06-14.-“Automatización edificio bioclimático”, del área temática Nº 6 ( Ingeniería Energética. Energías Renovables Primer Autor: Félix Arróniz Fernández de Gaceo Segundo Autor: Luis Andrés Pascual DESCRIPCION DEL PROYECTO: 1.-Objeto: El Gobierno de Navarra a través del Departamento de Educación e Industria sacó a concurso público la realización del proyecto de Automatización y Control del Edificio de Acceso del Centro Nacional Integrado de Energías Renovables, sito en Imarcoain. (10-01-02 ). La automatización del edificio se ha realizado cumpliendo principalmente los objetivos: a.- Realizado en base a tecnologías implementadas y normalizadas en los centros de Formación Profesional del Gobierno de Navarra, por otra parte son las mas extendidas de aplicación en la industria Navarra. b.-Al ser un edificio emblemático, integrador de las diferentes energías renovables, debe poderse analizar y estudiar cada energía renovable integrada, tanto en tiempo real como con históricos, especialmente el balance energético de cada instalación y el balance energético global del edificio. c.- El sistema de automatización del edificio deberá poder archivar todos los datos de las variables representativas de las distintas instalaciones energéticas renovables integradas, para así poder servir de investigación, no solo a los profesores y alumnos del centro, sino también a todos los centros y empresas, tanto autonómicas, nacionales o internacionales, con las que se establezcan acuerdos con el Gobierno de Navarra. d.-El sistema debe permitir tener acceso, vía Internet, hasta 50 clientes simultaneos, a todos los datos que se desee publicar. Por tanto es un edificio de fácil explotación de mantenimiento ( técnicos preparados en las Escuelas de Formación Profesional de Navarra ) y que servirá de base de datos, análisis y seguimiento del comportamiento de las diferentes instalaciones de energías renovables integradas tanto desde el propio edificio como a distancia desde cualquier lugar del mundo que tenga acceso a internet. 2.- Instalaciones de Energías Renovables Integradas en el edificio: -Instalación termosolar para calefacción por suelo y muro radiante y ACS. -Instalación de refrigeración por suelo y muro radiante por agua del subsuelo. -Instalación de Invernadero. -Instalación de Muro Trombe. -Instalación de Shunt Termosolar. -Instalación Fotovoltaica de 5 kW. 2.1.- Instalación termosolar para calefacción por suelo y muro radiante y ACS. 2.1.1.- Circuito Primario y Secundario. PANELES SOLARES Siempre que el salto térmico de temperatura del agua a la salida de los paneles (17)y del interacumulador (18), sea superior a un valor prefijado y regulable (entre 2 ºC y 15 ºC ), se pondrá en marcha las bombas del circuito primario y secundario, entregando energía al depósito interacumulador. La energía entregada por el circuito primario la calcula el sistema con los datos de la temperatura de ida (17), retorno (16) y caudal (42 ).

1136

PANELES SOLARES

INTERACUMULADOR

INTERCAMBIADOR DE PLACAS

17

16

36.2

36.1

18

Gráfica 1: Resumen del circuito termosolar, primario y secundario.

2.1.2.- Circuito calefacción Interacumulador: Si la temperatura del agua del Interacumulador (18 ) ≥ X ºC, (esta temperatura se podrá reglar entre 45 ºC y 60 ºC) entonces las válvulas de establecimiento del circuito de calefacción se colocan en posición “Interacumulador” y si existe demanda de calefacción, temperatura ambiente (esta temperatura se podrá reglar entre 17 ºC y 24 ºC), se accionarán las bombas de los circuitos de Muro y Suelo radiante. Mediante las válvulas proporcionales de suelo y muro radiante controlamos que la temperatura de los circuitos de muro y suelo no pasen de los límites establecidos por la OMS ( Organización Mundial de la Salud ). La energía entregada por el muro y suelo radiante, la calcula el sistema con los datos de la temperatura de ida (21.1 , 22.1), retorno (21.2, 22.2) y caudal de cada circuito ( 46, 47 ).

