Comunicación presentada al III Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- María Veiga Fernández, Freenergy Buiding Analytics, Sistrol
- José González Díaz, Analytics and Internet of Things Services, Sistrol
Resumen
Son muchas las posibilidades que existen para mejorar la eficiencia energética, obtener las condiciones de confort y mantener el correcto funcionamiento de las instalaciones, la dificultad reside en el hecho de relacionarlas entre sí para obtener la solución óptima. Con las nuevas técnicas de IoT es posible aprovechar los datos recopilados por el sistema de control para generar un proceso automático de análisis, cálculo de incidencias y valoración económica que aporta total conocimiento sobre el estado del Edificio. Esto se traduce en ahorro diario y gestión del mantenimiento tanto preventivo como correctivo.
Edificios y datos
Existen numerosas fuentes de datos que reflejan la definición de un Edificio en explotación:
- Memoria del proyecto constructivo inicial y de las sucesivas modificaciones
- Planos y Modelos BIM “as built”
- Mediciones e inventario de equipos
- Catálogos, especificaciones y documentación técnica
- Manuales de operación y mantenimiento
- Auditorías energéticas
- Manuales y gráficos del sistema de control (BMS)
Todas estas fuentes de información, diversas y dispersas adolecen de incoherencia con la realidad del edificio, enfoque parcial y, en general, baja fiabilidad en la información.
“El volumen de información, la dificultad en la modificación de la misma en el tiempo y la desconexión entre documentos, genera incongruencias en el conjunto general de datos que definen un Edificio”
BIM: Building Information Modeling
El acrónimo BIM hace referencia a una metodología de trabajo que genera una maqueta virtual, y computable, de los datos constructivos del edificio, con información gráfica y técnica sobre cada uno de sus elementos, sin perder la relación espacial y funcional existente entre ellos.
“Cualquier objeto perteneciente al proyecto tiene asociadas características propias y relaciones”.
Así, en un modelo BIM, un Fancoil no solo tiene asociadas sus características físicas, como posición, dimensiones, conexiones de entrada y salida de agua; y sus características técnicas, como potencia del ventilador y capacidad calorífica, sino que también trae consigo relaciones con el resto de la instalación: el circuito secundario que le provee de calor y/o frio o los equipos que intervienen en la producción de energía térmica para darle servicio, incluso los espacios a los que, a su vez, da servicio el propio Fancoil.
Además, si las características de alguno de estos equipos cambian, lo hace también el dato que los relaciona, por lo que la probabilidad de posibles errores de fidelidad o incongruencia en la información se minimiza.
“Los problemas antes mencionados disminuyen de forma proporcional al uso de la metodología de trabajo colaborativa en gestión de proyectos (BIM)”.
BMS: de la monitorización de las instalaciones al internet de las cosas
Para automatizar el funcionamiento de sus instalaciones, cada vez más complejas, actualmente la mayoría de los edificios terciarios tienen instaurados Sistemas de Control (BMS), principalmente orientados a gestionar su iluminación y climatización, así como a recibir y distribuir las alarmas de los sistemas de seguridad e incendios, y las relativas a fallos en el funcionamiento. Este control tiene como objetivo fundamental que la actividad del edificio se ejecute de forma automática, con los mejores niveles de eficiencia y ahorro.
Para su funcionamiento, el BMS se apoya en controladores de campo, que toman datos reales de las condiciones ambientales del edificio, de sus equipos e instalaciones, de los suministros que consume, como electricidad, gas o agua, y, mediante algoritmos sofisticados de control, comanda dichos equipos para asegurar el confort y la seguridad de los usuarios.
En relación con estos Sistemas de Control, la evolución de la tecnología ha generado algunos cambios muy notorios en sus características:
- Prácticamente todos los equipos de climatización, electricidad, etc. tienden a incorporar de fábrica su propio controlador, con capacidad tanto de optimizar el funcionamiento del equipo en diversos modos, como de comunicarse, mediante protocolos estándar como Bacnet, Modbus o KNX, con el sistema de control del edificio.
