Smart Building: Monitorización y eficiencia energética combinadas para alcanzar la nueva era de edificios sostenibles

Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autores

• Jesús Javier Rodríguez Gutiérrez, Responsable Proyectos Monitorización, CIC Consulting Informático de Cantabria
• David Vilasack Vilasack, IDboxRT Team Leader, CIC Consulting Informático de Cantabria
• Elizaveta Markova, Responsable de Marketing y Diseño Gráfico en IDboxRT, CIC Consulting Informático de Cantabria
• Alicia Poncela Huerta, Responsable de GD y CRM en IDboxRT, CIC Consulting Informático de Cantabria

Resumen

Los edificios suponen actualmente el 40% del consumo energético de la Unión Europea, siendo además uno de los principales focos de emisión de dióxido de carbono. Por ello diferentes iniciativas, como el PLAN 2020 basado en la directiva 2010/31/EU del Parlamento Europeo, pretenden fomentar la implantación de mejoras para la eficiencia energética de los edificios con el objetivo de un consumo casi nulo. Para alcanzar los requisitos que cumplan con estas disposiciones es necesario replantear el diseño, construcción y gestión de los edificios, donde las tecnologías juegan un papel fundamental como herramientas de transformación. Mediante plataformas y aplicaciones “Smart Building” se permite monitorizar y gestionar los edificios y su energía consumida, pudiendo adaptarse a las condiciones ambientales sabiendo cómo, cuándo y dónde establecer medidas de ahorro energético (MAEs) que faciliten reducir los costes de operación y mantenimiento, aumentando la vida útil de las instalaciones de forma sostenible.

Palabras Clave

Big Data, eficiencia energética, sostenibilidad, MAEs, Smart Building, energías renovables, IoT, plataforma, monitorización.

Introducción

El consumo actual en los edificios supone prácticamente el 40% de la energía mundial, sin embargo los edificios tienen una capacidad para reducir esos costes de la que no disponen otros sectores, ya que se pueden aplicar sobre ellos diferentes acciones para reducir esa demanda energética y las emisiones producidas, de manera que se consigan soluciones de eficiencia energética que permitan un modelo sostenible con el objetivo final de un consumo casi nulo gracias a las tecnologías aplicadas y la inteligencia operacional.

El artículo 194 del Tratado de Lisboa de la Unión Europea establece la energía en el centro de la actividad económica, definiendo una política energética que tenga como objetivos principales favorecer la eficiencia y ahorro energético, así como asegurar el suministro y funcionamiento del mercado.

Como consecuencia del surgimiento de ese papel fundamental de los edificios y de los modelos existentes de infraestructuras y servicios, se ha producido la necesidad de generar sinergias, eficiencias y ahorros, además de la búsqueda de nuevas fórmulas de gestión y la apuesta firme por sectores distintos a los tradicionales. Todo ello, potenciado además por las crisis económicas, hace obligatorio realizar un esfuerzo por conocer y dar cumplimiento a las demandas de los ciudadanos y de las propias metrópolis.

El proyecto

Despliegue de plataforma de monitorización Smart Building

Algunas de las tecnologías que se pueden aplicar para encaminarse hacia objetivo del consumo casi nulo en edificios se basan en la integración de plataformas de monitorización que proporcionan una inteligencia operacional sobre los edificios que aporte soluciones a la eficiencia energética de los edificios.

Una plataforma de monitorización Smart Building supone integrar toda la información en un único lugar para la explotación de dato, su procesamiento Big Data y obtener métricas energéticas. De esta manera se puede controlar toda la infraestructura y ofrecer una capa de análisis para la visualización y explotación de todas las señales monitorizables, independientemente de su naturaleza o procedencia.

En la siguiente ilustración se enumeran esquemáticamente las distintas aplicaciones que la plataforma podría proporcionar para la gestión y sostenibilidad de edificios:

Los proyectos realizados tienen como objetivo la creación de un Centro de Control que integre todas estas aplicaciones de Smart Building, donde se monitorizan desde una única plataforma las diferentes variables que provienen de diversos orígenes de información (Building Management System de los edificios, señales del Centro de Procesamiento de Datos, ascensores, contadores de energía y sistema eléctrico), eliminando así las “islas de información” en las que no era posible relacionar datos para poder obtener métricas de ahorro energético relevantes.