1137

INTERACUMULADOR

DEPOSITO ACUMULADOR

CIRCUITO SUELO RADIANTE

VALVULA TODO NADA

VALVULA TODO NADA

VALVULA MEZCLADORA

CIRCUITO MURO RADIANTE

VALVULA MEZCLADORA

CALEFACCIÓN DESDE EL INTERACUMULADOR

21.1

21.2

22.1

22.2

38.1

38.2

18

Gráfica2: Resumen del circuito calefacción por muro y suelo radiante. 2.1.3.- Circuito de acumulación de exceso de agua caliente: El gran depósito acumulador recibirá energía del Interacumulador siempre que la temperatura del agua del Interacumulador (18) sea ≥ X ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 50 ºC y 60 ºC) y la diferencia entre (18 ) y la entrada al Acumulador (39.1) sea ≥ Y ºC, (este diferencial de temperatura se podrá reglar entre 3 ºC y 15 ºC) accionando la bomba de circulación. No funcionará cuando esté funcionando la Caldera de Apoyo. La energía entregada por el interacumulador al gran depósito de acumulación, la calcula el sistema con los datos de la temperatura de ida (39.1 ), retorno (38.2) y caudal (43).

1138

INTERACUMULADOR

DEPOSITO ACUMULADOR

38.1

38.2

39.1

18

Gráfica 3: Resumen del circuito de acumulación de exceso de agua caliente. 2.1.4.- Circuito calefacción desde gran acumulador: Si estamos en invierno y la temperatura del agua del Interacumulador (18) < X ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 45 ºC y 60 ºC) y la temperatura del agua del Acumulador (39.1) > 40 ºC, (esta temperatura se podrá reglar entre 25 ºC y 60 ºC) entonces las válvulas se colocan en posición “Acumulador” y si existe demanda de calefacción, temperatura ambiente, se accionarán las bombas de recirculación de suelo y muro radiante, tomando energía del gran acumulador. La energía entregada por el gran depósito acumulador a los circuitos de muro y suelo radiante, la calcula el sistema con los datos de la temperatura de ida (21.1 , 22.1), retorno (21.2, 22.2) y caudal de cada circuito ( 46, 47 ). 2.1.5.- Agua Caliente Sanitaria (ACS) a.- La temperatura de ACS tiene se mantendrá en 42 ºC (37.2) , la regulación es mecánica. b.- La fuente de energía de ACS es siempre el Interacumulador. Para mantener estas temperaturas se suministrará energía con los siguientes condicionamientos:

1).- Paneles Solares: Siempre que la temperatura del circuito de salida solar (17) sea mayor de 10ºC (este diferencial de temperatura se podrá reglar entre 2 ºC y 15 ºC) con

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relación a la temperatura del agua del Interacumulador (18) se activaran las bombas (Recirculación circuito primario y secundario). 2).-Si la temperatura del agua del Interacumulador (18) baja de 45 ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 40 ºC y 55 ºC) entrará en funcionamiento la Caldera de Gas, accionando la bomba recirculadora. El sistema dispone además de: Válvula proporcional que mezcla el agua de red con la ACS del Interacumulador y mantiene ACS en 42 ºC, es automática con funcionamiento mecánico integrado. Bomba (BRACS) que estará funcionando durante todo el día, por ejemplo de 9 h a 17 h de Lunes a Viernes. (estas horas se podrán reglar). 2.1.5.- Caldera de apoyo. Funcionará sólo cuando la temperatura del agua del Interacumulador (18) sea < X ºC, (esta temperatura se podrá reglar entre 40 ºC y 55 ºC) accionando la bomba de recirculación. 2.2.- Instalación de refrigeración por suelo y muro radiante con agua del subsuelo. Siempre que estemos en verano (válvulas en posición verano) y la temperatura del Muro Radiante Oeste (30) y la temperatura del pozo (41.1) tengan una diferencia de ≥ X ºC (este diferencial de temperatura se podrá reglar entre 2 ºC y 15 ºC) y la temperatura ambiente ≥ 24 ºC se accionarán la bombas (Bombas de recirculación de circuitos de muro y suelo radiante y Bomba del Pozo). La energía de refrigeración entregada por el agua fria del pozo al edificio por los circuitos de muro y suelo radiante la calcula el sistema con los datos de la temperatura de ida (41.1 ), retorno (41.2) y caudal (45).

