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BACnet + BMS La integración perfecta para sistemas VRF

En la actualidad, la eficiencia y versatilidad de un sistema HVACR obedece en gran medida a su capacidad para integrase a un sistema de control centralizado o BMS. Descubre cómo integrarlos a continuación

En la actualidad, la eficiencia y versatilidad de un sistema HVACR obedece en gran medida a su capacidad para integrase a un sistema de control centralizado o BMS. Descubre cómo integrarlos a continuación

Diego Colín / Fotos: cortesía de Hisense México

El aire acondicionado con volumen de refrigerante variable (VRF) es un tipo sistema de climatización que brinda servicio a grandes superficies de trabajo. Es decir, edificaciones como hoteles, oficinas y centros comerciales.

Actualmente, los equipos VRF están entre los sistemas de aire acondicionado más populares dentro del segmento de la climatización debido a su alta eficiencia energética sencillo mantenimiento y bajos consumos eléctricos. Además, ofrecen una gran versatilidad para integrarse a sistemas de control centralizado, también conocidos como building management systems (BMS).

La función de los sistemas de administración de edificios o BMS es la de mejorar la gestión y control de los denominados “edificios inteligentes”. Técnicamente, un BMS es el sistema que gestiona o administra todas las funciones tecnológicas de un edificio. Las más comunes son la iluminación, el control de acceso, sistemas de seguridad, aire acondicionado, entre otros.

Los sistemas VRF se han vuelto esenciales dentro de la infraestructura de los edificios inteligentes. Esto, sin embargo, se ha convertido en un problema para su integración con los sistemas BMS, pues no sólo se busca encender y apagar equipos mediante alguna arquitectura de control eléctrico. Un sistema VRF va más allá del control de temperaturas; también implica la apertura de válvulas, lecturas de presiones, desplazamiento de aire y mucho más. Lo anterior se traduce en una amplia variedad de aplicaciones que los BMS deben incluir dentro de su control. Poder contar con todas estas funciones en un sistema BMS es el objetivo de un administrador para aprovechar el sistema VRF al máximo.

A grandes rasgos, el objetivo general es lograr que el cliente final pueda satisfacer las siguientes necesidades:

  • Facilitar la rápida detección de las incidencias para un mantenimiento preventivo.
  • Aumentar la productividad del personal (automatizando tareas de supervisión).
  • Proporcionar información detallada del consumo que fomente la eficiencia energética.
  • Incrementar el confort y seguridad de los usuarios dentro del edificio.
  • Gestionar proyectos de gran capacidad.
  • Monitoreo y control en tiempo real.

Figura 1. La integración de sistemas VRF con BACnet es un elemento crucial para la gestión de los edificios inteligentes y sustentables.

Todos estos beneficios son los que busca un administrador de edificios cuando integra un BMS. El reto se encuentra precisamente en este punto, ya que un sistema de gestión de edificios cuenta con un protocolo de comunicación abierto. Luego, cada uno de los sistemas que intentará integrar cuentan con un protocolo propio, uno que utiliza la empresa que los suministra para que internamente sus equipos se comuniquen y puedan ser controlados. Para este aspecto debemos tener en claro que esta arquitectura de control contempla conceptos complejos que ingenieros especialistas diseñan para facilitar la comunicación y gestión de un sistema. No obstante, podemos esclarecer dicha arquitectura explicando los conceptos básicos implementados.

Figura 2. Los BMS son capaces de integrar, gestionar y controlar todas los sistemas e instalaciones de los edificios inteligentes.

¿Qué es y para qué sirve una red?

El concepto de red advierte que se trata de un conjunto de equipos y dispositivos de control, conectados entre sí mediante un enlace. Éste podrá ser o no un enlace físico siempre y cuando nos permita la interacción de todos los elementos comprendidos dentro de la red. El desarrollo  de una red nos facilitará la comunicación. Así, se facilitará el control y monitoreo de un sistema VRF. Es posible utilizar este concepto y aplicarlo para la comunicación entre unidades interiores y exteriores. El enlace físico será un cable de comunicación y el termostato el dispositivo de control.

