Comunicación presentada al II Congreso Edificios Inteligentes:
Autor
- Matías Celdrán Bonafonte, Project Manager, Zennio Avance y Tecnología
Resumen
Desde hace un tiempo se impone con fuerza la prescripción de soluciones de control que integren la totalidad de instalaciones existentes en un edificio. Esto que a priori parece baladí, nos sumerge en un mundo nuevo lleno de posibilidades y fuente de muchos problemas y malentendidos. La prescripción de este tipo de sistemas no solo se basa en sus características físicas (Nº de salidas, capacidad de las mismas, Nº de entradas, etc.), sino que toma una posición muy relevante las características funcionales de los dispositivos elegidos (Bloques funcionales disponibles, numero de los mismos, etc.). Por lo tanto además de estudiar las características físicas en nuestro proyecto deberemos estudiar y reflejar en todos los documentos del mismo (Memoria, Pliego y Presupuesto) las características funcionales de estos elementos. No sirve de nada tener en cuenta un canal de actuador de iluminación dedicado a un alumbrado de escalera, si ese dispositivo no dispone de la funcionalidad de temporizado. Puede parecer que está definido correctamente en el proyecto, porque existe un canal para ese circuito de alumbrado, pero realmente no dispone de la funcionalidad deseada, por lo que estaría mal prescrito y en el desarrollo de la obra será un problema para nosotros, ocasionando modificado de elementos prescritos y partidas presupuestarias.
Introducción
Dentro de las instalaciones existentes en un edificio hoy en día, aparece de forma cada vez más habitual una nueva instalación que unifica y relaciona todas, dando un carácter homogéneo y lineal al conjunto de las mismas.
No ha pasado mucho tiempo desde que las instalaciones eran totalmente independientes unas de otras, esto nunca ha sido funcional. La instalación eléctrica no se comunicaba con la de climatización, las alarmas técnicas no tenían ningún tipo de repercusión más allá de una mera comunicación, la fontanería no se gestionaba, las condiciones climáticas no se tenían en cuenta. Afortunadamente el tiempo ha hecho aparecer una instalación nueva que engloba y comunica todas estas instalaciones: La instalación de Sistemas de Control.
¿Qué se consigue con esta instalación?; que en caso de tener una fuga de agua, se cierre la válvula de corte de suministro, que según la posición solar se realice un movimiento controlado de persianas y toldos, que el clima se gestione en función del consumo eléctrico instantáneo que tenga la instalación. En resumen, optimizar, adecuar y mejorar el uso de las instalaciones existentes en el edificio o vivienda.
Este tipo de instalaciones, requieren el adecuamiento de la forma tradicional de trabajar de estudios de arquitectura, ingeniería y empresas instaladoras. Un correcto estudio previo y una detallada prescripción otorgará al proyecto un valor añadido de mucho peso, simplificará la gestión posterior de la dirección de obra, disminuirá el número de modificados de obra y proporcionará unos ahorros en costes de implantación importantes.
Como parece lógico el estudio comenzará con la identificación de necesidades del cliente, seguirá de un estudio de necesidades físicas (Nº de entradas y salidas, características de las mismas, elementos a controlar, etc.) y por último pero no menos importante, el estudio de las funcionalidades demandadas por el sistema. Además existirá una fase final común a todos los proyectos que será la de generación de documentación.
Las fases sobre las que versará el proyecto son estas mismas:
- Fase I: Estudio de elementos comunes y características del sistema.
- Fase II: Estudio de necesidades físicas.
- Fase III: Estudio de necesidades funcionales.
- Fase IV: Generación de documentación.
- Consideraciones comunes a todo el proceso.
No hace falta hacer mucho hincapié en el hecho de que los distintos departamentos de diseño de instalaciones deben estar perfectamente coordinados y abiertos a nuevos sistemas de control. Muchas veces se cae en el costumbrismo y la inmovilidad, y no se es receptivo a la hora de cambiar de elementos prescritos por comodidad y miedo a lo nuevo, pero esta es la parte más importante.
La base de toda esta instalación está en el conocimiento de todas las instalaciones que componen el proyecto y la formación en los elementos a controlar.
