36 la vivienda domótica. protocolos y sis- temas de

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36
Tema 36.1
LA VIVIENDA DOMÓTICA. PROTOCOLOS Y SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN. LA
VIVIENDA BIOCLIMÁTICA. FUNCIONAMIENTO,
CONTROL, MATERIALES EMPLEADOS. INSTALACIONES CARACTERÍSTICAS
GUIÓN - ÍNDICE
1.
LA VIVIENDA DOMÓTICA
2.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
3.
ELEMENTOS DE LAS INSTALACIONES DOMÓTICAS
3.1. Sensores
3.2. Actuadores
4.
SISTEMA X-10
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
5.
SISTEMA SIMÓN VIS
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
6.
Dispositivos y direccionamiento
Principios de funcionamiento
Fiabilidad del sistema
Instalación
Componentes
El módulo de control
Módulos de entradas
Módulos de salidas
Módulo de alimentación
Conexionado
Programación
SISTEMA EIB
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Tema 36.2
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6.1. Arquitectura del bus
6.2. Topología del bus
6.2.1. Manguera Bus.
6.3. Componentes EIB
6.4. Sensores
6.5. Actuadores
6.6. Acoplador al bus
7.
OTROS SISTEMAS DOMÓTICOS
7.1. KNX
7.2. Lonworks
8.
ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
8.1. Materiales para la arquitectura bioclimática
8.1.1. Materiales de aislamiento y conservación térmica.
8.1.2. Materiales para iluminación
8.1.3. Generación fotovoltaica
8.1.4. Nuevas estructuras y cubiertas plásticas
8.2. Arquitectura Bioclimática contemporánea
8.2.1. El viento como concepto de diseño.
8.2.2. Cavidades ventiladas
8.2.3. Conceptos de climatización natural
8.2.4. Conceptos de iluminación natural
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Tema 36.3
1. LA VIVIENDA DOMÓTICA
La domótica es un concepto que se refiere a la integración de las distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultáneo de la electricidad, la electrónica, la informática y las telecomunicaciones. Su fin es mejorar la seguridad, el confort, la flexibilidad, las comunicaciones, el ahorro
energético, facilitar el control integral de los sistemas para los usuarios y ofrecer nuevos servicios.
En el aspecto de automatización y control de diferentes sistemas en la vivienda,
podemos hacer referencia a los elementos de:
• Iluminación, (encendido y apagado de luces, persianas, cortinas y toldos).
• Climatización (sensores de temperatura, calefacción y aire acondicionado, control de ventanas,
puertas).
• Agua y gas.
• Electrodomésticos: Elementos de conservación y preparación de alimentos: frigoríficos, hornos,
microondas, cafeteras, etc. Elementos de limpieza: lavado y planchado de ropa, lavavajillas,
aspirado(as, etc...
Otro de los aspectos destacados es el de Seguridad y vigilancia, donde se
pueden incluir diferentes funciones:
• Control de accesos y presencia.
• Gestión de Alarmas.
• Vigilancia con cámaras.
• Monitorización remota
• Seguridad de personas enfermas o con discapacidades.
• Simulación de presencia.
• Detección de gases, humos, escapes de agua, fuegos, etc.
Uno de los Servicios en el hogar que está cobrando cada día más importancia
es el de entretenimiento y ocio, donde desde la domótica se pueden incluir e integrar infinidad de propuestas:
• Captura, grabación, reproducción y distribución de imágenes y sonidos: Cámaras de vídeo, Televisión, DVD, "Cine en casa", reproductores de CD.
• Integración de ordenadores y acceso a Internet
• Vídeojuegos.
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Otro elemento importante a integrar en un sistema de hogar digital o domótico es
el de las comunicaciones. El aspecto de las Telecomunicaciones está íntimamente relacionado con todos los anteriores, dado que puede representar, desde uno de los principales canales para el ocio (TV,
Internet), hasta el principal elemento de control a distancia de todo el hogar digital. Aquí podemos incluir:
• Las comunicaciones telefónicas, tanto fijas como móviles.
• El acceso a y desde redes exteriores, como Internet, y la integración de redes locales.
• Telecontrol.
Finalmente podemos hablar de multitud de servicios a los que puede accederse desde un hogar digital, tales como: Telemedicina, Telecompra, Teletrabajo, Teleeducación, Telebanca, etc...
Para poder llevar a cabo todos estos servicios y aplicaciones son necesarios
elementos de actuación, de control, pantallas/monitores, teclados, cámaras, dispositivos de reconocimiento de voz, elementos de comunicaciones, cableados y dispositivos inalámbricos, y un sistema de
control central y de acceso a los diferentes servicios.
En el nuevo Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) se introducen los requisitos mínimos para la realización de instalaciones domóticas. Se definen en el mismo los
siguientes elementos básicos:
• Nodos: cada una de las unidades del sistema capaces de recibir y procesar información comunicando, cuando proceda, con otras unidades o nodos dentro del mismo sistema.
• Actuadores: dispositivos encargados de realizar el control de algún elemento del sistema (electroválvulas para el suministro de agua, gas, etc., motores para persianas.. puertas, etc., sirenas
de alarma, reguladores de luz, ...)
• Dispositivos de entrada: sensores, mandos a distancia, teclados u otros dispositivos que envían
información a los nodos.
Estos elementos pueden ser independientes o estar combinados en una o varias unidades distribuidas, según la topología de sistema que se elija. Así, existen dos tipos de sistemas:
• Sistema centralizado: sistema en el cual todos los componentes se unen a un nodo central que
dispone de funciones de control y mando.
• Sistema descentralizado: sistema en que todos sus componentes comparten la misma línea de
Comunicación, disponiendo cada uno de ellos de funciones de control y mando.
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2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Para poder clasificar técnicamente un sistema de automatización de viviendas
es necesario tener clara una serie de conceptos técnicos, como son: tipo de arquitectura, medio de
transmisión, y protocolos de comunicaciones.
La arquitectura de un sistema domótico, como la de cualquier sistema de control, especifica el modo en que los diferentes elementos de control del sistema se van a interconectar.
Existen dos arquitecturas básicas: la arquitectura centralizada y la distribuida:
• Arquitectura centralizada: Es aquella en la que los elementos a controlar y supervisar han de
cablearse todos hasta el sistema de control de la vivienda (PC o similar) que ejerce de corazón
de la vivienda. Su instalación ha de preverse en la fase de construcción, eligiendo esta topología de cableado.
• Arquitectura distribuida: Es aquella en la que el elemento de control se sitúa próximo al elemento a controlar.
Hay sistemas que son de arquitectura distribuida en cuanto a la capacidad de
proceso, pero no lo son en cuanto a la ubicación física de los diferentes elementos de control y viceversa, sistemas que son de arquitectura distribuida en cuanto a su capacidad para ubicar elementos de
control físicamente distribuidos, pero no en cuanto a los procesos de control, que son ejecutados de
forma centralizada.
En todo sistema domótico, los diferentes elementos de control deben transmitir información a través de un soporte físico que puede ser:
• Líneas de distribución de energía eléctrica Si bien no es el medio más adecuado para la transmisión de datos, sí es una alternativa a tener en cuenta para las comunicaciones domésticas
dado el bajo coste que implica su uso por tratarse de una instalación ya existente. Es una solución válida para aquellos casos en los que las necesidades del sistema no impongan requerimientos muy exigentes en cuanto a !a velocidad de transmisión, permitiendo un coste muy reducido en la instalación:
• Cables de comunicaciones. La infraestructura de las redes de comunicación actuales tiene en
un porcentaje muy elevado de cables de cobre como soporte de transmisión, pudiendo distinguirse entre:
o cables de pares (pueden dar soporte aun amplio rango de aplicaciones en el entorno domestico, ya que pueden transportar datos, voz y alimentación).
o coaxiales (este tipo de cables permite el transporte de las señales de vídeo y señales de datos a alta velocidad)
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o fibra óptica, que permite una eleva- da fiabilidad en la transferencia de datos a alta velocidad, ofreciendo inmunidad frente a las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencias.
• Conexiones inalámbricas. Aquí podemos incluir el control por infrarrojos, (el uso de mandos a
distancia basados en transmisión por infrarrojos esta ampliamente extendida en el mercado residencial para controlar equipo de audio y vídeo) o por radiofrecuencia, incluidas las redes
inalámbricas WLAN y dispositivos Bluetooth.
Con respecto a los protocolos de comunicaciones, un sistema domótico se
caracteriza por el específico que utiliza, que no es otra cosa que el idioma o formato de los mensajes
que los diferentes elementos de control del sistema deben utilizar para entenderse unos con otros y
poder así intercambiar su información de una manera coherente.
Dentro de los protocolos existentes, se puede realizar una primera clasificación atendiendo a su estandarización:
• Protocolos estándar. Los protocolos estándar son los que de alguna manera son utilizados ampliamente por diferentes empresas, y éstas fabrican productos que son compatibles entre sí.