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INTERACUMULADOR

DEPOSITO ACUMULADOR

CIRCUITO

SUELO RADIANTE

VALVULA TODO NADA

VALVULA TODO NADA

VALVULA MEZCLADORA

INTERCAMBIADOR DE PLACAS

POZO

CIRCUITO MURO RADIANTE

VALVULA MEZCLADORA

21.1

21.2

22.1

22.2

41.2

41.1

Gráfica 4: Resumen del circuito de refrigeración por agua de subsuelo.

2.3.- Instalación de invernadero. 2.3.1.- Invierno: a.- Ventanas abatibles (4) siempre cerradas. b.- Cuando la temperatura de la sonda de temperatura ambiente del invernadero (15) tenga 3 ºC más que la temperatura ambiente del edificio (23.1) y la temperatura de la (23.1) ≤ 20 ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 12 ºC y 28 ºC) que se pondrá en marcha los ventiladores (5). c.- Las persianas (3) siempre abiertas (subidas) o buscando la máx. penetración de luz durante el día.

1141

d.- Las persianas cerradas durante la noche. 2.3.2.- Verano a.- Ventanas abatibles (4) siempre abiertas. b.- Cuando la temperatura ambiente invernadero sonda (15) sea > X ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 11 ºC y 27 ºC), cerrar las persianas. c.- Las persianas permanecerán cerradas durante la noche. La energía entregada por el invernadero al edificio, la calcula el sistema con los datos de la temperatura de salida (10), ambiente invernadero (15) y caudal del ventilador ( 5 ).

1.-Cristalera y puerta de acceso al invernadero2.-Cristalera3.-Persiana4.-Ventanas abatibles5.-Ventiladores

12

3

4

4

5

12

109 8

11

13

15

14

24.1

424

.13

Sonda nº 10

Sonda nº 12Sonda nº 11

Sonda nº 8Sonda nº 9

Sonda nº 24.14Sonda nº 24.13Sonda nº 15Sonda nº 14Sonda nº 13

89

101112131415

24.1324.14

Gráfica 5: Resumen del invernadero.

2.3.3.- Datos del invernadero sacados del los días mas calurosos y soleados (17-08-2002 ) y mas frios tanto soleados ( 31-01-2003 ) y nó soleados (30-01-2003)

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Gráfica 6: Resumen temperaturas horarias diarias del invernadero en el día mas caluroso y despejado del verano 2002 (17-08-2002): roja = temperatura ambiente del invernadero, azul = temperatura exterior

ambiente, negra = temperatura ambiente dentro del edificio.

Gráfica 7: Resumen temperaturas horarias diarias del invernadero en el día mas frio y despejado del invierno 2003 (31-01-2003): roja = temperatura vidrio del invernadero por fuera, azul = temperatura

ambiente exterior, negra = temperatura vidrio del invernadero por dentro, verde = temperatura ambiente del invernadero .

1143

Gráfica 8: Resumen temperaturas diarias del invernadero en el mes de enero 2003: roja = temperatura

ambiente del invernadero, azul = temperatura ambiente exterior, negra = temperatura ambiente del interior del edificio.