Fase I: Elementos comunes, características del sistema
En esta primera fase, se deberá recopilar información básica y preliminar sobre el proyecto. Deberemos conocer el tamaño físico del proyecto y sus características preliminares, esto nos permitirá definir cosas tan básicas como el medio de transmisión habitual de nuestra instalación: Twisted Pair, Power Line, Radio Frecuencia, IP.
En función de esta decisión acotaremos el rango de productos a usar y su capacidad. Por ejemplo si elegimos un medio de transmisión TP, quedará limitado el número de dispositivos por la potencia de la fuente de alimentación elegida y su distancia máxima permitida.
Definiremos en esta fase también el número de líneas y su topología, así como el tipo de línea principal. También detectaremos la necesidad o no de un sistema de gestión centralizado (BMS).
Es imprescindible en esta primera fase, como en el resto de instalaciones coordinarse con el arquitecto del proyecto para prever las canalizaciones correctas, su ubicación y su dimensionamiento. De esta manera se pueden minimizar los problemas de compartición de canalizaciones o proximidad a determinadas instalaciones como pueden ser líneas de transporte de energía.
Se hará, también en esta primera fase, un estudio de las posibles instalaciones que pudieran tener un bus propio de comunicaciones. Esto suele ocurrir muy frecuentemente, por ejemplo, en instalaciones de climatización. Por tradición en el sector se suele usar MODBUS o LON y deberemos tenerlo en cuenta y prescribir la pasarela adecuada. En este punto deberán facilitarnos los datos y requisitos de esta instalación ya que la mayoría de pasarelas se dimensionan sobre el número de puntos de datos y varía mucho su precio en función de los mismos.
Se deberá prestar atención a los elementos de diseño del edificio, ya que normalmente no se tienen en cuenta, para usar los elementos adecuados del sistema. Por ejemplo, si está prevista una pared separadora de cristal o un muro corrido de hormigón visto y no se quiere o puede llevar canalización, se tendrán que estudiar soluciones inalámbricas y sus correspondientes interfaces al sistema.
Otro punto importante en esta fase es tener en cuenta los consumos adicionales por parte de algunos elementos y de qué manera se le suministra dicha alimentación. Se valorará además en este punto la instalación de sistemas de alimentación ininterrumpida para los elementos del bus.
Es recomendable disponer de un interruptor automático de corte y un diferencial para los elementos de control incluso aunque no se vaya a disponer de contactores para el control A/0/M.
En el caso del KNX es muy recomendable el uso preferentemente del bus cableado (TP e IP) y dejar el resto de medios de transmisión, tales como RF o Power Line para soluciones muy específicas.
La instalación como otras muchas instalaciones tiene sus productos certificados y pensados para este uso por lo que se respetara el uso de los mismos. Es habitual en instaladores principiantes el uso de clemas de conexión eléctricas en vez de las certificadas para el sistema.
Fase II: Estudio de necesidades físicas
En esta segunda fase se tendrán en cuenta las características y necesidades físicas. A la hora de prescribir un producto es importante saber sus limitaciones y parámetros limitantes. Como el sistema de transmisión y su distribución ya se abordaron en la fase anterior aquí se obviará.
A modo de ejemplo, a la hora de controlar un canal de iluminación es importante saber el tipo de carga a gestionar. Si ponemos un canal que no está preparado para cargas capacitivas y conectamos una carga capacitiva, disminuimos su vida útil de manera drástica.
Las necesidades físicas que en principio parecen una cosa sencilla y automática, tienen un carácter importante en total del presupuesto. Si centralizamos por zonas aprovechando al máximo los elementos disponibles optimizamos la instalación de dos maneras:
- Evidentemente el coste por canal de actuador disminuye cuando subimos el número de canales.
- Al tener menor número de dispositivos la carga en la línea disminuye por lo que los costes asociados a los elementos comunes disminuye. (Este punto se tiende a olvidar, pero en grandes proyectos tiene un peso considerable.)
Otro factor importante es el dimensionamiento adecuado al uso, con esto me refiero parece fácil a la hora de prescribir poner aparatos con mucha versatilidad y capacidad, pero si afinamos y definimos el aparato a instalar acorde a su carga, reducimos el presupuesto, que a fin de cuentas es uno de los factores más importantes.