• Protocolos propietarios. Son aquellos desarrollados por una empresa. Sólo ella fabrica productos que son capaces de comunicarse entre sí.
3. ELEMENTOS DE LAS INSTALACIONES DOMÓTICAS
Son muchos los elementos que componen los distintos sistemas de automatización de viviendas y edificios, desde una central de gestión para sistemas centralizados hasta un mando a distancia. Dentro de esta multiplicidad de elementos, empezamos con la definición de dos elementos muy característicos: los sensores y los actuadores.
3.1.
SENSORES
Los sensores son los elementos que utiliza el sistema para conocer el estado de
ciertos pará metros (la temperatura ambiente, la existencia de una fuga de gas, etc. ). Algunos de los
más comunes son:
• Termostato de ambiente.
• Sensores de temperatura interior y exterior y para gestión de calefacción.
• Sondas de humedad.
• Detectores de fugas de gas, de humo y/o fuego.
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• Detectores de alertas vía radiofrecuencia.
• Sensores de presencia, videocámaras.
• Sensores personales, para aplicaciones médicas.
3.2.
ACTUADORES
Son los elementos que utiliza el sistema para modificar el estado de ciertos equipos e instalaciones. Algunos de los más comunes son:
• Contactores (o relés de actuación)
• Contactores para base de enchufe
• Electroválvulas de corte de suministro
• Válvulas para la zonificación de .la calefacción por agua caliente
• Sirenas o elementos zumbadores, para el aviso de alarmas en curso.
• Interruptores y reguladores de luz, agua, gas, etc.
A continuación se mencionan los sistemas más utilizados y que tienen un futuro a nivel del hogar digital.
4. SISTEMA X-10
X-10 es uno de los protocolos más antiguos que se están usando en aplicaciones domóticas. Fue diseñado en Escocia entre los años 1976 y 1978 con el objetivo de transmitir
datos por las líneas de baja tensión a muy baja velocidad (60 bps en EEUU y 50 bps en Europa) y costes muy bajos, Al usar ondas portadoras sobre las líneas de eléctricas de la vivienda no es necesario
instalar nuevos cables para que se intercambien comandos u órdenes entre diferentes dispositivos X10.
El protocolo X-10, en sí, no es propietario, es decir, cualquier fabricante puede producir dispositivos X-10 y ofrecerlos en su catálogo. Hay diversidad de circuitos integrados que
implementan la modulación requerida en el protocolo X-10 por este motivo, cuando se habla de X-10,
por lo general se hace referencia al protocolo, a la tecnología, y no a la compañía X-10.
4.1.
DISPOSITIVOS Y DIRECCIONAMIENTO
Existen tres tipos de dispositivos X-10: Los que sólo pueden transmitir órde-
nes, Ios que sólo pueden recibirlas y los que pueden enviar/recibir éstas.
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Los transmisores pueden direccionar hasta 256 receptores. Los receptores
vienen dotados de dos pequeños conmutadores giratorios, (uno con 16 letras y el otro con 16 números)
que permiten asignar una dirección de las 256 posibles. En una misma instalación puede haber varios
receptores configurados con la misma dirección, todos realizarán la función preasignada cuando un
transmisor envíe una trama con recibir órdenes de diferentes transmisores
A los transmisores se les conoce también como Controladores X-10, ya que
muchas veces son los que tienen la inteligencia suficiente para emitir órdenes de encendido, apagado,
regulación luminosa o de control de persianas, en función de determinados eventos como programación
horaria o por teléfono.
Los dispositivos bidireccionales, tienen la capacidad de responder y confirmar
la correcta reaIización de una orden, lo cual puede ser muy útil cuando el sistema X-10 está conectado
a un programa de ordenador que muestre los estados en que se encuentra la instalación domótica de la
vivienda.
4.2.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La señal que se utiliza para el sistema X10, es de alta frecuencia (120khz), y
es incorporada a la tensión de la red justamente después del paso por cero de ésta. Así se evita la mayor parte de las perturbaciones producidas por los consumidores eléctricos a ella conectados. El máximo retraso entre el comienzo del envío y los pulsos de 120 Khz. es de 50 µsg.
Figura 36.1
El tiempo de transmisión de la señal es de, tan sólo, 1ms.
La señal que se envía es de tipo digital (1 y 0), un 1 binario del mensaje se
representa por un pulso de 120 Khz. durante 1 msg., en el punto cero, y el 0 binario del mensaje se re-
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presenta por la ausencia de ese pulso de 120 Khz Para poder hacer uso del sistema en redes trifásicas,
el mismo pulso se repite a los 3,33ms y a los 6,66ms (los pasos por cero de las otras dos fases).
Figura 36.2
Las órdenes se envían en forma de telegramas compuesto cada uno de ellos
por 11 unidades de información o bits (1 en cada ciclo) situados en una de las alternancias del ciclo de
red, transmitiéndose en la siguiente alternancia el bit complementario del anterior.
Código
Inicio
H1H1 H2H2
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1110
Código
Inicio
1
1
1
H4H4 H8H8 D1D1 D2D2 D4D4 D8D8 D16 D16
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0110
Código Casa "A"
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
11100
Tecla "2"
Figura 36.3
Son necesarios 2 telegramas para poder ejecutar una orden:
• Telegrama 1. Activa la dirección seleccionada. Está compuesto por 2 bits de inicio (11), 4 bits
de código de casa, 4 bits de código de unidad y 1 bit 0.
• Telegrama 2. Activa una de las funciones disponibles (conexión, desconexión, dimmer, etc).
Está compuesto por 2 bits de inicio (11), 4 bits de código de casa, 4 bits de función y 1 bit 1.
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11
2
4
5
Código Código Código Código Código Código
Inicio Casa Número Inicio Casa Número
Código transmitido al pulsar una tecla numérica
Código Código Código Código Código Código
Inicio Casa Función Inicio Casa Función
Código transmitido al pulsar una tecla de función
Figura 36.4
El tiempo que tardará en ejecutarse un telegrama será, por tanto, de 11 x
20ms = 220ms.
Para mayor seguridad, los telegramas se envían 2 veces, con lo que la ejecución de una orden se demora 880ms (220ms x 2 x 2) desde su emisión.
La secuencia completa con que se envía una determinada orden será:
Telegrama1 - Telegrama 1 - Telegrama2 - Telegrama 2
4.3.
FIABILIDAD DEL SISTEMA
Los elementos que se utilizan en la actualidad en el sistema de corrientes por-
tadoras no son bidireccionales, es decir, no confirman la recepción de una orden (en el caso de receptores) ni esperan respuesta (en el caso de transmisores). Sin embargo el sistema goza de una gran fiabilidad de correcto funcionamiento basado en los siguientes aspectos:
• Los telegramas se emiten en el momento del paso por cero de la tensión de red
• Solo reaccionan a señales de 120KHz.
• Es necesaria una amplitud mínima de 15mVpp
• En el mismo telegrama se transmite dos veces la misma información (complementada)
• Solamente se reacciona a telegramas completos
• Cada telegrama se envía dos veces.
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4.4.
Tema 36.11
INSTALACIÓN
Como el sistema de portadoras X-10 utiliza la red eléctrica como vehículo de
transmisión de las señales de órdenes, será necesario procurar las mejores condiciones de la red para
conseguir una transmisión limpia y clara.
Una instalación X-10 trabaja perfectamente cuando no existen factores activos de perturbación que puedan interferir en la transmisión de las señales, o siempre que perturbadores
pasivos no atenúen en demasía la señal.
Fuentes activas de perturbación son todos los aparatos eléctricos que no lleven una adecuada supresión de interferencias.
Fuentes pasivas de posibles perturbaciones típicas son los aparatos eléctricos con condensadores en paralelo a la red, como pueden ser: lavadoras, secadoras eléctricas, lavavajillas, televisores y aparatos de vídeo. En la industria, hay que añadir proyectores de gran alcance y copiadoras. Todos estos aparatos atenúan las señales X-10 y reducen su alcance.
4.5.
COMPONENTES
El sistema X-10 consta de una gama de emisores que permiten realizar tare-
as en diversos campos, (seguridad, control de luces, automatización del hogar o controladores de uso
general), y una gama de receptores que reaccionan a los comandos enviados por los emisores. La gama de receptores es suficientemente completa como para poder ser utilizada en todo tipo de aplicaciones.
5. SISTEMA SIMÓNVIS
El sistema SimonVIS ha sido desarrollado como un sistema de control para
instalaciones de tamaño pequeño y mediano. Es adecuado para instalaciones en viviendas particulares,
tiendas, oficinas, escuelas, granjas, etc. El sistema es también adecuado para control, vigilancia, seguridad, alarma, sistemas de tarifa y control remoto de componentes de alarma, sistemas de iluminación y
calefacción.