Si lo que se busca es formar parte de una red de comunicación debemos cumplir algunos requisitos. Uno de ellos es el protocolo de comunicación, es decir, un conjunto de normas que están obligadas a cumplir todos las máquinas y programas que intervienen en el desarrollo de datos entre dispositivos contenidos en la red. Sin estos elementos la comunicación resultará imposible. Existen dos diferentes tipos de protocolo de comunicación: los protocolos abiertos y los protocolos cerrados.

Actualmente, los más comunes para BMS son Modbus y BACnet, que son protocolos de comunicación abierta.

Para entender mejor acerca de los protocolos de comunicación debemos interpretarlos como si fueran idiomas. Supongamos que estamos trabajando en un edificio inteligente en el cual tenemos que integrar un sistema VRF a un BMS. El sistema de administración está siendo integrado utilizando un protocolo BACnet. En este caso, BACnet, sería el idioma inglés, típicamente un idioma que la mayoría puede entender. Luego, para que exista la comunicación con sistema VRF todos sus equipos deberán hablar inglés, es decir, BACnet, lo cual no es posible en la mayoría de los casos.

Figura 4. Controles locales y controles remotos en sistemas HVACR integrados.

Como se había explicado, los sistemas físicos cuentan con un protocolo de comunicación propio, denominados protocolos cerrados. Por ejemplo, nuestro sistema VRF utilizará un protocolo de comunicación HNET-II, que sería el equivalente al idioma chino o cualquier otro que propiamente entenderán solo los dispositivos VRF. Aquí es donde aparece un instrumento crucial dentro de arquitectura de un sistema BMS: la herramienta integradora. Ésta tendrá como función la de traducir los protocolos para que tanto el BMS como el sistema VRF puedan comunicarse con éxito. Para la solución de nuestro ejemplo nosotros podremos implementar un IntesisBox que se encargará de traducir de BacNet a HNET-II y viceversa.

Los protocolos de comunicación también participan en la interpretación de instrucciones. Para esto debemos entender primero que lo que se intenta comunicar son máquinas, es decir, dispositivos que no tienen la facultad de pensar. Por lo tanto, todas las configuraciones e instrucciones las tenemos que hacer nosotros mismos por medio de controles. Un control es un dispositivo que nos permite ejercer dominio sobre algún equipo o sistema. Existen diferentes tipos de controles que se adaptan a las necesidades del proyecto o del usuario final. En consecuencia, es posible englobar los controles de la siguiente manera.

Controles locales

Tienen un protocolo de comunicación privado y son dispositivos que se utilizan para controlar sistemas VRF de madera local. Se encargan de controlar operaciones básicas como temperaturas, arranques, paro, volumen de flujo de aire y operación de horarios.

Desde luego éstas son funciones básicas que sólo se pueden llevar a cabo de manera local. El más básico de todos los controles en aire acondicionado es el clásico termostato.

Figura 5. Control centralizado con pantalla touch de Hisense.

La composición de los controles locales se puede volver más compleja con los controles centralizados. Estos últimos siguen siendo un protocolo privado, pero comprenden aplicaciones más robustas y se utilizan para concentrar el control de uno o varios sistemas VRF en un solo punto. En su mayoría son capaces de controlar horarios de programación, graficar consumo eléctrico e incluso superar la barrera de control local. Son gestionados a través de Cloud por un ordenador a distancia sin dejar de tener un protocolo de comunicación cerrado.

Figura 7. Control local gestionado a través de Cloud.

