Comunicación presentada al II Congreso Edificios Inteligentes:
Autor
- Francisco Gómez Molinero, Consultor de Tecnología, Sistrol S.A.
Resumen
Los nuevos sistemas de analítica de datos de edificios (“Building Analytics”) ofrecen la oportunidad de detectar ineficiencias de funcionamiento y consumo energético de forma automática y con alta rentabilidad, ya que se basan en las señales de los sistemas de automatización preexistentes en los edificios inteligentes. Además, su capacidad de valorar económicamente las ineficiencias detectadas permite, a propietarios y gestores de edificios, tomar las acciones convenientes con criterios objetivos, basados en la evidencia económica, facilitando la acometida de acciones de rentabilidad verificable.
Antecedentes: edificios lejos de su potencial óptimo
La gestión de un edificio inteligente se beneficia, de forma creciente, de la tecnología, en forma de:
- Sistemas de automatización y control (BMS).
- Sistemas de control de la iluminación (LMS).
- Sistemas de gestión energética (EMS).
- La creciente inclusión de controladores integrados en los principales equipos de las instalaciones del edificio, como calderas, enfriadoras, climatizadores, etc.
Esta explosión tecnológica ha redundado en la presencia de infinidad de sensores y actuadores, que aportan, de forma continuada, información sobre el funcionamiento del edificio y sus instalaciones, en forma de valores de las señales, datos, de todos estos sistemas de control y gestión.
De esta forma, no es raro encontrar edificios de tamaño medio equipados con más de 25.000 señales de control que producen casi 1.000 millones de muestras al año, fundamentales para “conocer” el funcionamiento real del edificio a lo largo de un ciclo anual de invierno/verano completo.
Esta abundancia de datos sobre el funcionamiento del edificio y sus instalaciones no se ha traducido, frente a las expectativas creadas, en una mejora apreciable de su gestión, debido a que los gestores de edificios no han contado con las herramientas necesarias para aprovechar esta información.
De esta forma, es habitual que los edificios operen lejos de su punto de óptima eficiencia, debido a situaciones como:
- Deriva continuada desde las condiciones iniciales de diseño del edificio.
- Información del edificio en manos de “expertos locales”, a partir de la experiencia de uso, sin comprender la capacidad real de las instalaciones.
- Gestión mediante “mantenimiento periódico, alarmas y quejas”, priorizando la resolución inmediata de incidentes frente a consumos excesivos o vida útil del equipamiento.
- Mantenimiento en el tiempo de situaciones “excepcionales”, adecuadas en un momento determinado, que se acaban manteniendo indefinidamente, a pesar de causar sobrecostes, sin considerar si la motivación que las causó ha desaparecido.
Analítica de Edificios: menos buscar, más arreglar
Los sistemas de analítica de edificios (“Building Analytics” o “BA”) aparecen para rentabilizar los abundantes datos disponibles sobre el funcionamiento de los mismos. Para ello, estos datos se transforman, mediante técnicas provenientes de áreas como “Big Data” e “Internet de las Cosas”, en información relevante para los gestores de edificios, basada en la evidencia del funcionamiento real de los mismos.
De esta forma, los sistemas de Analítica de Edificios transforman los datos de los sensores en información enfocada a la toma de toma de acciones para optimizar la explotación del edificio, en aspectos como:
- Monitorizar el correcto funcionamiento de los sistemas. BMS, LBM y EMS, del edificio y sus sensores.
- Monitorizar el mantenimiento de las condiciones ambientales en el edificio, especialmente en casos en los que dichas condiciones son importantes, pero que pueden dejar de cumplirse temporalmente por condiciones del uso diario, como sucede en cámaras frigoríficas, hospitales, laboratorios y centros de procesos de datos.
- Monitorizar el funcionamiento óptimo de equipos e instalaciones.
En todos estos casos, los sistemas de BA detectan situaciones en las que el funcionamiento de instalaciones y equipos del edificio se aleja de su banda óptima de rendimiento, utilizando para ello tanto criterios deterministas, por ejemplo exceso de límites de valores durante más de un tiempo máximo, como estadísticos, como en el caso de la detección de sensores que evolucionan de forma diferente a como lo hacen otros semejantes.