Todos los componentes SimonVIS son construidos en estándar DIN de 72mm (4
TE), a excepción del módulo de control, el módulo de temporizadores y el módulo de alimentación de
24Vc.c. de 2 x 72 mm DIN (8 TE) y el módulo dimmer y de baterías, estos dos últimos de 0.5 x 72mm
DIN (2 TE).
Los componentes necesarios para hacer que el sistema funcione son:
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• Módulo de alimentación de 24 Vc.c
• Módulo de control
• Módulo de entradas.
• Modulo de salidas
Figura 36.5
Todas estas partes pueden colocarse centralmente en el panel de distribución
de grupo, pero los módulos de entradas y salidas pueden colocarse también descentralizadamente, es
decir, por ejemplo, en el desván, en el sótano, en canaletas portacables o similares.
El sistema puede expandirse mediante diferentes tipos de componentes:
• Módulo de Temporizadores
• Módulo de Módem
• Módulo de Dimmer (montado en carril DIN)
• Módulo de Baterías (montado en carril DIN)
• Sensores y detectores
• Actuadores
• Detector pasivo de infrarrojos (PIR) .etc.
Los módulos de temporizadores y el módem están conectados a la salida AS
485 del módulo de control. Los dimmers y otros componentes están conectados a los módulos de entradas y salidas.
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Tema 36.13
El módem se utiliza para tareas de control remoto, alarma y comprobación.
Las primeras 8 entradas del sistema SimónVIS pueden definirse como entradas de alarma que producen una llamada a un receptor telefónico o un sistema de aviso público. El módem permite también la
activación y desactivación de todas las 128 salidas del sistema SimónVIS. También es posible disponer
de control remoto de luces, calefacción y distintos tipos de aparatos.
El Módulo de Temporizadores se usa para ajustar y mostrar los 128 relojes
semanales de fecha y hora incorporados en el módulo de control y la fecha y la hora actual.
Todos los componentes del sistema tienen un voltaje operacional de 24Vc.c. Tienen que ser alimentados a partir de una fuente de tensión de 24Vc.c. equipada con un transformador de
seguridad con un máximo de un 5% de fluctuación.
5.1.
EL MÓDULO DE CONTROL
En el módulo de control se procesa la información de las entradas. Según el
programa, esto puede producir una función de activación o desactivación, o una de temporización, o
dimmer, etc. Para hacer que se realice la función, la información es retransmitida a un módulo de salidas que eventualmente activa el dispositivo o dispositivos deseados.
De manera similar a los módulos de entradas, la información es transmitida desde
el módulo de control a los módulos de salidas a través de una línea de datos en serie. De ese modo, los
módulos de salidas pueden colocarse también de manera centralizada o descentralizada.
Un módulo de control centralizado utiliza algunos módulos de entradas para
recoger señales. Los módulos de entradas reciben información de transmisores de señales, tales como:
• Pulsadores
• Termostatos
• Sensores PIR (detectores de personas y movimientos)
• Unidades de control remoto IR
• Sensores de alarma
• Relés fotoeléctricos, etc.
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5.2.
MÓDULOS DE ENTRADAS
Hay dos tipos de módulos de entradas, uno de 230Vc.a. y otro de 24Vc.c. El
módulo de entradas de 230 Vc.a. tiene 8 entradas con un neutro común. Las entradas son activadas por
conexión a 230 V c.a.
Las entradas están galvánicamente separadas del voltaje operacional de 24Vc.c.
del sistema SimonVIS.
El módulo de entradas de 24Vc.c. tiene 16 entradas que se activan cuando se conectan a 0Vc.c.
Debido a la muy baja impedancia de entrada, puede usarse para la activación
cualquier tipo de pulsador, conmutadores de potencia, relés de potencia, termostatos, etc.
Se elimina el rebote de los montajes de contactos "malos" en los módulos de entradas, ya que el módulo de control tiene que recibir la misma señal 4 veces antes de que acepte un
cambio de estado. Del mismo modo, el módulo de salidas tiene que recibir la misma señal 4 veces antes de que cambie el estado de un relé de salidas. En caso de un funcionamiento defectuoso en la red
de datos de salidas o en el módulo de control, todas las salidas afectadas por el funcionamiento defectuoso saltan inmediatamente a la posición de desactivación, de manera que no pueden producirse situaciones peligrosas.
Los módulos de entradas lo mismo pueden colocarse centralmente en paneles de
distribución de grupo como descentralizadamente en el desván, en el sótano o en canaletas portacables. Desde los módulos de entradas, la información es transmitida en serie al módulo de control a
través de una línea de datos.
5.3.
MÓDULOS DE SALIDAS
De modo similar, hay 3 tipos de módulos de salidas, uno de 230Vc.a., otro de
400Vc.a y otro de 24Vc.c. El módulo de salidas de 230Vc.a. tiene 8 salidas de relé distribuidas en 2
grupos de 4 salidas. Cada grupo puede tener una carga máxima de 10 A (resistiva e inductiva).
El módulo de salidas de 400Vc.a. tiene 8 salidas de relé. Cada salida puede tener
una carga maxima de 10 A (resistiva e inductiva).
El módulo de salidas de 24Vc.c. tiene 8 salidas de transistor. Cada salida puede
tener una carga máxima de 500 mA desde una fuente de tensión exterior de 12-48Vc.c.
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5.4.
Tema 36.15
MÓDULO DE ALIMENTACIÓN
Todos los módulos del sistema son alimentados por una fuente de 24 V c.c. provista de un transformador de seguridad con un máximo de un 5% de fluctuación.
5.5.
CONEXIONADO
El cableado entre el módulo de control y los módulos de entradas/salidas fun-
ciona como una red en forma de estrella. Esto significa que los módulos son dirigidos automáticamente
sin tener que utilizar microinterruptores de codificación, software o similares.
A cada entrada o salida de los módulos de entradas/salidas se le asigna automáticamente una expresión numérica (un número) en el módulo de control para utilizarla como referencia en
la programación.
La expresión numérica asignada depende del número de terminal a la que se hace
la conexión en el módulo de entradas/Salidas, y de la compuerta del módulo de control a la que se conecta la línea de datos del módulo de entradas/salidas.
5.6.
PROGRAMACIÓN
La programación del módulo de control se lleva a cabo fácilmente sobre la base
del principio de pregunta/respuesta. De modo que no es necesario que el usuario tenga ninguna experiencia en programación, ni tampoco, desde luego, un conocimiento de lenguajes de programación.
El instrumento de programación será un PC provisto del software terminal Simón
(TermVIS).
El programa instalado en el PC es sólo un programa de comunicación. La totalidad
de la programación se integra en el módulo de control. Por ese motivo, no hay que cambiar o actualizar
el programa de comunicación del PC cuando salgan al mercado versiones nuevas con otras posibilidades. Dado que el módulo de control guarda la programación, el terminal/PC ha de ser desconectado del
sistema cuando se haya finalizado la programación. Mientras exista diálogo con el módulo de control, la
funcionalidad del sistema se reduce, de tal manera que, por ejemplo, el módulo de módem y el módulo
de temporizadores no pueden ser operados.
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Para simplificar la programación del módulo de control, las salidas pueden agruparse en grupos que se activan simultáneamente. Esto se utiliza, por ejemplo, cuando hay que realizar
una función de "APAGADO TOTAL".
6. SISTEMA EIB
El sistema EIB (European Installation Bus, bus de instalación europeo), designación ésta para hacer frente al mercado japonés y americano, basa su potencia y versatilidad en
que a todos los componentes les llega un bus de datos que consta de dos hilos y que funciona a una
tensión de 24Vc.c. El cometido de este bus es doble:
• Suministra la alimentación a los componentes del sistema, con una tensión adecuada para su
funcionamiento.
• A través de él se transmite el telegrama codificado para la comunicación entre los componentes.
Este es un sistema que no es propietario. Esto quiere decir que no existe una
marca comercial detrás del EIB. Son los fabricantes del material eléctrico quienes desarrollan productos
para EIB, es decir, el material EIB es compatible aun siendo de distintas marcas. Quien regula las certificaciones de compatibilidad y propone los precios, entre otras tareas, de este tipo de material es la EIBA (European Installation bus Association) que tiene la sede en Bruselas.
6.1.
ARQUITECTURA DEL BUS. DIRECCIÓN FÍSICA
Como una instalación de este tipo puede llegar a tener 11.520 componentes todos
conectados al mismo bus, para que funcione correctamente se divide en áreas o zonas, y dentro de
estas zonas se subdivide en líneas. En una instalación EIB pueden llegar a existir 15 áreas o zonas. En
cada una de ellas se pueden albergarse como máximo 12 líneas. Cada línea puede contener hasta 64
componentes (figura 36.6).