Por ejemplo: Tendemos a prescribir actuadores con mucha funcionalidad y para gestión de cargas capacitivas, para luego controlar solo persianas. Parece un seguro de funcionamiento a primera vista, pero si contrastamos con los costes, podríamos sustituirlo por un actuador de persianas dedicado. Esto tiene dos beneficios:
- El coste, ya que un actuador de persianas tiene mucho menor coste debido al tipo de relé que utiliza.
- Ganamos en sencillez de programación.
Como segundo ejemplo, veamos un caso de edificio público. En la mayoría de instalaciones de gran tamaño la iluminación se gestiona a través de contactores que posibilitan el uso en manual o automático a través de un selector. Esto es una forma común de diseñar que se arrastra desde hace muchos años. ¿Por qué utilizar un actuador de relés de 16A por canal y apto para carga capacitiva? En este caso podríamos utilizar una actuador de baja capacidad, por ejemplo 2A, ya que la carga es un segundo contactor.
Dentro de las necesidades físicas deberemos ir instalación por instalación que se desea controlar un resumen de las instalaciones más importantes pueden ser las siguientes:
- Control de iluminación, persianas y toldos.
- Control de climatización, ventilación y calefacción.
- Gestión de cargas.
- Alarmas técnicas.
- Seguridad y vigilancia.
- Telecomunicaciones.
Para la correcta consecución de esta fase es necesario conocer todas las instalaciones en detalle con el fin de prescribir el producto adecuado. La última instalación en diseñar será la de control.
Pueden existir subsistemas de control propios en determinados sistemas y a través de interface unir a la instalación de control principal.
Es importante que el fabricante del dispositivo facilite la documentación técnica de sus productos detallada correctamente. Si contamos con estas hojas de características técnicas y las del producto a controlar, dispondremos de toda la información necesaria para no equivocarnos a la hora de prescribir correctamente.
A modo de ejemplo se adjunta una hoja de característica técnicas completa y con todos los datos necesarios requeridos para realizar una correcta prescripción.
Fase III: Estudio de necesidades funcionales
Las necesidades funcionales son la fase más subjetiva y la que tiende a olvidarse. Cuando se diseña una instalación el 99% de las veces ya se sabe cómo se quiere que funcione y a qué parámetros reaccione, entonces ¿Por qué no se busca el componente adecuado a ese propósito?, tendemos a pensar que todos los elementos hacen lo mismo, pero la realidad es que los fabricantes de este tipo de dispositivos se diferencia principalmente en la funcionalidad que ofrecen. Mecánicamente está casi todo inventado, funcionalmente queda mucho por descubrir. Si en la instalación eléctrica se detalla el control de un punto de alumbrado de escalera, y se quiere temporizar, no vale cualquier actuador. Un canal de actuador puede gestionar esa carga, pero no tiene por qué tener una función de temporización. Hay dispositivos que incluyen en su funcionalidad grupos de puertas lógicas, sin ser un dispositivo aparte, cosa que otros no. Hay termostatos con posibilidad de selección de curvas de climatización en función de cómo sea el sistema elegido y otros no.
Como ejemplo sencillo, pongamos el control de un Fancoil de 2 tubos y tres velocidades de ventilador. Dos fabricantes fabrican ese dispositivo, pero uno dentro de su funcionalidad permite elegir si la secuencia de relés es selectiva o acumulativa y el otro no. Esto quiere decir que la velocidad 2 puede ser, el relé dos activado, o el uno y el dos.
Una cosa tan trivial, puede hacer que un dispositivo que puede parecer físicamente correcto para controlar ese fancoil, haga inviable su uso por no tener esa funcionalidad. La funcionalidad incluye aspectos muy importantes, como por ejemplo:
- Funciones lógicas.
- Termostatos disponibles.
- Temporizaciones simples.
- Gestión de sistemas de climatización.
- Gestión de energía.
- Detección de presencia
- Simulación de presencia.
- Conectividad web.
- Fecha y hora.
Como segundo ejemplo veamos dos dispositivos que físicamente parecen similares pero funcionalmente no lo son; un interface IP y un IP router.