Como complemento a la detección de estas incidencias de funcionamiento, los sistemas de BA permiten su valoración en unidades monetarias, convirtiéndose así en verdaderos “detectores de oportunidades de ahorro”, que inducen a la toma de acciones correctoras mediante la exposición del coste económico de la incidencia, en función de su duración, a gestores y propiedades.
Este cálculo de costes se realiza dinámicamente, de manera que la misma incidencia técnica tiene un coste distinto en función del precio de la energía en cada momento. De esta forma, los sistemas de BA permiten tomar decisiones basadas en la evidencia real del funcionamiento de un edificio, facultándonos para priorizar tanto los trabajos de mantenimiento como las inversiones en el propio edificio.
Para implementar las anteriores funciones se utilizan reglas analíticas, en las que se plasma la lógica de detección de la incidencia, de forma que, una vez definidas dichas reglas, el sistema se comporta como un verdadero “experto de guardia”, siempre vigilante y con capacidad de cálculo ilimitada. Así, las incidencias se detectan y valoran de manera automática, sin necesidad de la intervención de un operador.
Para ello, los sistemas de BA incorporan habitualmente un catálogo de reglas “genéricas” que permiten monitorizar de forma continuada el funcionamiento de los equipos y el mantenimiento de las condiciones ambientales del edificio, lo que facilita la obtención de resultados desde el momento de la puesta en marcha del sistema. Además, en todo caso, dichas reglas genéricas se pueden complementar con reglas específicas, que se enfoquen a la verificación de aspectos particulares del edificio en cuestión.
En resumen, un sistema de Analítica de Edificio:
- Utiliza las señales ya existentes en el edificio.
- Se basa en valores del funcionamiento real, no de estimaciones.
- Detecta incidencias en el funcionamiento del edificio y su equipamiento.
- Valora el coste económico de dichas incidencias.
- Dispone de un catálogo de reglas para supervisar los equipos y condiciones ambientales más habituales.
- Permite la confección de nuevas reglas a medida.
- Funciona de forma automática.
Ejemplos de reglas de Analítica de Edificios
La utilización de un sistema de Analítica de Edificios durante los últimos tres años, en concreto el sistema FREEnergyTM, ha permitido la creación de un extenso catálogo de reglas, pertenecientes a diversos grupos según el objetivo del análisis. Algunos ejemplos de las mismas son:
- Medidas fuera de rango operativo de forma transitoria.
- Fallos de consistencia entre valores de las medidas de magnitudes físicas y los consumos.
- Equipos con exceso de ciclos de arranque/parada.
- Climatizadores y rooftops: válvula de calor/frío/aire exterior no cierra/no abre.
- Calderas y enfriadoras: delta T de caldera fuera de especificación.
- Equipos de bombeo: bomba en funcionamiento con válvula de aislamiento cerrada o sin flujo.
- Condiciones ambientales: sin ocupación y con actividad en sus equipos de climatización.
- Suministro eléctrico: intensidad de fases desequilibrada.
En todos los casos, el sistema Analítico del Edificio permite:
- Supervisar incidencias transitorias.
- Comparar el funcionamiento de un elemento consigo mismo en periodos anteriores.
- Comparar, estadísticamente, el funcionamiento de un elemento con otros de naturaleza semejante.
- Discriminar sucesos irrelevantes, por duración o coste, frente a otros más significativos.
Un ejemplo clarificador del tipo de incidencias detectadas por los sistemas de BA es la detección de aportaciones simultáneas de frio y calor una zona por un equipo de climatización (algo relativamente común en edificios en explotación). Este tipo de incidencia es:
- Compleja, ya que intervienen varias señales de varios equipos (climatizador y válvulas).
- Temporal (normalmente), dándose solo en determinadas condiciones de funcionamiento de la instalación.
- De difícil detección, ya que los sistemas de regulación compensan el error automáticamente con una mayor aportación de signo contrario.