15 áreas / instalación x 121íneas /área x 64 componentes / línea = 11.520 componentes / instalación.
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Tema 36.17
Figura 36.6
Realmente, instalando unos componentes denominados amplificadores o repetidores de bus, pueden llegar hasta los 256 componentes por línea, pero para optimizar las transmisiones evitando saturación de telegramas y colisiones en los mismos, se suelen instalar 64 como máximo. Además, como generalmente se instala una fuente de alimentación (640mA) por línea, y se estima
un consumo medio de 10mA por componente, el resultado es colocar 64 componentes como máximo
por línea.
La situación de los componentes dentro de la instalación, determina lo que se denomina la Dirección Física. La dirección física consta de tres números y son, respectivamente, el número de área (o zona), n° de línea y n° de componente. (A.L.C.) donde está instalado cada componente.
Esto es, un componente que esté dispuesto en la zona 5, dentro de esta zona esté en la línea 9, y sea
el número de componente dentro de esta línea el 26, su dirección física será (5.9.26).
Como a todos los componentes les llega el mismo bus, cada uno de ellos, para enviar o "escuchar" los telegramas, deberá saber quién es. Bien, para esto sirve la dirección física, ya
que es una característica que distingue a cada uno de los componentes. En una instalación EIB no pueden existir dos componentes con la misma dirección física. La dirección física se asigna con el software
de programación.
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6.2.
TOPOLOGÍA DEL BUS
El bus necesita para trabajar un par trenzado. La distribución del bus se pue-
de realizar de la manera que se desee: en línea, en árbol o en estrella, no permitiéndose cerrar un bucle
en anillo (figura 36.7).
Figura 36.7
Una línea bus puede tener 1.000 m de longitud como máximo teniendo en
consideración las siguientes pautas de planificación en el tendido:
• La distancia máxima entre los mecanismos más distantes de una línea debe ser de 700 m,
pues si no se respeta esta distancia, en caso de colisión de telegramas, el sistema no funcionará correctamente.
• La distancia máxima entre cualquier componente EIB y la fuente de alimentación no debe sobrepasar 350 m.
6.2.1. Manguera Bus
La manguera Bus, se
trata de un par trenzado de 0,8 mm de diámetro
con dos apantallamientos: uno plástico y otro
metálico. También incluye un hilo metálico con el
fin de poder ser utilizado como cable guía (figura
36.8).
Figura 36.8
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Tema 36.19
Al utilizar este tipo de manguera, se puede instalar el bus unto a la red eléctrica de
230V puesto que quedan anuladas por el apantallamiento metálico, las posibles interferencias. Además,
para la correcta instalación de la manguera de bus hay que seguir las siguientes indicaciones:
• La manguera de bus no puede ser instalada junto a conductores que no estén convenientemente aislados (embarrados, etc.).
• Para evitar, en la medida de lo posible, eventuales interferencias, se deberá instalar la manguera bus a una distancia adecuada de la línea principal de tierra de descarga del sistema de pararrayos, procurando no instalarlo a lo largo de éste.
• La manguera bus, para distinguirla del resto de conductores, debe estar marcada por la etiqueta BUS o EIB.
• Tanto los empalmes y derivaciones como la unión a los
mecanismos se realiza por medio de los conectores para
elementos bus (figura 36.9 y figura 36.10).
Figura 36.9
Las condiciones para instalar la línea bus, junto a conductores de 220 V son
dos:
• La línea de bus debe poseer apantallamiento metálico
• Debe tener la misma tensión nominal de aislamiento que los conductores de 220 V. En caso de
no cumplirse estas condiciones, no se deberá hacer la instalación bajo las mismas canalizaciones. Aparte, para poder realizar las conexiones correctamente, el conductor de bus debe ser de
tipo rígido, pues la conexión a los conectores para elementos bus se realiza, de forma automática, a presión (sin tomillos).
Figura 36.10
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6.3.
COMPONENTES EIB
Los componentes del sistema EIB son programables individualmente, es de-
cir, como es un sistema descentralizado, cada componente integra un microprocesador (µP), una memoria EEPROM, una RAM y una ROM.
El conjunto de estos cuatro componentes se denomina Acoplador al Bus. Todos los sensores y actuadores del sistema llevan su acoplador al bus. (Figura 36.11)
Figura 36.11
Se puede realizar una clasificación de componentes dependiendo de su modo
de instalación:
• Up. Montaje empotrado en caja de mecanismo
estándar (figura 36.12).
• Ap. Montaje en superficie (figura 36.12).
Figura 36.12
• Eb. Montaje en falso techo (figura 36.13).
Figura 36.13
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Tema 36.21
• REG. Montaje en carril DIN (elementos compactos). (figura 36.14).
• REG- MODUL. Montaje en carril DIN (elementos modulares).
Figura 36.14
6.3.1. Sensores
Los sensores son los elementos que recogen la información exterior y la
transmiten al bus. Es decir, detectan los cambios físicos sufridos (accionamiento de un pulsador, detección de movimiento, etc.) y envían un telegrama por el bus de datos.
Generalmente los encontraremos del tipo Up (para empotrar en caja de mecanismos universal) aunque hay algún tipo de sensor que también se presenta en formato REG o REG MODUL, como por ejemplo detectores de luminosidad, programadores horarios, etc.
Constan de un acoplador al bus y de un modulo terminal (figura 36.15).
La conexión entre el acoplador al bus y el módulo terminal se realiza por un conector de 10 pines
Figura 36.15
En una instalación convencional, la aplicación de un mecanismo (sensor) se
define cuando realizamos la conexión. Por ejemplo, si se desea que un grupo de dos pulsadores gobiernen la actuación de una persiana, con conexionar los pulsadores ala persiana basta, y la aplicación
de esos pulsadores es la actuación de la persiana. Sin embargo, en las instalaciones ElB, como todos
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los sensores van conectados al bus, un mismo sen- sor puede servir para varias funciones y entonces la
aplicación se debe otorgar cuando se hace la programación del elemento. Es decir, cuando se esté programando un sensor, la aplicación se tendrá que elegir entre las que aparezcan definidas para ese sensor, mediante el software de programación ETS.
6.3.2. Actuadores
Los actuadores de una instalación de este tipo, reciben los telegramas emitidos por los sensores. Sólo reaccionarán aquéllos a los que va dirigido el telegrama. El tipo de reacción
de un actuador depende de su cometido, así pues podemos encontrar actuadores que reaccionan
abriendo o cerrando un relé (actuador de conmutación), actuadores en cuya salida se obtiene regulación de tensión y corriente para la regulación luminosa de lámparas de incandescencia y halógenas
(actuadores de regulación o dimmer), actuadores cuya salida es una tensión de control entre 1 y 10V
para, por ejemplo, la regulación luminosa de tubos fluorescentes provistos de reactancia o balasto
electrónico con entrada de tensión de control, etc.
Los actuadores también constan de acoplador al bus y de módulo terminal,
pero, generalmente ya diferencia de los sensores, éstos van integrados dentro del propio actuador.
Los actuadores del tipo REG-MODUL son los únicos que se componen de un
módulo terminal (figura 37.16) separado del acoplador al bus. La conexión entre el acoplador al bus y el
módulo terminal se realiza mediante un AST lateral.
Figura 36.16
Al igual que los sensores, como los actuadores pueden servir para una o varias funciones, deberemos indicar, mediante el programa ETS, la aplicación que van a desempeñar.
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6.3.3. Acoplador de bus
Los elementos acopladores
al bus, como ya se ha comentado anteriormente, son
los elementos que albergan el microprocesador (µP),
la EEPROM, la RAM y la ROM (figura 36.17).
Figura 36.17
El módulo transmisor tiene las funciones, entre otras, de regulación y estabilización de la tensión a 5 V, separación o mezcla de la corriente continua y la información, y protección
sobre cambios de polaridad.
El acoplador al bus, exteriormente, tiene un pulsador llamado de programación, un LED denominado también de programación y una etiqueta identificativa para anotar la dirección
física con el objeto de, al realizar la programación independiente de los acopladores que el instalador,
con el plano, sitúe correctamente los acopladores en las cajas de mecanismos.
Como los actuadores, excepto los REG-MODUL, llevan el acoplador incorporado, el pulsador y el LED de programación así como la etiqueta identificativa, estarán dispuestos en el
exterior del aparato.
7. OTROS SISTEMAS DOMÓTICOS
7.1.
KNX
El estándar KNX se ha convertido en el primer sistema normalizado a nivel
mundial para la comunicación de Control de Viviendas y Edificios que es totalmente libre de royalties
para los miembros de la asociación y es totalmente independiente de cualquier plataforma tecnológica
específica de hardware /software.
