y utiliza una cifra alternativa para calcular y establecer los valores de Noche y Espera. Esto permite al usuario configurar todos los modos anteriores desde una temperatura. Sin embargo, el modo Frost tiene una temperatura establecida que no se ajusta cuando se cambia la temperatura de confort.

Tabla de valores relativos típicos de calentamiento y enfriamiento para los diferentes modos
(los valores de enfriamiento se explican con más detalle a continuación)

Absolute permite al usuario establecer una temperatura específica para cada modo. Esto proporciona un escenario más fácil de entender, pero en realidad da como resultado una interfaz de usuario más complicada, ya que cada temperatura debe cambiarse, a veces hasta ocho veces, una vez para cada uno de los cuatro modos, para calefacción y para refrigeración.

Tabla de valores absolutos típicos de calentamiento y enfriamiento para los diferentes modos.

banda muerta

Cualquiera que sea la opción que se elija, se debe considerar una banda muerta. Sin una banda muerta, habría una batalla constante entre la calefacción y la refrigeración por cualquier ligero exceso de cualquiera. Por ejemplo, si la temperatura se establece en veintidós grados sin banda muerta, la calefacción alcanzará la temperatura y el enfriamiento se activará tan pronto como la temperatura ambiente supere este punto de ajuste.

Si no hay una banda muerta, habrá una batalla constante entre el sistema de calefacción y refrigeración.

En modo refrigeración, utilizando el control relativo, se da un valor para la zona muerta y otro para la compensación de Standby y Night. Sin embargo, cuando se utiliza el control absoluto, la banda muerta es un valor específico para el punto de ajuste del modo de confort.

El ABB Busch priOn tiene un termostato incorporado y puede cambiar el modo.

Temporizadores

La forma más fácil para que un usuario final controle la temperatura establecida es a través de temporizadores. A menudo, estos están integrados en los termostatos, pero hay varias formas de ajustar fácilmente los tiempos de modo variable. Dependiendo de la instalación, puede ser necesario un temporizador de calefacción dedicado, y hay disponibles temporizadores de riel DIN que permiten configurar los tiempos a través de una pequeña pantalla, el bus o ambos.

El Theben TR 648 Top2 RC KNX es un ejemplo de interruptor horario digital montable en riel DIN.

También hay una serie de pequeñas pantallas táctiles que actuarán como un temporizador de calefacción/refrigeración dedicado para brindar al usuario final un lugar central de control. De hecho, en muchos casos ya existirá en la instalación un dispositivo que aporte un alto nivel de lógica y visualización, al que se podrán añadir los temporizadores de calefacción/refrigeración.

Además, también puede colocar temporizadores en varios paquetes de visualización.

El Zennio Z41 es un ejemplo de una pantalla táctil que ofrece múltiples temporizadores para activar modos.

Calefacción y refrigeración en dos etapas 

La mayoría de los termostatos le permiten agregar una etapa adicional de calefacción y refrigeración, o ambas. La calefacción de dos etapas proporciona una segunda fuente de calor cuando la fuente de calor principal tarda en llenar la habitación. Esto puede ser especialmente útil cuando los ocupantes del edificio vuelven al modo Confort después de su ausencia. Aunque rara vez se usa en el Reino Unido, existe una opción adicional para un segundo modo de enfriamiento para situaciones similares en climas más cálidos.

Si la fuente de calefacción principal, como la calefacción por suelo radiante, necesita un momento para alcanzar el calor de confort, los radiadores se pueden utilizar como fuente secundaria.

Al igual que con el cambio entre calefacción y refrigeración, debe haber una compensación antes de que se pueda activar la etapa extra de calefacción o refrigeración. Este respeto se puede configurar en los parámetros tan pronto como se activa la etapa adicional. La diferencia suele fijarse en torno a los dos grados, de modo que si hay una diferencia de dos grados, se activa la fuente de calefacción o refrigeración adicional.

Calefacción / refrigeración por suelo radiante

La calefacción por suelo radiante (UFH, por sus siglas en inglés) se está convirtiendo en la fuente de calefacción más popular en las nuevas construcciones, ya que ha demostrado ser uno de los sistemas de calefacción más cómodos y eficientes. Para lograr el máximo confort y sacar el máximo partido a su sistema, es necesario instalar los controles correctos y esto se puede conseguir de forma sencilla con KNX.

Como se discutió anteriormente, hay varios termostatos KNX disponibles. Después de seleccionar el termostato y establecer los parámetros para el tipo de control que desea y cómo deben funcionar los modos, el termostato envía una solicitud a la fuente de calefacción. En este artículo discutiré el proceso de usar UFH como ese recurso.