Se busca, por tanto, tener una mayor eficiencia operativa en la gestión del Smart Building (alarmas, notificaciones, informes, etc.) y reducir los tiempos de respuesta entre alarmas o anomalías del sistema. Adicionalmente, se gestionan las alarmas más representativas del sistema, pudiendo establecer límites de consumo y monitorizando los parámetros más representativos del consumo energético mediante KPI’s (Key Performace Indicators) mostrados en cuadros de mando.

Material y métodos

La plataforma de monitorización proporciona las herramientas adecuadas para la realización de sesiones de análisis personalizables a nivel de usuario con el objetivo de ayudar a la mejora continua y toma de decisiones en función del estudio de datos, tanto instantáneos como históricos, para optimizar el consumo energético.

Solución

Una plataforma de monitorización permite INTEGRAR, PROCESAR y ANALIZAR las múltiples variables heterogéneas de los diferentes entornos: económico, social y medioambiental, entre otros. Se procesan los datos medidos en tiempo real, elaborando modelos matemáticos sobre los datos históricos, capaces de adaptarse a cualquier arquitectura de red desplegada. Estas herramientas deben ser FLEXIBLES, ESCALABLES y VERSÁTILES para que puedan estar presentes en diferentes modelos de negocio con múltiples niveles de criticidad y diversas reglas. Del mismo modo, estas plataformas deben disponer de unas herramientas avanzadas de tratamiento de datos que permitan crear sesiones de ANÁLISIS en tiempo real e históricos con capacidades de visualización y monitorización de datos de forma ágil e intuitiva. Esta tecnología, capaz de ofrecer información útil y estratégica para el negocio a partir de un análisis detallado de la información capturada, es la TECNOLOGÍA BIG DATA.

La estructura básica que sigue este tipo de herramientas se resume en los siguientes bloques:

1. Integración: eliminar las islas de información independientemente de la tecnología con el fin de integrar los datos, señales o variables del entorno que provienen de orígenes de información heterogéneos.
2. Procesamiento: los datos adquiridos serán procesados uniformemente para su almacenamiento y persistencia, de manera que puedan definirse cálculos estadísticos y de negocio de ellos a partir de su recepción en tiempo real e información histórica.
3. Análisis: se trata de flexibilizar el acceso a la información por parte de los usuarios, proporcionando interfaces gráficas multiplataforma y herramientas de análisis (gráficas, informes, correlaciones, mapas o sinópticos).

Funciones Building Management System (BMS)

La plataforma de monitorización Smart Building proporciona un Business Management System (BMS), consistente en un conjunto de herramientas software y hardware para la gestión de edificaciones que permite aumentar la vida útil de los activos de las instalaciones, así como la automatización de algunos procesos y ahorros en operación y mantenimiento, como pueden ser:

1. Generación de programaciones, escenarios de operación, secuencias de eventos manuales o automáticas.
2. Operaciones aritméticas y lógicas, estadísticas de señales y comparativas de las mismas.
3. Configuración y gestión de alarmas, con sus correspondientes notificaciones.

4. Envío de comandos ON/OFF y regulaciones energéticas.
5. Gestión de mantenimiento preventivo, correctivo y predictivo.

Funciones Sistema de Gestión Energética (SGE)

La monitorización Smart Building a través de la plataforma es el complemento perfecto para la gestión y supervisión de un SGE (Sistema de Gestión Energética) según ISO 50001, ya que facilita la implementación de las políticas de ahorro energético, optimizando y reduciendo el tiempo de implantación de un SGE para cumplir con dicha certificación, el cual puede estar sujeto a auditorías energéticas continuadas en el tiempo.

El sistema permite la interacción multidispositivo de operario – instalaciones – consumo energético, gracias a la creación de señales e índices de Desempeño Energético, consumo energético objetivo y líneas base referencia energética que faciliten la implementación de MAEs (Medidas de Ahorro Energético). De esta forma se consigue un control operacional de las instalaciones, configurando las reglas de control y calculando desviaciones de consumos energéticos y costes.