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Aunque el proceso de "Convergencia" del KNX parte de tres tecnologías como el EIB, Batibus y EHS, dando lugar aún estándar que aprovecha lo mejor de todas ellas, la realidad
es que en la práctica el peso de este estándar recae en la tecnología EIB, y por tanto, en sus productos.
Debido a esto, cualquier producto EIB del mercado es, por así decirlo, compatible con KNX en su modalidad profesional o S.Mode.
Respecto a los modos E.Mode y A.mode del KNX ya se están presentando en
Europa los primeros productos, aunque la oferta todavía es muy pequeña como para poder vislumbrar
su impacto en el mercado residencial.
7.2.
LONWORKS
La tecnología Lonworks, desarrollada a finales de los años 80 por fa empresa
norteamericana Echelon. Se usa para implementar redes de control distribuido sobre diferentes medios
físicos (par trenzado. red eléctrica. radio. fibra, etc.) con conectividad total y capacidad de telegestión,
incluso por Internet.
Ofrece una solución con arquitectura descentralizada, extremo/extremo, que
permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores y que cubre desde el nivel físico al
nivel de aplicación de la mayoría de los proyectos de redes de control.
Como medios de transmisión puede usar topologías de red en estrella, anillo
o bus, sobre diferentes medios de transmisión como:
• Par trenzado
• Ondas portadoras
• Radio
• Fibra óptica.
Al igual que en el caso del EIB, se usa principalmente en aplicaciones con
cable de par trenzado, al ser el medio cuya electrónica es más barata y que mayor seguridad y robustez
proporciona.
Lonworks proporciona la tecnología hardware y el protocolo que facilita el desarrollo. Esto quiere decir, que los productos de dos fabricantes diferentes, aunque basados ambos en
la tecnología Lonworks, no tienen porque entenderse.
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Tema 36.25
Con objeto de resolver esta carencia, asegurando que los productos Lonworks de multitud de fabricantes sean compatibles entre sí, Echelon auspició el nacimiento y desarrollo
de la asociación LonMark.
8. ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
La vivienda bioclimática consiste en el diseño de edificaciones teniendo en cuenta las condiciones climáticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos)
para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía.
Una vivienda bioclimática puede conseguir un gran ahorro e incluso llegar a ser
sostenible en su totalidad. Aunque el coste de construcción puede ser mayor, puede ser rentable, ya
que el incremento de la vivienda se compensa con la disminución de los recibos de energía.
A mediados de los años sesentas (1963) los hermanos Olgyay proponen el término «Diseño Bioclimático» tratando de enfatizar los vínculos y múltiples interrelaciones entre la vida y el
clima (factores naturales) en relación con el diseño. Más adelante surgieron otras definiciones como
diseño ambiental, ecodiseño, diseño natural, biodiseño, etc. en realidad todos tratan de establecer la
importancia
del
diseño
basado
en
la
relación
Hombre-Naturaleza-Arquitectura.
Así como la estructura da soporte a la arquitectura, el concepto bioclimático da
soporte al bienestar y confort de los usuarios y al uso energético eficiente de la edificación.
Es en este contexto que trabaja la ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA, cuyo principal objetivo es el de armonizar los espacios y crear óptimas condiciones de confort y bienestar para sus
ocupantes. Crear espacios «habitables» que cumplan con una finalidad funcional y expresiva y que sean física y psicológicamente adecuados; que propicien el desarrollo integral del hombre y de sus actividades.
Pero la arquitectura bioclimática también atiende los problemas energéticos de la
vivienda. Hacer un uso eficiente de la energía y los recursos, tendiendo hacia la autosuficiencia de las
edificaciones es un punto importante a tratar.
A través del diseño adecuado de los espacios es posible, evitar o disminuir el uso
de la climatización artificial; así como aprovechar ampliamente la iluminación natural durante el día. Adicionalmente existen varios equipos de tecnología solar que pueden ser utilizados en las construcciones
tales como equipos fotovoltaicos y aerogeneradores, lámparas y luminarios eficientes etc. y calentadores solares de agua que puede reducir enormemente los consumos de gas doméstico.
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Aplicando el diseño bioclimático, se ayuda también a preservar el medio ambiente,
integrando al hombre a un ecosistema más equilibrado. En las construcciones es necesario hacer un
uso adecuado del agua, una adecuada disposición de deshechos sólidos y tratamiento adecuado de
aguas grises y negras. Se puede tener sistemas de captación de agua pluvial utilizando las azoteas de
los edificios. La arquitectura también debe considerar los problemas de contaminación exterior e intramuros.
8.1.
MATERIALES PARA LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
8.1.1. Materiales de aislamiento y conservación térmica
En la actualidad se cuenta con buenos materiales aislantes como espumas de
poliestireno expandido, fibras minerales, materiales naturales como la madera, el corcho, paja, etc. también muchos materiales pétreos que con cierto espesor son buenos en inercia térmica. Pero ninguno de
estos materiales permiten el paso de la luz.
Vidrios y Acristalamientos
El vidrio laminado y en combinación con otros materiales ha experimentado grandes avances en su eficiencia térmica en los últimos 20 años. Los distintos tipos de acristalamientos se
pueden comparar en la siguiente tabla:
Marca
Tipo de cristal
Coeficiente de transmisión «U» (W/m2°C)
Vitro1
Cristal flotado claro
4mm 5.93
Vitro2
Filtrasol
6mm 5.86
Vitro3
Filtrasol AP
6mm 4.32
Vitro4
Doble vidrio tipo «Duovent» filtrasol-claro
3.24
Vitro5
Doble vidrio tipo «Duovent» claro-claro
3.12
Vitro6
Doble vidrio tipo «Duovent» filtrasol AP-claro:
2.69
Doble vidrio con recubrimiento de baja emisividad
1.6
Doble vidrio con recubrimiento de baja emisividad y cavi-
0.7
K-Plus7
Climatop8
dad con gas xenon
Esto significa que la capacidad aislante de los vidrios y cristales ha mejorado
14.75 veces en comparación con los vidrios sencillos.
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8.1.2.
Tema 36.27
Acristalamientos y control solar
Los microprismas o micropersianas «MicroSun»10 están formados por un doble
acristalamiento y una retícula de persianas diminutas que impiden el asoleamiento directo en el rango
deseado. Este dispositivo lumínico y de control solar, es utilizado principalmente en superficies horizontales o inclinadas, ya que debido a su diseño, se permite el paso de los rayos solares de manera directa
(o difusa) en ciertos ángulos y son bloqueados en otros, permitiéndose únicamente el paso de la radiación reflejada.
El diseño y construcción de todos los microcomponentes se hace por medio
de computadora dependiendo de la orientación, disposición, rangos de control solar y deflecciones de
la luz que se desean, y de las características particulares del proyecto arquitectónico. Los valores de
aislamiento y transmitancia son variables dependiendo del diseño particular, sin embargo pueden obtenerse valores de conductividad k = 1.6 W/m2°C
Aislamientos térmicos transparentes o translúcidos
Los nuevos materiales translúcidos disponibles para el aislamiento térmico,
incluyen estructuras tipo panal, estructuras capilares, basogel granular aerogel, y tubos vidriados. En
general todos ellos están formados por un «sandwich» de dos capas vidriadas con materiales capilares o tubulares dispuestos transversal o longitudinalmente; dichos elementos forman pequeñas cámaras de aire, lo cual le da características aislantes. En su mayoría, los materiales utilizados para formar
los paneles interiores, son vidrios o materiales plásticos que combinan buenas características aislantes térmicas y buena trasmitancia de la radiación solar. Debido a ello, estos materiales pueden utilizarse como dispositivos aislante o captadores de calor (tipo muro Trombe), y como dispositivos de
iluminación natural. Algunos de estos nuevos productos son:
• HELIORAN11 es un panel formado por dos acristalamientos (tipo sandwich) con tubos de vidrio
dispuestos transversalmente. Se puede utilizar como sistema de iluminación natural o como
«Muro Solar».
• KAPIPANE y KAPILUX12. Kapipane es un material formado por una estructura capilar de finos
tubos dispuestos en ángulo recto con respecto a la superficie del panel. el diámetro de los tubos es aproximadamente de 3.5 mm. Las propiedades reflejantes de las paredes de los tubos
provocan una deflección de la luz que incide en ellos de tal forma que la luz que pasa a través
de el panes se convierte en luz difusa que entra a grandes profundidades de la habitación.
• Kapilux-H es un panel sellado de doble vidrio con Kapipane en el interior de la cavidad. El valor
de conductividad del panel completo es de k = 0.8 W/m2°C. Al igual que Kapipane, se puede
colocar como sistema de iluminación o como Muro Solar.
• Fachada Solar SOLFAS13. SolFas es un panel con un sistema capilar interior. La apariencia de
este material es como formado por cientos de popotes pegados uno junto a otro. El material de
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estos popotes es polymethylmetacrylat (PMMA), sustancia plástica con una fina estructura tubular que posee dos características: deja pasar la luz y la trasforma en calor.