- Costoso energéticamente, ya que al coste de la energía erróneamente aportada se suma la de la necesaria para compensar la misma.
- Semejante a estados transitorios de la instalación en cambios de modo de funcionamiento, en los que las válvulas están en proceso de apertura/cierre, por lo que su detección por los sistemas de control produciría falsas alarmas.
Estas características hacen que dichas situaciones sean de muy costosa programación en los sistemas de control y de difícil detección mediante inspección visual, aún por profesionales expertos que dispongan de tiempo para ello.
La dificultad de detección de incidencias de complejidad semejante a ésta queda reducida por el sistema de BA a un simple mensaje, producido automáticamente, en el que se especifica (ver figura 1):
- Descripción de la incidencia.
- Coste acumulado.
- Duración acumulada.
- Línea temporal, donde se muestra en qué momentos se produjo.
- Equipos en los que se ha producido.
Además, los sistemas de BA incluyen la funcionalidad necesaria para que el operador visualice las condiciones que han dado lugar a la incidencia, como puede verse en la figura 2.
Valoración económica de incidencias: la base para la acción
La Analítica de Edificios es capaz de ofrecer un grado de conocimiento del funcionamiento del edificio superior a los sistemas disponibles hasta el momento, de forma muy rentable, al utilizar los sensores ya presentes en el edificio previamente.
Pero los sistemas de Analítica de Edificios solo permiten transformar datos en información, no produciendo beneficio alguno si no se toman las medidas correctivas adecuadas o, incluso, produciendo costes innecesarios si dichas correcciones se ejecutan en casos en los que las incidencias generan un sobrecoste muy bajo.
Para compensar ambos extremos, los sistemas de Analítica de Edificios incluyen mecanismos de cálculos complejos de coste de la incidencia, en función de la duración o número de veces que se da la misma y del coste de la energía en el momento de ocurrir. Esta funcionalidad, aumenta la rentabilidad de múltiples formas, al permitir:
- Tener un parámetro como el coste, transparente y entendible por todos los implicados, como índice clave de la gestión de la instalación.
- Priorizar los trabajos de mantenimiento en función de los costes de las incidencias.
- Valorar los trabajos de mejora de eficiencia energética basándose en la evidencia del funcionamiento real, aplicando los modos A y B del IPMVP (International Performance Measurement and Verification Protocol), de forma transparente y sin necesidad de recurrir a la creación de líneas base o simulaciones, difíciles de gestionar.
- Tomar decisiones de reparación o cambio basadas en la evidencia del funcionamiento real.
De esta forma los sistemas de BA se configuran como la herramienta clave para todas las acciones de eficiencia que exigen la cooperación de varias partes, por ejemplos propietario, gestor del edificio e inquilinos, para decidir su ejecución, aportando un nivel de transparencia a los ahorros equivalente al de los gastos a realizar.
Conclusiones
Los sistemas de Analítica de Edificio representan una avance significativo en la digitalización de los Edificios Inteligentes, aportando un grado de sistematización, información y transparencia que no existía previamente en la gestión de los mismos, lo que está permitiendo mejoras muy significativas en la eficiencia de su explotación.
Estas mejoras se obtienen con una rentabilidad muy elevada, al estar basadas en las señales preexistentes en el edificio y en servicios en la nube, lo que permite afrontarlas sin realizar inversiones en nuevo equipamiento, frente a los beneficios obtenidos en eficiencia y calidad en la explotación del edificio.
Empresas como Airbus, BBVA, Metrovacesa, Philips y Veolia ya se están beneficiando de estos sistemas durante los últimos años, lo que ha dado lugar a una ampliación significativa de los catálogos de reglas de detección de incidencias disponibles, así como a la experiencia en su utilización.
Actualmente, este tipo de sistemas está aumentando su presencia y su especificidad, enfocada a edificios especiales, como centros de proceso de datos, laboratorios, hospitales, almacenes climatizados, y, en general, edificios donde el mantenimiento de las condiciones ambientales y el consumo energético definen la calidad de su explotación.
Referencias
- IPMVP Core Concepts –Efficiency Evaluation Organization 2014