Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Inteligentes:
Autor
- Roberto Iraola Pazos de Provens, Building Automation Manager, Beckhoff España
Resumen
Como es sabido en el sector cada vez toma más peso la tecnología de control en los edificios inteligentes si se quiere conseguir un grado de eficiencia energético elevado. Llevamos mucho tiempo en la industria trabajando con el concepto “Industry 4.0” ya con proyectos reales y con un feedback del cual ya podemos sacar conclusiones. Estas conclusiones estar siendo positivas y ahora nos queda hacernos una pregunta: ¿por qué no Building 4.0? Han habido muchas discusiones sobre qué protocolos utilizar para estos escenarios de control y cada vez toma más sentido las soluciones basada en la utilización del Protocolo “Bacnet IP” como solución troncal para comunicar todos los subsistemas el edificio (iluminación, HVAC, persianas etc…) e “Iot” (Internet of things) como herramienta para la explotación y análisis de datos para conseguir “Edificios vivos” en los que constantemente podamos ir mejorando el grado de eficiencia energética. Es importante convencer a los usuarios que un Edificio no es un “ente muerto” si no “vivo” en constante evolución y no se puede evolucionar ningún sistema si no se tienen datos en cantidad y calidad suficiente para analizarlos y tomar medidas correctivas.
Palabras clave
Bacnet, IP, Iot, Soluciones, Control, Edificios
Escenarios de control de edificios a día de hoy
Si analizamos el mercado de automatización de control de Edificios (Building Automation) de los últimos años veremos que efectivamente se realizaron mejoras cuantitativas importantes. Estas mejoras fueron en gran parte debido a la utilización de sistemas de control para controlar los distintos “subsistemas” que se pueden encontrar en un Edificio, por ejemplo: control del sistema de climatización (HVAC), control de Iluminación, control de persianas etc.
La utilización de estos sistemas de control hace que se puedan llegar a ahorros energéticos importantes ya que por ejemplo podemos estar regulando el nivel de iluminación de un edificio dependiendo del aporte de luz natural que tengamos en el mismo, si además lo combinamos con “horarios” pre- establecidos por el usuario y además montamos detectores de presencia, estamos desarrollando el mejor de los escenarios para conseguir un grado de eficiencia energético realmente considerable.
Soluciones equivalentes podemos estar hablando cuando nos enfrentamos a un sistema de control “HVAC”, gracias a las nuevas tecnologías de control podemos realizar sistemas de control de caudal variable, es decir estamos controlando el rendimiento de los climatizadores dependiendo del nivel de ocupación de salas en el edificio. Para hacer este tipo de control se necesita instrumentación específica para tales fines, controladores, sondas, etc., y el resultado es una vez más un gran ahorro energético.
Exactamente igual podríamos estar hablando de cada uno de los subsistemas que componen el edificio y encontraríamos que en todos y cada uno de ellos conseguimos un ahorro energético más o menos considerable.
Lo que queda meridianamente claro es que los días en que los empleados subían y bajaban las persianas, los controles de climatización y/o iluminación manualmente son historias del pasado y nunca más se volverá a ellos. Hoy en día estos sistemas han sido reemplazados por sensores inteligentes y controladores que realizan las labores automáticamente dependiendo de una serie de variables preestablecidas o incluso por edificios que “aprenden”.
Creo por lo tanto que queda constatado que los profesionales del sector son conscientes que si queremos conseguir un grado de eficiencia elevado en los edificios es necesario “invertir” en automatización lo cúal tendrá un impacto directo positivo en el llamado “cambio climático”. Para ello, incluso instituciones internacionales realizaron una serie de normativas encaminadas a esta mejora (DIN EN 15232):
Un paso más en la tecnología de sistemas de control de edificios
Una vez asumidos, desarrollados y puesto en marcha los distintos subsistemas de control que componen un edificio, nos damos cuenta que a pesar de que funcionen plenamente al final lo que estamos implantando realmente son “ISLAS” de control, el sistema de control de iluminación será una isla, el sistema de control de HVAC será otra isla, el sistema de accesos será otra isla y así sucesivamente con todos los subsistemas. Además, veremos que muchas veces son “difícilmente” comunicables entre sí, ya que cada uno de ellos utiliza sus propias comunicaciones (protocolo / soporte físico), y lo que es peor incluso muchas veces muchos de ellos son “propietarios”.
Todo esto hace que si nos damos una vuelta por muchos de los edificios que actualmente están en explotación nos encontremos salas de control que son más propias de películas de ciencia ficción que de edificios reales, y lo que es más triste nos encontramos con responsables de explotación de edificios relativamente nuevos que no son capaces de explotar en condiciones su edificio por que no disponen del código fuente de sus controladores y además tienen protocolos de comunicación propietarios.
Visto el escenario en el que nos estamos moviendo es absolutamente indispensable que empresas del sector como Beckhoff Automation, invirtamos muchos recursos humanos y económicos en desarrollar tecnologías de control “ABIERTAS” y “MULTIPLATAFORMA”, de tal manera que podamos acometer un proyecto de iluminación, HVAC , control de fachada etc., todo en una “misma plataforma de control de hardware“ con la utilización de código abierto, standard y utilizando protocolos de comunicaciones también “abiertos y standard”.