El panel esta formado por una capa de vidrio al exterior y por una capa de material absorbente
(pelicolor) en el lado interior del local. Generalmente se coloca adosado a un muro que servirá
como elemento almacenador con alta inercia térmica. Este dispositivo se usa como Muro Solar
únicamente.
Los productos de Aerogel, como el basogel, son pequeñas cuentas o cápsulas de material aislante, hasta de 6 mm de diámetro, ellos se ubican entre dos hojas de vidrio.
8.1.1. Materiales para iluminación
Nuevos sistemas de paneles transparentes.
Existen nuevos materiales que se encuentran en etapas de investigación y no se
encuentran disponibles comercialmente. Tal es el caso de materiales Electrocromáticos que se opacan
en pocos segundos ante la presencia de pequeñas corrientes eléctricas. Del mismo modo se está investigando con materiales Fotocromáticos, que responden a los cambios de luz, o los paneles multicapas
que responden al medio ambiente como «camaleón». cambiando de color o opacidad.
Así mismo se están probando con nuevos paneles con gases o líquidos químicos
que ofrecen diversas ventajas aislantes, de almacenamiento de calor, trasmitancia o cromáticas. Los
estudios más recientes incluyen también la utilización de sustancias orgánicas que se integran en el
interior de los paneles.
Sistemas de Iluminación natural
HÜPPE FORM14 es un sistema de iluminación natural que consiste en dos
dispositivos de persiana dispuestos uno frente al otro. El dispositivo exterior está formado por una banda transparente de prismas (material plástico perspex) que direccionan a los rayos solares dependiendo
del ángulo de incidencia. Pueden rechazarlo totalmente o desviarlo hacia el segundo dispositivo de persiana. Éste segundo elemento consiste en una persiana de hojas de aluminio parcialmente perforado
que funciona como elemento antideslumbrante.
Otro importante dispositivo de iluminación natural, en este caso cenital, es
SO-LUMINAIRE15. Se trata de un lucernario o tragaluz automatizado y con seguimiento solar, que por
medio de lentes y espejos, captan la mayor cantidad de luz natural posible introduciéndola de manera
difusa dentro de los locales con una máxima eficiencia y una mínima ganancia de calor. A través de
estos dispositivos pueden conseguirse ahorros significativos en energía eléctrica mejorando al mismo
tiempo la calidad de la luz dentro de los espacios.
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8.1.3. Generación fotovoltaica
Dentro de los llamados «Muros Solares» también se encuentran las fachadas o
techumbres fotovoltaicas. Paneles completos o parciales de celdas fotovoltaicas que generan la electricidad utilizada por el edificio.
Lo importante es que estos dispositivos de generación eléctrica, pueden, y de
hecho ya se están utilizando como elementos de diseño en fachadas y techumbres. Estas se pueden
encontrar en unidades mono o policristalinas, y de tipo amorfo, En la actualidad los módulos fotovoltaicos son mas eficientes y pueden encontrarse en distintos colores de acuerdo a los requerimientos de
proyecto, estos pueden ser: negro, azul, violeta, verde, café, gris claro u obscuro. Del mismo modo, los
paneles están disponibles en distintas medidas y formas, incluso ya se encuentran en forma de teja,
para lograr una buena integración a la techumbre. De tal forma, que únicamente cubriendo ciertos requisitos técnicos de orientación e inclinación, estos módulos pueden ser utilizados con una nueva visión
de diseño de fachadas solares que no solamente cubran con su función técnica utilitaria, sino también
con cierto carácter estético y arquitectónico.
8.1.4. Nuevas estructuras y cubiertas plásticas
A mediados del siglo XX, Frei Otto y Buckminster Fuller, propusieron nuevas estructuras con amplias posibilidades espaciales arquitectónicas y al mismo tiempo, ambientales. A partir
de entonces, esta nueva tecnología ha sido poco utilizada pero se ha mantenido latente.
En la actualidad, esta nueva tecnología constructiva está retomando auge debido
a las nuevas posibilidades que se tienen con las nuevas estructuras ligeras y los materiales plásticos
que han surgido hoy en día. Estos nuevos materiales, tanto rígidos como flexibles (membranas policarbonatos, etc.) ofrecen ciertas ventajas además de su ligereza: ofrecen un buen comportamiento térmico
ante el frío o el calor. Ofrecen también un amplio espectro lumínico desde totalmente opacos hasta los
totalmente transparentes. Pueden ser resistentes al fuego, a la luz y rayos UV. Pueden moldearse a
cualquier forma, son relativamente durables, pueden ser reemplazados con facilidad y tienen un bajo
mantenimiento.
8.2.
ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA CONTEMPORÁNEA
En la actualidad la arquitectura bioclimática en el mundo se está dando de manera
amplia tanto en edificios habitacionales y viviendas, como en edificios públicos. Dos aspectos son abordados de manera importante: La climatización natural y la iluminación. En los proyectos de vivienda son
mas marcados los aspectos de climatización, incluyendo el control solar, ventilación natural y uso de
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materiales. Mientras que en los edificios públicos, adicionalmente, se hace mucho énfasis en la ventilación e iluminación naturales.
Desde luego, la arquitectura bioclimática considera el confort de manera global, y
no únicamente el aspecto de control térmico o el control del asoleamiento; que es lo más notorio, o lo
que la gente identifica más claramente del bioclimatismo.
8.2.1. El Viento como concepto de diseño
Richard Rogers es uno de los arquitectos que han tratado de utilizar la ventilación
natural y ventilación forzada de manera importante en sus proyectos. Un ejemplo de ello es su edificio
en Tokio «Torre Turbina». Su diseño es capaz de generar suficiente energía por sí mismo. Pruebas en
túnel de viento analizan las condiciones de los vientos urbanos locales. El edificio muestra flexibilidad
para aprovechar la variabilidad de los vientos de Tokio.
El concepto del edificio es muy similar a los malgafs o torres eólicas del Medio
Oriente. El edificio cuenta con captadores de viento, los cuales canalizan al aire a través de ductos subterráneos a un intercambiador de calor por medio de agua fría. Este aire acondicionado de manera natural, es inyectado a los distintos espacios y niveles del edificio. Posteriormente, el aire caliente, generado
en los espacios, es succionado por una gran torre que aprovecha las diferencias térmicas por efecto
Stack, las cuales son incrementadas por captadores solares en la parte superior. Además de su diseño
aerodinámico, el edificio cuenta con una doble fachada ventilada que controla las posibles ganancias
solares directas.
Otro edificio que aprovecha torres de extracción por efecto Stack es el Centro de
Rentas Públicas de Nottingham, en Gran Bretaña. Este edificio diseñado por Michael Hopkins, hace un
uso eficiente de la energía, además de varios dispositivos, por medio de la amplia utilización de la iluminación natural y sistemas de ventilación naturales. El principio general de ventilación se basa en crear
corrientes de viento por medio de grandes torres de succión, las cuales son aprovechadas también como las escaleras de los edificios.
8.2.2. Cavidades ventiladas
Una tendencia para tratar de minimizar el impacto del medio ambiente sobre las
edificaciones es la utilización de una doble envolvente del edificio que funcione como un elemento
amortiguador o exclusa térmica. La cavidad ventilada es un recurso que está usándose en muchos proyectos.
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El Centro de Promoción de Negocios en Disburgo, de Sir Norman Foster es un
edificio con sistemas sofisticados que utiliza el concepto de doble piel y cavidad ventilada. La fachada
plana exterior contiene finos sensores conectados a una computadora que controla una persianas de
aluminio perforado que aún cerrados totalmente permiten la visibilidad hacia el exterior. Detrás de éstos
hay un doble vidrio altamente aislado con relleno de argón. El edificio fue diseñado para conseguir las
mejores condiciones de confort utilizando sistemas artificiales. Cada habitación tiene controles individuales computarizados que controlan la luz y la temperatura. A pesar de que el edificio funciona con
sistemas de acondicionamiento artificial del aire. los dispositivos de la doble fachada hacen que la utilización de la energía sea altamente eficiente.
Uno de los problemas que presentaban los edificios altos era el de no poder ventilarse naturalmente. sin embargo en la actualidad se han desarrollado dispositivos que permiten la ventilación natural en grandes alturas. Esto ha sido un desarrollo muy importante ya que estos edificios ya no
dependen de la climatización artificial para su buen funcionamiento
La «fachada climática» de RWE en Essen, Alemania fue desarrollada por el arquitecto Ingenhoven Overdiek. y muestra otro ejemplo de la utilización de dispositivos operables de ventilación natural en edificios altos. Aunque el diseño es diferente, el concepto es el mismo que el edificio de
Norman Foster: elementos de captación en la manguetería de la fachada exterior que introducen el aire
a una cavidad ventilada, de tal forma que los espacios interiores pueden ser ventilados de manera natural y controlada a pesar de las grandes alturas del edificio.