2.4.- Instalación de muro trombe. 2.4.1.-Invierno a.- Ventanas abatibles (8), siempre cerradas. Compuertas en posición de invierno. b.- Cuando la temperatura del muro de la sonda (24.15) tenga 3 ºC más que la temperatura ambiente del edificio (23.1) y la temperatura de la (23.1) ≤ 20 ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 12 ºC y 28 ºC) que se pondrán en marcha los ventiladores (7). 2.4.2.-Verano Ventanas abatibles (8) siempre abiertas. Compuertas en posición de verano. La energía entregada por el muro trombe al edificio, la calcula el sistema con los datos de la temperatura de salida (7), ambiente camara de muro treombe (5) y caudal del ventilador ( 6 ).

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1.-Muro acristalado2.-Cámara de aire3.-Muro intermedio4.-Cámara de aire interior5.-Muro interior6.-Ventiladores7.-Compuertas8.-Ventanas9.-Estanque

1

2

35

4

6

7

8

96

7

4

5

24.1

5

24.1

6

Sond nº 6

Sonda nº 24.16Sonda nº 24.15Sonda nº 7

Sonda nº 5Sonda nº 44

567

24.1524.16

Gráfica 9: Resumen del muro trombe. 2.5.- Instalación de Shunt termosolar. Es una instalación que en el proyecto se emplea solamente de refrigeración en verano, bien pudiera emplearse como regeneradora de aire solucionado. a- Siempre que la temperatura interior del edificio (23.1) sea ≥ 24 ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 16 ºC y 32 ºC) que se pongan en marcha los ventiladores (2) y abrir las 6 clapetas (4) de aire superior del edificio. b- Si al cabo de 1 min. la temperatura de la sonda (2) ≥ 23 ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 15 ºC y 31 ºC) pararán los ventiladores y cerrar las 6 clapetas durante un mínimo de 15 min.. c- Cuando la temperatura interior (23.1) sea 23 ºC (esta temperatura se podrá reglar entre 15 ºC y 31 ºC) pararán los ventiladores (2) y cerrar las 6 clapetas (4). La energía de refrigeración entregada por el shunt termosolar al edificio, la calcula el sistema con los datos de la temperatura de salida (2), entrada de aire a los conductos (1) y caudal del ventilador ( 2 ).

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1

2

3

4

1.-Conductos de ventilación 2.-Ventiladores3.-Compuertas de entrada del aire4.-Compuertas de salida de aire

1 2

3

Sonda nº 1Sonda nº 2Sonda nº 3

123

23.1

Sonda nº 24.123.1

Gráfica 10: Resumen del circuito shunt termosolar.

Datos del día mas caluroso del verano de 2002( 17-08-2002 )

Gráfica 11: Resumen temperaturas : Negra, temperatura ambiente. Roja, temperatura a la entrada del

conducto al edificio. Verde, temperatura ambiente del edificio.

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2.6.- Instalación fotovoltaica de 5 kW. El sistema toma los datos de tensión , intensidad, potencia de los inversores solares, mediante una comunicación MODBUS y los integra junto los datos del resto de instalaciones renovables, para calcular el balance energético global del edificio. 3.- Agradecimientos. 3.1.- Al Gobierno de Navarra, Departamentos de Educación e Industria, especialmente a D. Tomás Cambra, director del Centro Nacional de Integración de Energías Renavables por su colaboración en la ejecución del proyecto. 3.2.- A los integrantes de los equipos multidisciplinares de e ingenieros, Hnos Martinez Oroquieta, Manuel Enriquez, Javier Barcos e Ismael Caballero, que gracias a su buen hacer y colaboración hemos podido desarrollar el proyecto. 3.3.- Al propio personal de ARRONIZ Ingeniería SL, especialmente: Luis Andrés, Alberto Arróniz y Amaya Albéniz que gracias a su buen hacer, esfuerzo y dedicación pudimos desarrollar este proyecto. Pamplona 30 Junio 2003. Firmado: Félix Arróniz Fernandez de Gaceo

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