CENTRA LINE Eficiencia Energética. Sistemas de Automatización y Control de Instalaciones de Centros Docentes

Transcripción

1 CENTRA LINE Eficiencia Energética Sistemas de Automatización y Control de Instalaciones de Centros Docentes Valeriano Carnero 2 de Julio 2014

2 Eficiencia Energética a través del BMS Entendiendo el funcionamiento del Centro Docente Consumo energía en Centros Docentes Entendiento el sistema BMS Niveles de control Funcionalidades de los niveles Arquitecturas Abiertas Requisitos de los niveles Procesos de optimización Medicion Informes Análisis Optimización Ejemplos en el Ahorro Conclusiones 9-Jul-14 2

3 Entendiendo el Funcionamiento del Centro Docente Son edificios complejos Funcionan en distintos periodos de ocupación con gran complejidad horaria Multiusos. Administracion, Aulas, Comedores, Salas de usos multiples, Salón de Actos, Pabellones deportivos Talleres, laboratorios, salas informática Necesitan Confort y seguridad a alumnos, profesores y personal administrativo Control y seguridad de espacios multiusos Facilmente adaptables a la ocupación de los espacios Monitorización de alarmas Interoperabilidad entre todos los sistemas (alumbrado, incendios, seguridad) Eficiencia Energética 9-Jul-14 3

4 Entendiendo el Funcionamiento del Centro Docente Demanda energética Funcionan en periodos con picos de consumos Periodos con alta ocupación y periodos con muy baja ocupación. Posibilidad de desconexión de subsistemas en base a ocupación Pabellones deportivos con gran consumo energético Control todo o nada limitado a pocas aplicaciones Limitación de pérdidas en válvulas de control Gestión de generadores eficiente (cascada o paralelo) en función de su curva de rendimiento Regulación de temperatura de fluido en función de temperatura exterior. Control de temperatura por zona térmica. Válvulas termostáticas 9-Jul-14 4

5 Entendiendo el Funcionamiento del Centro Docente Confort, Seguridad y Eficiencia energética Diseño Instalación Control Mantenimiento Eficiente 9-Jul-14 5

6 Consumo energía en Colegios Campo principal actuación BMS: Climatización: 47% ACS: 3% Iluminación: 17% TOTAL 85% Fuente: Balance energético de la Comunidad de Madrid 2008.Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Comunidad de Madrid 9-Jul-14 6

7 Entendiendo el sistema BMS Cliente (Browser) Central Gestión Energía Internet TCP/IP Control HVAC Medición Seguridad Incendios Alumbrado 3ª partes Rango completo de control de zona y planta usando el protocolo BACnet Rango completo de control de zona y planta usando el protocolo LON Soluciones de medición para caudal, electricidad, calor, frío. Incluye históricos lecturas remotas, informes gráficos Detección de intrusion, control CCTV, incluye video en vivo y grabación sistema de llamada a enfermera, etc Detección de incendios / monitorización / Vesda Integración de sistemas de control de alumbrado a través de protocolos estándar como KNX/EIB y Dali Integración de soluciones de 3ª partes como control de enfriadoras (ModBus), refrigeración / paquetes controlador (DanBus), sistemas OPC, 9-Jul-14 7

8 Entendiendo el sistema BMS Cliente (Browser) Central Gestión Energía Internet TCP/IP Control HVAC Medición Seguridad Incendios Alumbrado 3ª partes Rango completo de control de zona y planta usando el protocolo BACnet Rango completo de control de zona y planta usando el protocolo LON Soluciones de medición para caudal, electricidad, calor, frío. Incluye históricos lecturas remotas, informes gráficos Acceso, Intrusión CCTV Detección de intrusion, control CCTV, incluye video en vivo y grabación sistema de llamada a enfermera, etc Seguridad Detecc. Detección de incendios / monitorización / Vesda Integración de sistemas de control de alumbrado a través de protocolos estándar como KNX/EIB y Dali Integración de soluciones de 3ª partes como control de enfriadoras (ModBus), refrigeración / paquetes controlador (DanBus), sistemas OPC, 9-Jul-14 8