El edificio de la sede DEBIS en Potsdamer Platz, Berlín, es un proyecto de Renzo
Piano que es un ejemplo de edificio con una alta respuesta ambiental. Sus 21 niveles son ventilados
totalmente de manera natural a través de una doble fachada acristalada con cavidad de aire, y dispositivos de control solar integrados y automatizados. El edificio también maneja dispositivos de control de la
iluminación natural y sistemas de uso eficiente de la energía.
8.2.3. Conceptos de climatización natural
El Parque de Ciencia y Tecnología de Gelsenkirchen en Alemania, fue diseñado
por el grupo de arquitectos Kiessler + Partner. Este es un buen ejemplo para mostrar los conceptos de
climatización natural en climas con inviernos fríos donde es necesario promover el calentamiento solar
directo; y con veranos en donde es necesario promover el control solar y la ventilación para disipar las
ganancias térmicas del edificio.
Se trata de un gran edificio de 300 m de longitud orientado sobre el eje norte sur
con nueve pabellones en forma de peine. La fachada poniente es totalmente vidriada e inclinada, formando un espacio corrido de triple altura. Por ello se favorecerán ganancias solares directas, principal-
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mente durante las tardes. El edificio funciona de distintas maneras dependiendo las condiciones ambientales prevalecientes:
Figura 36.18
En Invierno.
Tanto la fachada este como oeste permiten la ganancia solar directa. El acristalamiento de la fachada poniente se encuentra cerrado por lo que la ganancia directa es conservada en el
interior del edificio. El piso de la planta baja funciona como sistema de almacenamiento térmico. En la
azotea del edificio se cuenta con colectores solares que proveen calentamiento adicional, en caso de
ser necesario, por medio de radiadores dispuestos en los tres niveles del conjunto, cerca de la fachada
este.
En Verano durante el día.
El acristalamiento de la fachada oeste se abre en la parte superior e inferior permitiendo una circulación constante de aire, aprovechando el cambio de densidad. El aire que se introduce
por la parte inferior entra fresco y húmedo debido al lago que se encuentra colindante en el lado oeste
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Tema 36.33
del conjunto. El aire caliente del interior del edificio sale por la parte superior ayudando al flujo de circulación. El acristalamiento es cubierto con una superficie opaca que impide las ganancias solares directas.
La fachada Este cuenta con dispositivos de control solar que impiden el asoleamiento en el interior. Las ventanas se abren para permitir la ventilación natural cruzada.
En Verano durante la noche.
El edificio se enfría por medio de ventilación natural cruzada y por efecto Stack. La
cubierta opaca de la fachada oeste es retirada para permitir el enfriamiento radiante.
Todos los movimientos de la fachada acristalada y la activación de dispositivos se
hace de manera electrónica.
8.2.4. Conceptos de iluminación natural
La idea de optimizar la relación entre la sombra y la luz conduce a nuevas formas.
Los grandes reflectores de concreto prefabricados de Renzo Piano desarrollados para la Colección de
Menil en Houston, Texas, muestra la belleza de las formas que pueden conseguirse. Al igual que el museo Kimbel, en este edificio el concepto es la luz. Se trata de un edificio con cubierta transparente y sistema de dispositivos de control lumínico tipo persiana. que introducen la luz de manera uniforme dentro
de los espacios. evitando el asoleamiento directo. Este concepto, de una u otra manera es retomado por
Renzo Piano en muchas de sus obras posteriores, por ejemplo: la Galería Cy Twombly en Houston
Texas, donde coloca una sucesión de techumbres translucidas que filtran de manera excelente la iluminación natural controlando al mismo tiempo el asoleamiento.
El diseño de Thomas Herzog en el Centro de Congresos y Exhibiciones en Linz,
Austria es un ejemplo del uso de reflexión y neutralizaciones de sistemas de luz difusa. En realidad se
trata del concepto de persianas empleado por Piano, en la colección de Menil, pero llevado a una microescala. Este sistema fue desarrollado en colaboración con Christian Bartenbach los cuales han resumido la microgeometría de cada reflector. Los Micro Prismas se pueden usar para reflejar o redireccionar
la luz solar directa y sólo permitir el paso de la luz difusa. Esta tecnología de primera generación ha
progresado suficientemente para permitir producir material extruido de placas microprismáticas de bajo
costo, las cuales se pueden usar tanto horizontal como verticalmente.
El centro de Congresos de Linz es un edificio con cubierta curva totalmente acristalada con la utilización de las placas microprismáticas, de tal forma que se cuenta con una total iluminación natural y un completo control solar al mismo tiempo.
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Figura 36.19
Conducción de la luz natural
El Reichstag, en Berlín, es el nuevo parlamento alemán. El proyecto consiste en
un innovador concepto de utilización de la energía que culmina en un gran captador de luz natural en la
parte más alta del edificio. Se trata de un enorme
domo que conduce la luz natural al interior de la
cámara del parlamento por medio de cientos de
espejos que forman un cono invertido. En este
gran domo lumínico, también se integras sistemas
de ventilación natural y sistemas fotovoltaicos de
generación eléctrica. Se han realizado muchas
simulaciones por ordenador y un modelo en escala 1:20 del domo y la cámara simulados bajo condiciones reales
Figura 36.20
El Banco de Hong Kong, diseñado por Norman Foster y Asociados muestra un
atrio que conduce luz natural a los niveles más bajos del edificio. Esto se logra a través de direccionar la
luz del sol por medio de dos enormes reflectores. Un captador solar externo formado por cientos de espejos que siguen el recorrido del sol por medio de computadoras, refleja la luz natural hacia otro reflector cóncavo ubicado en la zona más alta del atrio el cual conduce a la luz dentro del espacio y por lo
tanto a través del piso vidriado. El croquis inicial de Foster muestra la idea de conducir la luz hacia el
interior del basamento.
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Tema 36.35
RESUMEN
LA VIVIENDA DOMÓTICA
En el aspecto de automatización y control de diferentes sistemas en la vivienda,
podemos hacer referencia a los elementos de:
• Iluminación.
• Climatización.
• Agua y gas.
• Electrodomésticos.
• Seguridad
La arquitectura de un sistema domótico puede ser:
• Arquitectura centralizada.
• Arquitectura distribuida.
SISTEMA X-10
En el sistema por corrientes portadoras X-10 existen tres tipos de dispositivos X10: Los que sólo pueden transmitir órdenes, Ios que sólo pueden recibirlas y los que pueden enviar/recibir éstas.
Los transmisores pueden direccionar hasta 256 receptores. Los receptores vienen
dotados de dos pequeños conmutadores giratorios, (uno con 16 letras y el otro con 16 números) que
permiten asignar una dirección de las 256 posibles.
La señal que se utiliza para el sistema X10, es de alta frecuencia (120khz), y es
incorporada a la tensión de la red justamente después del paso por cero de ésta. Así se evita la mayor
parte de las perturbaciones producidas por los consumidores eléctricos a ella conectados. El máximo
retraso entre el comienzo del envío y los pulsos de 120 Khz. es de 50 µsg.
Las órdenes se envían en forma de telegramas compuesto cada uno de ellos por
11 unidades de información o bits (1 en cada ciclo) situados en una de las alternancias del ciclo de red,
transmitiéndose en la siguiente alternancia el bit complementario del anterior.
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SISTEMA SIMÓN VIS
El sistema SimonVIS ha sido desarrollado como un sistema de control para instalaciones de tamaño pequeño y mediano. Es adecuado para instalaciones en viviendas particulares,
tiendas, oficinas, escuelas, granjas, etc. El sistema es también adecuado para control, vigilancia, seguridad, alarma, sistemas de tarifa y control remoto de componentes de alarma, sistemas de iluminación y
calefacción.
Los componentes necesarios para hacer que el sistema funcione son:
• Módulo de alimentación de 24 Vc.c
• Módulo de control
• Módulo de entradas.
• Modulo de salidas.
Todas estas partes pueden colocarse centralmente en el panel de distribución
de grupo, pero los módulos de entradas y salidas pueden colocarse también descentralizadamente, es
decir, por ejemplo, en el desván, en el sótano, en canaletas portacables o similares.
SISTEMA EIB
El sistema EIB (European Installation Bus, bus de instalación europeo), basa su
potencia y versatilidad en que a todos los componentes les llega un bus de datos que consta de dos
hilos y que funciona a una tensión de 24Vc.c. El cometido de este bus es doble:
• Suministra la alimentación a los componentes del sistema, con una tensión adecuada para su
funcionamiento.
• A través de él se transmite el telegrama codificado para la comunicación entre los componentes.