Por lo tanto, lo más importante es que veamos nuestro sistema de control del edifico como un “todo” no como una suma de subsistemas independiente. Para ello es importante por lo tanto la utilización de sistemas de control “multiplataforma” de tal manera que no tengamos que utilizar “pasarelas” de control, que siempre son puntos problemáticos desde el punto de vista de integración y de posibles fallos. La utilización de controladores que nos sirvan tanto para realizar un control de HVAC, de iluminación de sistemas de energías alternativas. de control de fachadas etc., se hace cada vez más indispensable.
Además, curiosamente y gracias a la implicación de muchos profesionales del sector, vemos que los subsistemas de control de los edificios (HVAC, Iluminación, accesos, ascensores, contra incendios etc.) van aumentando en pro de hacer los edificios cada vez más eficientes. Por ejemplo, grandes compañías están invirtiendo mucho esfuerzo y dinero en crear “sistemas de cubiertas” en edificios diseñadas para crear un ahorro energético con la utilización de capas vegetales, estas cubiertas disponen de una gran cantidad de sensores (humedad, temperatura, dirección del sol etc.) que será necesario integrarlo con el sistema de control central BMS.
También es cada vez más típico encontrarnos con edificios que disponen de estructuras móviles en fachada con el fin de impedir la incidencia directa de rayos solares que provoquen en determinadas épocas un calentamiento interior del edificio. Todos estos sistemas cuentan con accionamientos y sensores propios que tienen que ser manejados con sus propios controladores que deberán ser integrados en el BMS (Building Management System).
Visto por lo tanto como va evolucionando el sector del control en los edificios nos damos cuenta que no es solo necesario el disponer de una multiplataforma sino que además seguro que tenemos que integrar subsistemas de terceros. Por ello es indispensable disponer de un protocolo de comunicaciones “universal y abierto” que utilicemos todos de manera generalizada. Se lleva muchos años discutiendo qué protocolo sería el más óptimo y el más aceptado por el sector. En cuanto al soporte físico hace ya tiempo que no se tenía duda y la gran parte de la comunidad estaba de acuerdo que Ethernet debería de ser el soporte físico seleccionado, tanto por su velocidad, su fácil instalación y su precio razonable, los tiempos del RS485 ya eran pasado.
Pero ¿qué protocolo utilizar? Tras varios años analizando este tema finalmente podemos asegurar que el protocolo “de facto” para este sector es “BACNET IP”.
Hoy en día cualquier fabricante de sistemas de control para edificios debe de disponer de este protocolo en sus controladores. “Bacnet IP” no es solo un protocolo “abierto” si no que implementa lo que se denominan “objetos” (por ejemplo: el objeto scheduler), que deben de ser igual en todos los fabricantes. Esto da una potencia enorme al protocolo ya que consigue estandarizar la comunicación entre todos los fabricantes de controladores y facilita su interoperabilidad.
Otro aspecto a destacar es la utilidad “Discovery”, esta utilidad permite que desde el controlador central se puedan encontrar “todos los objetos” en la red, de tal manera que si estos están bien definidos no es necesario disponer de más información adicional para poder implementarlos en el BMS. Esto utilizando otros protocolos como Modbus TCP (por ejemplo) sería imposible hacerlo si no se conoce la dirección de la variable a la cúal se quiere “atacar”.,
En los últimos tiempos se llevan realizando potentes actualizaciones y revisiones destacando la implementación de la utilidad “COV” (Change of value), que está destinada para variables que no son necesarias actualizar el valor de una manera crítica y solo es necesario conocer su estado cuando exista una modificación del mismo. Esto “relaja” en gran manera las comunicaciones y es una manera de optimizar el “tráfico” en la red mejorando el rendimiento de la misma.
Y ahora ¿qué?
Hasta ahora hemos hablado de que todos los profesionales del sector tienen claro la utilización de las últimas tecnologías para conseguir la máxima eficiencia energética en los edificios, pero realmente ¿tenemos claro cuantitativamente lo que estamos ahorrando y hasta donde podemos llegar? ¿Tenemos algún “patrón” de consumo con el que comparar mi edificio? ¿Mi edificio evoluciona positivamente desde el punto de vista de eficiencia energética?.
Curiosamente preguntas como estas que debieran ser determinantes para cualquier mantenedor del Edificio pocas veces son utilizadas. La mayoría de los mantenedores de los edificios se quedan en utilizar las herramientas que tienen y van poco más lejos de poner sus horarios, manejar sus alarmas y como mucho enviar sus “historical trends” a una base de datos (o carpeta de informes) que la mayoría de las veces ni se consulta mientras el edificio “no dé problemas”. Yo me pregunto: ¿Después de hacer una inversión en el sistema de control no parece un poco “pobre” no explotarlo y dejar que el edificio sea un ente muerto en lugar de un ente vivo en constante evolución?