Físicamente podríamos decir que son el mismo aparato, y basándonos en su precio, prescribir siempre el más barato, pero resulta que funcionalmente hay una gran diferencia. Como diferencia principal el IP router puede hacer de acoplador de línea y permitir el conexionado de las mismas sin ningún elemento adicional. Por el contrario el IP interface solo sirve para realizar programaciones y obtener datos para su visualización y gestión. La topología en función de si es uno u otro varía de forma considerable.
Fase IV: Generación de documentación
La generación de documentación asociada a la prescripción de sistemas KNX es idéntica a la de cualquier proyecto. Por desconocimiento se tiende a realizar una pequeña memoria no muy detallada y con partidas genéricas y sin definir.
Aunque parte de la documentación puede ser parecida y variar poco a la de otras instalaciones se deberá hacer mención a determinados puntos. Por ejemplo el estudio básico de seguridad y salud puede ser parecido al de la instalación eléctrica. Se podría resumir la documentación a presentar en un proyecto de sistemas de control bajo el estándar KNX a los siguientes documentos:
- Memoria
- Planos
- Presupuesto
- Pliego de condiciones técnicas
- Estudio básico de seguridad y salud
En la memoria se deberá describir la instalación al completo, incluyendo características físicas y funcionalidad. Se tiende a no prestar atención a la funcionalidad pero como ya hemos visto en el punto anterior es un factor muy importante. Los planos deberán ser completos y de detalle, con un esquema de conexionado correcto y claro y con un detalle de dimensiones apropiado para evaluar la ocupación de las cajas y cuadros de la instalación.
El presupuesto a ser posible se deberá incluir en alguno de los formatos estándar, tipo Presto, Arquímedes, FIE; intentaremos en todo lo posible no usar partidas genéricas y sin detallar del tipo “Unidad de instalación de domótica para vivienda de 100m2”, que aunque parezca exagerado ocurre bastante habitualmente.
En el pliego de condiciones técnicas se detallará el producto elegido para la instalación junto con sus características técnicas. Este documento en una instalación de control es de suma importancia ya que al cambiar productos por otros similares deberemos dejar claro las características del mismo si no queremos correr el riesgo de cambiar un producto por otro que no es válido debido a falta de información de las hojas de características.
Por último como en todas las instalaciones deberemos disponer de un pequeño estudio de seguridad y salud que comprenda este tipo de actividades indicando las instalaciones que se verán afectadas y en qué modo. Si se consigue realizar todos estos pasos y generar toda esta documentación dispondremos de un proyecto de instalación KNX completo y documentado. Nos ahorraremos problemas a la hora de gestionar y dirigir la obra y mantendremos acotados los riesgos de cambios y variaciones presupuestarias.
Consideraciones comunes a todo el proceso
Como consideraciones comunes habrá que tener en cuenta el dimensionamiento de los elementos comunes que intervengan, en función de lo que deseemos. Si diseñamos que los elementos de control compartan ubicación con las conexiones eléctricas, habrá que dimensionar correctamente las mismas. En caso de ubicar en el cuadro elementos, estos deberán disponer de espacio suficiente para su ubicación y conexionado. Si el tubo por el que circula el cable de bus no es dedicado, deberá ser de un tamaño adecuado y el cable bus deberá cumplir la normativa sobre aislamiento. Si se pretende ubicar aparatos dentro de otros elementos se deberá confirmar su disponibilidad y características.
La normativa general de aplicación será el REBT (en especial la IT BT-51, instalaciones de sistemas de automatización gestión técnica de la energía y seguridad para viviendas y edificios) y a modo más específico para instalaciones KNX; Estándar internacional: ISO/IEC 14543-3, estándar europeo: CENELEC EN 50090, CEN EN 12321-1 y estándar en China: GB/T 20965.
Agradecimientos
En general deseo agradecer a los integrantes de la oficina técnica de Zennio Avance y tecnología su transferencia de conocimientos en la realización de proyectos bajo el estándar KNX y al resto de personal de la empresa en la amplitud de miras que me han otorgado, conociendo desde la fase de diseño de producto hasta su comercialización.