Como una instalación de este tipo puede llegar a tener 11.520 componentes todos
conectados al mismo bus, para que funcione correctamente se divide en áreas o zonas, y dentro de
estas zonas se subdivide en líneas. En una instalación EIB pueden llegar a existir 15 áreas o zonas. En
cada una de ellas se pueden albergarse como máximo 12 líneas. Cada línea puede contener hasta 64
componentes.
Los componentes del sistema EIB son programables individualmente, es decir,
como es un sistema descentralizado, cada componente integra un microprocesador (µP), una memoria
EEPROM, una RAM y una ROM.
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Tema 36.37
El conjunto de estos cuatro componentes se denomina Acoplador al Bus. Todos
los sensores y actuadores del sistema llevan su acoplador al bus
OTROS SISTEMAS
KNX
El estándar KNX se ha convertido en el primer sistema normalizado a nivel mundial para la comunicación de Control de Viviendas y Edificios que es totalmente libre de royalties para
los miembros de la asociación y es totalmente independiente de cualquier plataforma tecnológica específica de hardware /software.
LONWORKS
La tecnología Lonworks, se usa para implementar redes de control distribuido sobre diferentes medios físicos (par trenzado. red eléctrica. radio. fibra, etc.) con conectividad total y capacidad de telegestión, incluso por Internet.
Ofrece una solución con arquitectura descentralizada, extremo/extremo, que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores y que cubre desde el nivel físico al nivel
de aplicación de la mayoría de los proyectos de redes de control.
ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
La vivienda bioclimática consiste en el diseño de edificaciones teniendo en cuenta las condiciones climáticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos)
para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía.
Una vivienda bioclimática puede conseguir un gran ahorro e incluso llegar a ser
sostenible en su totalidad. Aunque el coste de construcción puede ser mayor, puede ser rentable, ya
que el incremento de la vivienda se compensa con la disminución de los recibos de energía.
Materiales para la arquitectura bioclimática
En la actualidad se cuenta con buenos materiales aislantes como espumas de poliestireno expandido, fibras minerales, materiales naturales como la madera, el corcho, paja, etc. también muchos materiales pétreos que con cierto espesor son buenos en inercia térmica.
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El vidrio laminado y en combinación con otros materiales ha experimentado grandes avances en su eficiencia térmica en los últimos 20 años
Los microprismas o micropersianas «MicroSun»10 están formados por un doble
acristalamiento y una retícula de persianas diminutas que impiden el asoleamiento directo en el rango
deseado. Este dispositivo lumínico y de control solar, es utilizado principalmente en superficies horizontales o inclinadas, ya que permite el paso de los rayos solares de manera directa (o difusa) en ciertos
ángulos y son bloqueados en otros, permitiéndose únicamente el paso de la radiación reflejada.
Los aislamientos térmicos transparentes o translúcidos incluyen estructuras tipo
panal, estructuras capilares, basogel granular aerogel, y tubos vidriados.
Arquitectura Bioclimática contemporánea
En la actualidad la arquitectura bioclimática en el mundo se está dando de manera
amplia tanto en edificios habitacionales y viviendas, como en edificios públicos. Dos aspectos son abordados de manera importante: La climatización natural y la iluminación. En los proyectos de vivienda son
mas marcados los aspectos de climatización, incluyendo el control solar, ventilación natural y uso de
materiales. Mientras que en los edificios públicos, adicionalmente, se hace mucho énfasis en la ventilación e iluminación naturales.
Así aparecen conceptos tales como:
• El viento como parte del diseño.
• Cavidades ventiladas
• Climatización natural
• Iluminación natural
BIBLIOGRAFÍA COMENTADA
•
C.O.I.T.T.. (2004) El Hogar Digital. Ed. Colegio Oficial de Ing.Tec.Telecomunicación
Gran herramienta de ayuda para alumnos, profesores y profesionales, interesados
en conocer o El Hogar Digital repasa las principales características asociadas al mundo de la domótica,
exponiendo los principales sistemas existentes en la actualidad.
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•
Tema 36.39
LASSO TÁRRAGA, D. (1998) Instalaciones Automatizadas en Viviendas y Edificios. Ed.
Paraninfo
El libro ha sido realizado desde la perspectiva tanto teórica como práctica en las
instalaciones domóticas. Se convierte así, en una herramienta para adentrarse en este mundo. Se repasan los conceptos fundamentales de los varios sistemas domóticos, sus tecnologías, componentes,
modos de instalación y programación.
•
SIMON. (2002) Manual Técnico de Instalación. Ed. Simon
•
LONWORKS. (2003) Manual Técnico de Instalación. Ed. Lonworks
Los manuales de las distintas compañías que se han utilizado permiten consultar
sectores específicos de la Domótica, permitiendo nuestra actualización en sistemas que están en permanente evolución.
•
ROMERO, C. (2005) Domótica e Inmótica. Viviendas y edificios inteligentes. Ed. Ra-Ma
Este libro presenta una visión práctica y actual de estos conceptos, y su contenido
y redacción están orientados para que sea utilizado como libro simplemente divulgativo, o como texto
para estudiantes de ingenierías o ciclos formativos. Se describen los componentes básicos de una instalación y los servicios que se pueden gestionar. Se presentan las principales tecnologías utilizadas,
aclarando el panorama de los múltiples estándares y no estándares del mercado. Se muestran diferentes aplicaciones informáticas que gestionan dichos sistemas y multitud de ejemplos reales de este tipo
de viviendas y edificios.
•
NEILA, F. J. (2004) Arquitectura Bioclimática en un Entorno Sostenible. Ed. Munillaleria
Este libro pretende adentrarse en el mundo de la bioclimática a través de los con-
ceptos y la teoría, pero también con la precisión de los cálculos y la demostración de los ejemplos.
•
OLGYAY, V. (2008) Arquitectura y Clima. Ed. Gustavo Gili
Arquitectura y clima se ha convertido en un libro clásico. Publicado por primera
vez en la década de los años 50 en Estados Unidos, conserva toda su actualidad en cuestiones mediombientales, explorando las relaciones entre edificios y medio natural que lo envuelve, entre "arquitectura" y "lugar", entre "forma" y "clima", entre "urbanismo" y "regionalismo".
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Tema 36.40
•
Profesores de Enseñanza Secundaria TECNOLOGÍA
GONZALO, G. E. (2009) Manual de Arquitectura Bioclimática. Ed. Noboku
Este manual aporta sugerencias proyectuales y metodologías de simulación y veri-
ficación, que facilitan la determinación de pautas y estrategias para el diseño bioclimático y la utilización
de energías no convencionales en los edificios y su hábitat. Cuenta con el apoyo de más de 600 figuras
que facilitan la comprensión de los conceptos que se tratan. Debido a que los 26 programas de ordenador y bases de datos que se adjuntan a este libro, están en permanente proceso de desarrollo, los mismos pueden ser modificados y mejorados tanto como se quiera, por lo que se los entregan abiertos y
sin ninguna protección.
PÁGINAS WEB DE INTERÉS
• http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_bioclim%C3%A1tica
Artículo enciclopédico, con ejemplos de prácticas bioclimáticas y algunos enlaces
• http://www.arquitecturabioclimatica.info/
Extensa introducción a la arquitectura que diseña para aprovechar el clima y las
condiciones del entorno.
• http://domotica.net/
Artículos breves sobre diversos aspectos de la arquitectura bioclimática: Sistemas
refrigeradores; Bioclimática; Forma, orientación y distribución; Introducción a la bioclimática; Composición de la casa; Sistemas de iluminación; El entorno climático; Cierres, aislamiento térmico e inercia
térmica; Condicionantes climatológicas
• http://www.casadomo.com/
El Portal de la Domotica e Inmótica del Edificio y Hogar Digital con toda la información diaria de sector.
• http://www.cedom.es/que-es-domotica.php
El principal objetivo de CEDOM es aumentar la implantación de la domótica y la
inmótica en España y lo hace defendiendo los intereses de sus asociados ante la Administración y promocionando la tecnología sin diferenciación de sistemas, protocolos de comunicación, tipos de productos o empresas.
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Tema 36.41
• http://www.homesystems.es/
Desde 1993 Home Systems lidera el mercado español de Domótica e Inmótica.
Fabricante y distribuidor en España de las tecnologías X10.
• http://www.lonmark.es/lonworks_tecnologia.asp
LONWORKS es una plataforma de control creada por la compañía norteamericana
Echelon. Las redes LONWORKS describen de una manera efectiva una solución completa a los problemas de sistemas de control
• http://www.abb.es/product/es/9AAC111725.aspx
Soluciones de domótica profesional de alta funcionalidad y automatización mediante la técnologia KNX, el sistema de instalación inteligente que cumple con las más altas demandas
de aplicaciones y control de viviendas modernas y edificios.
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Tel.: 91 564 42 94
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