Pues desgraciadamente esto es lo que ocurre en muchos de los edificios que actualmente existen en nuestro país, es más, aunque parezca mentira, ¡cuántos edificios están en “manual” después de tener implantando un sistema de control automático, aunque parezca mentira es una realidad que creo tenemos la obligación de denunciar.
Dejando aparte esta realidad de edificios sin explotar aún estando dotados de sistemas de control, me gustaría hacer otras preguntas a los mantenedores de edificios en explotación. Preguntas como estas: ¿realmente disponen de datos tanto cualitativamente como cuantitativamente suficientes para analizar su edificio? ¿Disponen de patrones de consumo o paradas de sistemas para poder comparar mi edifico y ver si debo de adaptar acciones correctivas? ¿Realizo análisis periódicos de consumos comparativos y veo las causas en caso de pasar los límites? ¿Podría bajar todavía más los límites de consumos sin impactar en el confort?
Todas estas preguntas toman además más cuerpo cuando hablamos de empresas u organismos que tienen más de un edificio en explotación. Tenemos ejemplos como grandes compañías internacionales u organismos estatales que tienen muchos edificios alrededor del mundo y/o país.
Visto este escenario cabría pensar si la tecnología es capaz de aportarnos herramientas que pueda utilizar para dar respuesta a todas esas preguntas que anteriormente nos hacíamos, puedo asegurar que a día de hoy podemos decir rotundamente que SÍ. Hoy en día ya se está hablando de la cuarta revolución industrial que viene de la mano de las tecnologías cibernéticas, todos hemos oído hablar del “Iot” (internet of things) aquí está la respuesta.
Esta tecnología se lleva utilizando con gran éxito en la Industria en los últimos años dando nombre a términos como “Industry 4.0” ¿por qué no extenderla al sector del control de edificios y denominarla “Building 4.0”? Creo que no hay mejor manera de mejorar que replicando tecnologías que ya fueron un éxito en otros sectores.
Esto no es una visión de futuro si no que ya se está utilizando con gran éxito en otros países como Alemania o incluso en España (recordemos que el concepto “Smart City” está muy ligado a esta tecnología). Algunos ayuntamientos de España están adoptando esta tecnología con gran éxito en algunos de sus proyectos novedosos.
En cualquier caso, si lo que queremos hacer es “analizar” lo que es indiscutible es que el primer paso será “disponer” de datos y que estos sean suficientes tanto en calidad como en cantidad. Para ellos deberemos “pedir” a nuestros controladores (bien sean de clima, de iluminación, etc.) que ya que están haciendo el control de su subsistema y disponen de los datos para ello, nos lo “suban” directamente a nuestra herramienta de explotación, de esta manera no será necesario que demos de alta datos que estén repetidos y duplicar la base de datos. Por lo tanto, es importante que nuestros controladores aparte de “hablar” BACnet IP como solución troncal del edifico, sean capaces de “hablar” los protocolo considerados standard dentro del mundo del “Iot”. Protocolos como MQTT, AMQP u OPC UA deben de ser nativos en nuestros controladores.
Una vez que hemos sido capaces de “subir” todos estos datos a “La Nube” (bien sea pública o privada) ya podremos analizarlos y poder tomar las acciones correctivas que sean necesarias en la explotación de nuestros edificios.
Es importante destacar que la seguridad de estos protocolos y su estabilidad en las diferentes “Nubes” están garantizadas. Compañías como Microsoft (Azure, Amazon, AWS) o Google (Cloud Platform) disponen de esta tecnología estable y segura. Por lo tanto, con estas herramientas ya es más viable crear “patrones” de comportamiento de edificios y poder utilizarlos para la mejora de otros.
Como conclusión podemos decir que las herramientas ya están disponibles. ¿Estamos dispuestos a utilizarlas? La concienciación del sector es importante.
No todo es ahorro energético en los edificios inteligentes
Si analizamos el porqué de la implantación de todos estos sistemas de control “Building Automation” vemos que el fin es siempre la búsqueda del máximo ahorro energético y a veces dejamos de lado el lado humano de la implementación de estas tecnologías. “Building 4.0” va orientado, sin duda, también al confort de las personas. Muchas veces se nos olvida este apartado y nos centramos en el puro ahorro energético dejando de lado el impacto en las personas, que por otra parte también tiene una influencia positiva y notable en el rendimiento de las mismas.
Estudios realizados por científicos (HCL – Human Centric Lighting) demuestran como el control de la iluminación (nivel, temperatura de color etc.) no solo es un requerimiento visual sino que también tiene efectos biológicos y emocionales en las personas. Según estos conceptos modernos los efectos biológicos de la luz tienen en cuenta no solo los efectos puros de visualización, sino además los efectos “no-visuales” que producen bienestar y motivación en las personas.
Podemos tener ejemplos claros de las consecuencias en distintos sectores:
- Industria: incremento en la concentración del personal y con ello la seguridad del lugar de trabajo
- Oficinas: los empleados se sienten más alerta y por lo tanto son más eficientes en su trabajo
- Escuelas: la comprensión de lectura y la velocidad se ven incrementadas hasta en un 30%