9 Entendiendo el sistema BMS Niveles de control Aplicaciones Nivel Supervisión Complejidad Supervisores Gestiones energéticas Análisis de tendencias y generación de informes Diversos sistemas/protocolos standard Gestión de horarios Control Controladores Aplicaciones específicas Controladores certificados para ahorro energético Campo Communicating Elementos de campo Recogida de datos Tipo control (T/N, proporcional) Optimización instalación 9-Jul-14 9

10 Entendiendo el sistema BMS Funciones de los niveles Nivel 1 Supervisores Operación Alarmas Informes Ayuda Redireccionamiento Análisis Datos Documentación Ingenieria Mantenimiento Networking kwh s Alarmas Tecnicas Alarmas Control Alimenta. Demandas Horarios Nivel 2 Controladores Enclavanientos Lazos de Control y = f(x) Calculos h Horas Operativas Consignas Carácteristicas Grabacion Supervision Contaje Manejo Manual Nivel 3 Equipo de Campo J Lecturas Estados M Comandos M Posicionamiento 9-Jul-14 10

11 Entendiendo el sistema BMS Funciones de los horarios Permitir crear reglas horarias Horarios Basadas en Fecha Periodo Vacaciones perpetuo Fiestas consolidadas Basadas en rango Periodos extras de uso continuado Actividades complementarias Basadas en Evento Periodos extras desplazado Actividades complementarias 9-Jul-14 11

12 Nivel 3 Equipos y elementos de Campo Los elementos de campo son los ojos, oidos y manos No es posible una buena gestión de la energía sin un nivel de campo adecuado Visión Clásica Visión real 9-Jul-14 12

13 Nivel 2 Requisitos Controladores Salas Soluciones especificas de los controladores de zona en un Centro docente Fancoils en Despachos, circuitos radiadores perimetrales en aulas Cajas VAV en laboratorarios,, Oficinas.. Caja CVC en Almacenes Termoventiladores en Pabellones, gimnasios y talleres Fancoils o VAV en pasillos y distribuidores 9-Jul-14 13

14 Nivel 2 Requisistos Controladores Habitaciones Controladores con certicacion eu.baccert. Permite ahorro de un 30% respecto de edificios que no disponen de dicho certificado. El Serval excede los requerimientos de precisión en un 400% Salida 0_10V para control de velocidades o control de válvula, Detiene control con ventana abierta. Reduce consignas si no hay presencia. Control proporcional: una reducción de 1ºC en consigna supone un 7% de ahorro en calefacción. Desviación de 1,5K implica 9% consumo adicional Permite enviar señal de demanda a controladores de planta Permite conexión con el BMS: sólo se activa el control cuando la habitación se ocupa, 100% control output (%) electric heat heating demand zero-energy band heating setpt. cooling setpt. cooling demand fan stage 3 fan stage 2 fan stage 1 temperature of room heating proportional band cooling proportional band 9-Jul-14 14

15 Nivel 2 Requisistos Controladores Planta Soluciones especificas de los controladores de planta en un Centro Docente Produccion Calor y Frío Producción ACS Paneles Solares Climatización Climatizaciones Aire primario y zonas comunes Climatizadores Salones de Actos, Cafeterias, salas de usos múltiples Control de Piscinas Alumbrado Zonas Comunes Alumbrado Aulas 9-Jul-14 15

16 Nivel 2 Requisistos Controladores de Planta Facil mantenimiento: Sin Baterías, Sin partes móviles Descarga de actualizaciones tanto en aplicación como firmware sin pérdidas de valores manual, horas de funcionamiento, horarios, Abiertos: Capaces de integrase con componentes propios como con componentes de terceros Integra por lon con controladores de Sala tipo SERVAL Integra con terceros a través de LON, Bacnet MS/TP y Bacnet TCP/IP, Meterbus, Modbus Funcionalidad: Controladores a tiempo real para HVAC, garantizando ciclo de tiempo Escalabilidad: Diferentes modelos con diferentes capacidades para diferentes aplicaciones y escalables a través de módulos I/O Inversión Segura: Soporta Meterbus, Modbus, BACnet y LON estandar en un mismo controlador Accesibilidad & facilidad de uso: Se puede operar desde naveadores web a través del servidor web integrado Con pantalla de manejo incorporada en el dispositivo o externa Señales Onboard Secuencias operativas estandar con gráficos personalizados opcionales Servidor Web Apache Flexibilidad: Librementes programables para adaptarse a cualquier aplicación requerida con una herramienta de programación muy productiva 9-Jul-14 16