Algunos de estos controles centralizados pueden integrarse a un BMS aun teniendo un protocolo de comunicación cerrado y sin usar herramientas integradoras. La integración se realizará por medio de pulsos. Como se observa en la figura 5 y 6, de lado izquierdo tenemos un control centralizado (una pantalla touch) donde se aprecia a todos los equipos controlados y encendidos. Posteriormente, se enciende una señal de alarma por sistema contra incendios y todos los equipos se apagan (Figura 5). Esta es una respuesta simple y usualmente se puede modificar el tipo de señal que detonará la acción de control. Ésta puede ser una señal normalmente abierta o cerrada. De esta forma, se puede controlar todo tu sistema VRF con un solo pulso y además integrarlo al sistema BMS.

Figura 6. Sistema de alarmas contra incendios.

Controles por ordenador

Estos dispositivos son capaces de comunicarse con un protocolo privado hasta con un ordenador mediante un intérprete (una aplicación). Este monitoreo se puede llevar a cabo de manera local o remota, dependiendo de las características del ordenador y de la red. Tienden a ser muy robustos y capaces de monitorear sistemas de aire acondicionado muy grandes. A través de medidores eléctricos pueden calcular el gasto y la eficiencia del consumo eléctrico de cada uno de los equipos del sistema de climatización.

Como su nombre lo indica, requieren una computadora o un teléfono inteligente para poder enviar y recibir información por medio de Cloud. Todos los miembros que pertenezcan al grupo de control deberán contar con el intérprete y la configuración de monitoreo.

Figura 7. Esquema de control por ordenador (local o vía remota).

Controles remotos

A este tipo se les denomina también controles para servicio. Son ideales para el monitoreo local y a distancia. Asimismo, pueden controlar y proporcionar un estudio térmico de los sistemas VRF. Esta herramienta es útil para detectar errores o comportamientos extraños y evitar que el sistema falle.

Estos dispositivos reconocen todos los sensores del sistema VRF y presenta toda la información referente al comportamiento térmico del sistema en tiempo real: gráficas de operación, ciclo de refrigerante, monitoreo de temperaturas, presión de succión y descarga, TSH, apertura de la válvula de expansión, etcétera.El monitoreo también se puede llevar a cabo de manera remota y capturar la información en un ordenador conectado a Cloud.

Figura 8. Sistema de alarmas contra incendios.

Adicionalmente, existen soluciones por diseño cuando la arquitectura de un edificio exige homologar los dispositivos de control. En este caso, el instalador deberá generar un nexo entre un controlador por diseño y uno del fabricante. Naturalmente, deberán ser compatibles o utilizar herramientas de integración. Uno de los ejemplos más actuales de este tipo de controles es Nest, utilizado en edificios de alta gama que requiere de herramientas integradoras para poder interpretar los sistemas VRF.

En los últimos años se han dado avances significativos gracias a la invención de protocolos abiertos para integraciones de BMS. No obstante, BACnet sigue siendo el protocolo de comunicación más completo y potente para la automatización de edificios.

Figura 9. Control Nest utilizado en edificios de alta gama.

Específicamente fue ideado para utilizarse en todos los niveles de la automatización de inmuebles y para todos los sistemas, ya sea de climatización, de iluminación o de seguridad. Desarrollado por ASHRAE en colaboración con muchos expertos, en 2003 adquirió el estándar mundial ISO16484-5 para la automatización de edificios.

El futuro de la automatización de edificios se encuentra en la capacidad y voluntad de los fabricantes para ofrecer soluciones abiertas totalmente integradas y unificadoras. Lo anterior significa justo la premisa de la que partió este artículo: un sistema será tan bueno como su capacidad de unificarse con sistemas de control centralizado.

 

Diego Colín

Ingeniero eléctrico-electrónico por la UNAM, con especialidad en Redes IP de Voz y Datos. Cuenta con 6 años de experiencia trabajando como ingeniero de servicios en energía regulada y sistemas de aire acondicionado con volumen de refrigerante variable, además de realizar integraciones de comunicación entre sistemas de acción y sistemas BMS. Actualmente, se especializa en la supervisión, instalación, capacitación e integración de sistemas VRF para la división de Servicios de Hisense VRF para México y Latinoamérica.

 

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