Si, como profesional de KNX, solo se ocupa del lado de control de la aplicación, debe haber una comprensión clara de dónde se encuentra el límite entre sus responsabilidades y las del ingeniero de calefacción. En un mundo ideal, el sistema UFH debería estar completamente comisionado y probado antes de que el integrador KNX se involucre en cualquier tipo de control. Pero como todos sabemos, a menudo este no es el caso, y conocer los conceptos básicos de cómo funciona el sistema UFH puede ayudar a solucionar problemas de puesta en marcha del sistema.

Hay dos tipos principales de HNF, a saber, eléctrica e hidráulica. 

HNF hidráulica

Con la hidráulica, el agua caliente (o fría) fluye a través de las tuberías y emite calor a la habitación, dependiendo el contenido de calor de la profundidad de las tuberías. Para mantener una distribución uniforme del calor, las tuberías deben estar en espiral como se muestra a continuación.

La forma incorrecta (izquierda) y correcta (correcta) de colocar tuberías de calefacción por suelo radiante.

Dependiendo del tamaño del piso, no es raro que una habitación tenga más de una bobina. Por ejemplo, una gran sala de estar y comedor abierta requiere dos bobinas. Del mismo modo, dos habitaciones pequeñas juntas, como un baño con ducha y un vestidor, se pueden calentar con una sola bobina.

Cada bobina está conectada a un colector y cada zona del colector está controlada por un actuador electrotérmico. Luego se conecta a un controlador de distribuidor KNX.

El Theben HM 12 T es un actuador de calefacción de 12 vías que puede controlar doce actuadores térmicos de 24 V-240 V CA en 4 grupos, cada uno con 3 salidas y 450 mA.

Dependiendo del controlador elegido, a menudo existe la opción de conectar dos zonas a un canal. Esto es especialmente útil si se necesitan dos bobinas para una habitación más grande. Cuando se utiliza calefacción por suelo radiante hidráulico, también se debe tener en cuenta el control de la caldera.

El actuador de calefacción de 6 vías HMT6 de Theben en la esquina superior izquierda controla un distribuidor de calefacción de suelo hidráulico.

HNF eléctrica

Hay dos tipos de calefacción por suelo radiante eléctrico. El más común es cuando un elemento calefactor eléctrico se integra en una alfombra y se instala debajo del piso. Esto suele ocurrir en baños y aplicaciones de reacondicionamiento. El segundo tipo, que es menos común, es un cable con un elemento grande que se sujeta a la rejilla de refuerzo del piso antes de verter el hormigón. Todas las colas de los elementos se devuelven a un punto central y se controlan con un relé de tamaño adecuado, aunque hay que tener en cuenta que estos tendrán grandes cargas. Si bien la UFH eléctrica responde muy bien, su funcionamiento puede ser costoso.

Estera eléctrica de calefacción por suelo radiante (izquierda) y rejilla de barras de refuerzo antes de conectar el cable del elemento (derecha).

Consideraciones al controlar la HNF

Hay tres consideraciones a tener en cuenta al organizar la calefacción por suelo radiante: 

1) Mantenimiento de la temperatura del aire La forma más habitual de controlar el suelo radiante, la temperatura del aire mantenida, toma la demanda de cada estancia del termostato KNX.

2) Temperatura de piso mantenida que se usa a menudo en baños y otras áreas alicatadas, esto asegura una temperatura de confort mínima en todo momento. Para lograr esto, se requiere una sonda de piso, ya sea utilizada como entrada en el controlador de la habitación con una ponderación a favor del piso, o como un lazo separado.

3) Apagado por sobrecalentamiento Se utiliza con UFH eléctrico o como dispositivo de seguridad para ciertos tipos de pisos, como acabados de madera delicados. La forma más sencilla de conseguirlo es instalar una sonda de suelo con un termostato independiente. Esto proporciona una definición clara entre el termostato predeterminado y la anulación de 'sobretemperatura'.

En todos los casos, se recomienda utilizar un comando PI que se convertirá en un PWM en la mayoría de los controladores múltiples. Esto evita el exceso y el exceso de la temperatura ambiente establecida. 

Las salidas del actuador de calefacción Gira de 6 elementos se pueden controlar con conmutación o con modulación por ancho de pulsos (PWM).

Otras Consideraciones

Hay algunas otras cosas a considerar cuando se trata de la regulación de UFH. 

• Monitoreo de la temperatura del agua 
Con la calefacción hidráulica, es importante controlar la temperatura del agua utilizada para calentar el piso. Esto se puede gestionar en el colector o en la propia tubería. Dependiendo de la especificación, puede haber una válvula de temperatura variable que deba controlarse.