- La anterior tendencia se ha extremado recientemente, con lo que elementos que antes se manejaban con un simple conmutador o relé, como los circuitos de alumbrado o circuitos eléctricos en general, ahora tienden a equiparse con microcontroladores inteligentes, llegando a 1 por circuito de alumbrado o eléctrico, con capacidad de medir luminancia o consumo y de comandar, de forma individualizada, cada luminaria o circuito.
- La capacidad de proceso y memoria de estos controladores se ha disparado, siendo equivalente a la de un ordenador personal, lo que permite la aplicación de sofisticados algoritmos de analítica u optimización, junto con la obtención de registros históricos de todas las señales de forma continuada.
Apoyándose en estos aspectos, un edificio se ha convertido, de forma gradual, en la aplicación clara, y práctica, del concepto de Internet de las Cosas, creando sistemas que, por ejemplo, para un edificio de 250.000 m2 como el nuevo hospital Álvaro Cunqueiro de Vigo, se alcanzan cifras como 183.657 puntos de control y 14.800 alarmas, generando un volumen de información, sobre el funcionamiento REAL del edificio, de unos 10 millones de valores diarios.
“El BMS genera una base de datos GRATUITA que refleja el funcionamiento real del edificio, a partir de los registros históricos de las señales que gestiona.”
BDM: Building Data Model
Pero para que sean posibles dichas optimizaciones de forma sistemática, estas series temporales procedentes de los registros históricos del BMS, deben estructurarse de manera que sus características y relaciones sean computables, creando un modelo de datos dinámicos del edificio, o “Building Data Model” (BDM).
Este BDM incorporará tanto la evolución de las señales del edificio en el tiempo, como las características técnicas de equipos e instalaciones relevantes para el análisis de su funcionamiento, incluyendo las relaciones funcionales entre ellos, por ejemplo qué Fancoil o Climatizadores dan servicio a qué zona del edificio.
“De esta forma, los datos estáticos del modelo BIM sirven como base para estructurar, en el BDM, los datos dinámicos, es decir los registros históricos, de funcionamiento del edificio”.
La disponibilidad de un BDM estructurado de esta manera es la base para permitir herramientas de visualización de datos, analítica de funcionamiento y la valoración económica de las mismas, con un nivel de complejidad y fiabilidad sin precedentes en la gestión eficiente de edificios.
La analítica de detección de incidencias es una nueva herramienta de automatización que reporta un estado de anomalía basándose en una serie de Reglas prefijadas que evalúan el comportamiento del edificio ejecutándose sobre los históricos del Building Data Model.
De esta forma detectan y valoran, de forma automatizada, las siguientes clases de anomalías:
- Incidencias en las señales del BMS: Sensores en mal estado, períodos de pérdida de datos, picos en señales de energía, etc.
- Incidencias de funcionamiento puntual. En un momento dado un equipo tiene un comportamiento errático; por ejemplo, un equipo encendido fuera de horario o excesivo número de arranque en bombas.
- Incidencias “Longitudinales”. El equipo ha cambiado de rango de valores comparándolo con su propia historia de comportamientos; por ejemplo, una bomba que comienza a consumir más de lo normal.
- Incidencias Transversales. El equipo sale fuera de los parámetros normales, en comparación con equipos de sus mismas características, del mismo edificio o de otros.
Cada uno de las incidencias tiene asociado un coste económico que se reporta junto con la anomalía. Consiguiendo así que el gestor pueda centrarse en lo que más importa, lo más costoso, en cada momento.
Casos Reales: Optimización de Edificios basados en Analítica
Conclusiones
El BDM es una gran base de datos que conecta las características espaciales y técnicas con los valores aportados por el sistema de control sobre el estado real de las instalaciones.
Relacionando entre sí toda esta información y aplicando algoritmos de análisis, permite la optimización de la explotación del edificio tanto en mantenimiento, pasando de correctivo y preventivo a predictivo, como en consumo energético. Además aporta transparencia y conocimiento sobre el estado de cada una de las instalaciones, las posibles incidencias asociadas a su uso y su valoración económica.
Esta transparencia es un valor añadido ya que son diferentes los perfiles de usuario que se nutren de la información aportada y analizada. Consiguiendo así continuar con la estrategia de conectar ya sean datos o personas unidas por un interés común: el personal de mantenimiento, el gestor del edificio e incluso los usuarios finales.