Resultados

El análisis de las señales procedentes de fuentes heterogéneas permite identificar oportunidad y optimizar el consumo de los procesos, aportando además mayor calidad al servicio con menores recursos. Como sistema de gestión energética, a partir de esas señales adquiridas, la plataforma permite la creación de indicadores (kWh/m2, kWh/persona, kWh/unidad de producción, etc.) y establecer las líneas base de referencia energética basadas en algoritmos y funciones matemáticas para establecer la comparativa y el nivel de Desempeño Energético marcado en las políticas energéticas para la implantación de la ISO 50001.

Las herramientas de visualización permiten analizar la tendencia de los consumos en diferentes periodos de tiempo histórico. De este modo, se pueden establecer comparativas, predicciones, patrones de consumo, detectar usos anómalos, definir comportamientos de los consumidores, marcando líneas base de referencia y regresiones.

Las plataformas de monitorización permiten generar dashboards de forma ágil y sencilla, configurar indicadores, establecer límites de consumo, generar sinópticos de monitorización de referencia, geoposicionar señales en mapas y configurar informes personalizados.

Los beneficios que aporta la integración de plataformas de monitorización en edificios se obtienen gracias al arquitectura flexible y modular sobre la que trabaja, permitiendo un crecimiento tanto horizontal en base a necesidades actuales, como vertical para abarcar nuevas líneas de negocio o necesidades futuras. Estos beneficios pueden resumirse en:

• Flujo regular y transparencia de la información entre las diferentes áreas.
• Balanceo y operación sobre la demanda energética.
• Reducción de costes y consumo debido a la rápida reacción ante fallo, fugas o anomalías energéticas.
• Mejora de los procesos de producción y asignación más eficaz de recursos.
• Implementación de cálculos OEE (Overall Equipment Effectiveness) de acuerdo con particularidades de la infraestructura y su negocio.
• Ahorro de en emisiones y potencialmente en la factura energética.

Discusión y conclusiones

La Directiva 2010/31/UE sobre la eficiencia energética de los edificios fue modificada en la Directiva (UE) 2018/844 añadiendo estrategias a largo plazo para la renovación de los edificios residenciales y no residenciales con propósito de contar con una alta eficiencia energética y cero emisiones de carbono a más tardar en 2050. Desde sus inicios ha recogido diferentes disposiciones como la estandarización de la eficiencia energética o mejoras en el rendimiento de las instalaciones. Por tanto, la mejora continua y el consumo energético casi nulo es algo intrínseco en la gestión de edificios hoy en día, reduciendo la demanda energética sin perder el confort que la energía aporta en nuestra sociedad, además de incorporar elementos que hagan que las nuevas estructuras puedan ser sostenibles. Para lograr lo primero, se debe definir un consumo energético racional, identificando y analizando patrones, consumos anómalos y la influencia de las variables del entorno. Es necesario introducir en el ecosistema energético las fuentes de energía renovable para optimizar el uso de los recursos, invirtiendo en nuevos sistemas de almacenamiento y en redes locales de distribución para mejorar los niveles de servicio.

El objetivo de la implantación de una plataforma de monitorización Smart Building, es monitorizar en tiempo real los consumos energéticos y disponer de una herramienta capaz de analizar las mediciones realizadas desde cualquier fuente de información y ofrecer al usuario un conjunto de herramientas de análisis que le permitan optimizar sus consumos energéticos de forma dinámica en el tiempo, ofreciendo información útil para implementar estrategias de ahorro y MAE´s (Medidas de Ahorro Energético) que reduzcan su consumo energético.

Estaría bien terminar con las palabras del físico y matemático británico William Thomson Kelvin, quien a finales del siglo XIX dijo: «Lo que no se mide no se puede mejorar», por lo que los datos generados en los diferentes sectores tienen una gran importancia para ser utilizados como base para la creación de nuevos servicios sobre los mismos, que junto con poderosas herramientas de análisis serán esenciales para alcanzar mejores resultados y ser más eficientes en el consumo de energía y en la toma de decisiones.

Referencias

• [1] AENOR, 2020, Certificación del sistema de gestión energética ISO 50001.
• [2] CIC Consulting Informático de Cantabria, 2020, Plataforma IDboxRT.
• [3] Proyecto Steeep, 2017, Eficiencia Energética. Introducción para la empresa.