• Verifique el flujo de agua 
Si tiene problemas con el control de la calefacción, pero está seguro de que el aspecto KNX de la instalación funciona sin problemas, hay algunas comprobaciones generales que puede realizar. Por ejemplo, es importante asegurarse de que el agua no se bombee con demasiada fuerza a través de las cabezas de las válvulas. Si es demasiado rápido, el agua hará que el sistema funcione de manera ineficiente. Demasiado lento, y el piso rara vez se calentará por completo. Dependiendo de la longitud de la tubería, el caudal debe ajustarse para garantizar una transferencia de calor óptima al suelo.

• Revisar etiquetas y tomar fotos e imágenes térmicas. 
Los circuitos de salida del distribuidor también deben revisarse, ya que a menudo están mal etiquetados. Esto puede hacer que una habitación esté más caliente que otra o, en el peor de los casos, que una habitación no se caliente en absoluto. Lo mejor es tomar fotografías de la instalación antes de colocar el piso. También puede ser una buena idea utilizar la tecnología de imágenes térmicas para determinar si el sistema funciona de manera eficiente.

Control de caldera

Las tuberías de cobre, el agua a presión y las calderas se reservan en gran medida al fontanero. Con respiraderos y manómetros, válvulas de drenaje y flujos secundarios, es un misterio a primera vista y es mejor evitarlo. 

No en vano, se despliegan especialistas para instalar las calderas. Necesitamos calor (o al menos controlarlo), y la mayoría de las veces proporcionamos un contacto libre de potencial al plomero y esa es nuestra señal de 'demanda'. Sin embargo, esto no necesariamente le brinda al cliente un sistema particularmente eficiente y, en ciertos casos, como la calefacción por suelo radiante, el sistema no puede reaccionar rápidamente o adaptarse a los cambios de estación o al mal tiempo.

En general, si podemos influir en la elección de la caldera, podemos ofrecer al cliente un sistema más eficiente energéticamente si la caldera:

a) Responda a una pregunta de 0-10V. 
b) Tener la capacidad de instalar un kit de compensación climática. 
c) O mejor aún, adhiérase al estándar OpenTherm.

señal 0-10V

Mediante el uso de una señal de 0-10V, la caldera puede modular sus quemadores para variar la temperatura de suministro, lo que lleva a una mayor eficiencia. Con las calderas de condensación, nosotros, o más bien el fontanero, debemos asegurarnos de que la temperatura de retorno sea lo suficientemente baja para permitir que la caldera funcione de la manera más eficiente posible en modo de condensación. Ese tema merece su propio artículo. El 0-10V significa que la caldera no produce exceso de calor cuando no se necesita.

El control basado en la demanda permite que la caldera module sus quemadores, lo que resulta en una mayor eficiencia.

Compensación climática

Otra variable que puede ser un problema es un descenso repentino de la temperatura exterior. Al instalar un kit de compensación climática, la caldera puede ajustar la temperatura de suministro hacia arriba de acuerdo con estas caídas del exterior, aportando más calor al sistema para compensar la pérdida de calor que experimentará el edificio durante una ola de frío.

Si no se hace nada en la caldera, podemos proporcionar una funcionalidad similar a través de los componentes KNX, pero esto requiere un poco de lógica y es posible que no estemos aprovechando al máximo las capacidades de la caldera.

OpenTherm

OpenTherm (OT) es interesante y es compatible con KNX. El protocolo OpenTherm, de aplicación internacional, permite que un termostato de ambiente u otro dispositivo, como un actuador de calefacción KNX, module la caldera en función de la demanda de la habitación o del sistema en su conjunto. Además, las calderas se pueden interrogar en busca de errores, tiempos de combustión, configuraciones de temperatura de flujo y una amplia gama de parámetros operativos que pueden ser valiosos cuando se usan junto con una VPN (red privada virtual) en la red de datos, ya que puede ser útil para mantenimiento.

Productos como Theben KNX-OT-Box devuelven estos mensajes a la red troncal KNX y, de hecho, ofrecen la posibilidad de enviar información de compensación meteorológica directamente desde el bus a la caldera.

Theben KNX-OT-Box sirve como interfaz entre calderas con bus OT y KNX.

Los módulos lógicos no son caros, pero las curvas PI (Integral Proporcional) y PID (Derivada Integral Proporcional) no están intrínsecamente integradas en las unidades más económicas. Obtener dicha funcionalidad cuesta un poco más, por lo que la ruta más fácil hacia la eficiencia de la caldera normalmente es dejar que la caldera module la temperatura de flujo. Hay productos como el miniservidor Loxone que le brindan un entorno de programación formidable para tomar el control de la sala de tecnología, pero requiere cierta habilidad de programación y una comprensión clara del diseño de la sala de tecnología.

Comprender el diseño de la sala técnica ayudará al programador KNX a maximizar la eficiencia del sistema de calefacción.

Fuente: KNX Control y knxtoday

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