17 Nivel 3 Requisistos Supervisores Abiertos: Capaces de integrase con componentes propios como con componentes de terceros Funcionalidad: Capaces de Ajustar parámetros Consignas, horarios Almacén en bases de datos SQL Localmete o en remoto Escalabilidad: Diferentes modelos con diferentes capacidades para diferentes integraciones Gestion de datos: Tendencias históricas y tendencias online Bases de datos de distintos controladoes o servidores Base de datos standar SQL Exportación automática a Gestores de energía Conexiones Remotas: utilizando técnología web integrar los sitios remotos como propios Accesibilidad & facilidad de uso: Misma arquitectura IT para datos, voz ip, BMS Se puede operar desde navegadores web a través del servidor web integrado Servidor estandar con microsoft FrameWork Segregación por usuario Gestión Alarmas: Capaz de gestionar las alarmas en orden de gravedad, redirigir al usuario adecuado y escalar en el caso de necesidad. Base de datos de alarmas Informes de Alarmas 9-Jul-14 17

18 Entendiendo el sistema BMS Proceso de la Gestión Energética n em á 1. Antes de hablar sobre optimización, es d f il o zi r da s m necesario pensar en la medida del ac i e is ó consumo n 2. Generar los informes de consumo en un formato comprensible 3. Analizar el ahorro potencial en el perfil de consumo actual a. Buscando anomalías b. Cotejando con sistemas comparables 4. Definir las optimizaciones 5. Verificar el resultado Por supuesto, nos lleva a una nueva medida del consumo O p ta I Mi 9-Jul-14 18

19 Proceso de la Gestión Energética Paso 1.- Medida La medición es inutil sin grabación de datos El consumo instántaneo es poco interesante El histórico del consumo es necesario para el análisis de conducta. Energy Management System Exportaciones periodicas Systema BMS - Energía Circuitos de distribución - Energía ACS - Energía Refrigeración - Energía Eléctrica - Consumo Agua fría y caliente - Consumo de Gas - Temperaturas de confort Exportación de los datos guardados para su análisis en otras herramientas Desde la base de datos estandar SQL Server Database Via exportación ficheros Microsoft Excel / CSV El accesos remoto permite la comparación de diferentes sitios del cliente Pudiendo establecer "normalización" 9-Jul-14 19

20 Proceso de la Gestión Energética Paso 2.- Informes Los informes gráficos de datos son básicos en el análisis y documentación de resultados Las medidas y los datos normalizados / enriquecidos pueden ser analizados por Personas cualificadas Herramientas de análisis de energía Tipicamente los análisis incluyen: Comparativos - Con otros edificios similares - Dia a día Comprueba anomalias en el consumo - Picos - Altos consumos durante los periodos de no ocupación Cambio de ajuste / escenarios - P.E. efecto de cambiar el contrato de abastecimiento Heating Energy Consumption [kwh] Datos medidos enriquecido combinando consumo /ºC día Time Degree Days 9-Jul-14 20

21 Analisis de consumo básico Analisis picos de consumo Comparativo semanal 9-Jul-14 21

22 Proceso de la Gestión Energética Paso 3.- Optimizaciones Lo primero, determinar el tipo de optimización Después, implementar la optimización Menor consumo mientras se continua con la grabación de los datos Seguir con informes periodicos para comprobar la solución Ejemplo 1: cambiar los aislantes de la instalación La optimización consiguió: Ejemplo 2: Optimizar el algoritmo del control Ahorro de energía hasta un 15% (Fuente: Ökotherm Study 2008 ) Incrementa el ciclo de vida de la instalacion Menor influencia de las condicciones exteriores al consumo 9-Jul-14 22

23 Ejemplo1: Edificio antes y después de la mejora del aislamiento Heating Energy Consumption [kwh] Degree Days Time 9-Jul-14 23

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25 9-Jul-14 25

26 Proceso de la Gestión Energética Estrategia Ahorro por renovación aire Edificio Administrativo: m2 ( m3) Renovaciones /h = 8 x vol = m3/h CONDICIONES Tª consigna verano: 26ºC Tª consigna invierno: 22ºC 11 horas diarias 5 días laborables 4 meses verano 8 meses invierno 9-Jul-14 26

27 Proceso de la Gestión Energética Estrategia Ahorro por renovación aire Funcionamiento Tradicional: Perfil ocupación oficinas. EN15232 Q aire renovación (m3/h) función de: m2 local y ocupación fija. Ajustando el Q aire renovación a demanda real en función de ocupación EN y RITE 1027/2007, contemplan control renovación aire fresco en función de calidad de aire (CO2 y otros). Método óptimo, caudal de aire ajustado a demanda real puntual. CO2 limitado máximo 500 ppm (Centros Docentes) AHORRO AIRE RENOVACIÓN Renovación Tradicional: m3/h Ocupación real promedio= 0.75 Renovación real promedio= m3/h Ahorro= m3/h 9-Jul-14 27

28 Proceso de la Gestión Energética Estrategia Ahorro por renovación aire Cálculo Energía Ahorrada Calefacción/Refrigeración Energía, kw= Q (m3/s) x ρ(kg/m3) x cp (KJ/KgºC) x (Tª consigna-tª ambiente) ºC Ahorro de Energía por el ajuste del caudal de aire de renovación a la demanda. Datos Invierno Verano Volumen aire m3/h Temperatura ºC 22ºC 26ºC Tª ambiente ºC Mín. y máx. diarias según AEMET Ciudad Madrid Energía Invierno (kwh) Verano (kwh) Enero kwh 0 Febrero kwh 0 Marzo kwh 0 Abril kwh 0 Mayo kwh 0 Junio 0 kwh 333 kwh Julio 0 kwh kwh Agosto 0 kwh kwh Septiembre 0 kwh 300 kwh Octubre kwh 0 Noviembre kwh 0 Diciembre kwh 0 Ahorro Temporada kwh kwh Ahorro Total kwh (73.400kg CO2) 9-Jul-14 28

29 Ejemplos para el Ahorro Resumen Analisis y documentación del consumo de energía Aislamientos contra influencias externas (climatología, radiación solar ) Demanda produción de Calefacción / Refrigeración Contadores de energía Analisis / Puntos de referencia Control de persianas / ventanas Evaluación del impacto de las condiciones externas (ºC dia) Estrategias de Calefacción / Refrigeración CentraLine, soportando: Calculo de demanda Optimización On-/ Off Control basado en CO2 (sensoers de calidad de aire) Detectores de presencia Uso eficiente de energias alternativas (p.e. recuperadores de calor, enfriamiento exterior gratuito) Distribución eficiente de la energía en el edificio Uso de energias renovables / maximización de la eficiencia térmica Ajuste optimo del control Controladores / sensores CentraLine Funcion de purga noctura Control de persiana para usar la radiación solar Monitorización de pérdidas Calentamiento efectivo (primero poner en régimen la caldera, después conectar los consumidores) Integración de aplicaciones solares y caldera de biomasa en conjunto a sistema de climatización Soportando calderas baja temperatura y de condensación Preajuste de la optimización usando metodos modelos de edificios Reajuste del control al edificio en uso Reduccion del consumo eléctrico Control de velocidad variable para bombas y ventiladores Variadores de velocidad para reducir el consumo eléctrico 9-Jul-14 29

30 Proceso de la Gestión Energética El mantenimiento en la gestión energética RITE: Las instalaciones de control han de estar mantenidas por fabricante de control o por empresa homologada por el fabricante. La presencia en la instalación y el conocimiento de la misma optimizan el rendimiento energético: Evitar el abandono de la instalación tras la entrega de la misma. Gestión de horarios. Optimización de arranques y paradas de equipos. Análisis de consumos y actuaciones en campo. Optimización de consignas. Detección de los puntos de máximo consumo y actuación en consecuencia. 9-Jul-14 30

31 Conclusiones Un sistema BMS construye los fundamentos para una gestión de energía satisfactoria Medidas, Informes, Analisis, Optimización Una instalación con control es mas eficiente Requiere un conocimiento avanzado de estrategias de control los mejores controladores Requiere un conocimiento avanzado de productos, equipos e instalaciones El control ahorra energía El control ahorra dinero 9-Jul-14 31

32 Eficiencia Energética en Centros Docentes a través del BMS Muchas Gracias 9-Jul-14 32