Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- Víctor Sánchez, Tecnalia Research & Innovation
- Jose M. Maseda, Tecnalia Research & Innovation
- Borja Tellado, Tecnalia Research & Innovation
- José Manuel Olaizola, Tecnalia Research & Innovation
- Eneritz Barreiro, Tecnalia Research & Innovation
- José Enrique Vadillo, Tecnalia Research & Innovation
Resumen
Las instalaciones polideportivas y hospitalarias se caracterizan por el alto consumo energético que llevan asociado debido a las diferentes prestaciones que ofrecen en un volumen considerable y en un periodo de uso a lo largo de todos los días de la semana y con un horario muy amplio. Se ha desarrollado una plataforma software que permite analizar globalmente la problemática de la gestión energética de estas instalaciones teniendo en cuenta, no solamente aspectos de generación-almacenamiento-consumo de energía, sino también de confort de usuarios, económicos y de mantenimiento de las instalaciones. El diseño de la plataforma facilita su adaptación a instalaciones con distintas características y necesidades mediante un diseño modular que se estructura en tres sistemas: Sistema de Optimización de Instalaciones, Sistema de Monitorización Energética de Instalaciones, Sistema de Gestión Inteligente de Instalaciones.
Consumo energético en instalaciones polideportivas y hospitalarias
Tanto las instalaciones polideportivas como las hospitalarias se caracterizan por el alto consumo energético que llevan asociado debido a las diferentes prestaciones que ofrecen en un volumen considerable: instalaciones con necesidades especiales de climatización, piscinas climatizadas, duchas, iluminación, quirófanos, habitaciones,… en un periodo de uso a lo largo de todos los días de la semana y con un periodo horario muy amplio, que en algunas instalaciones puede ser de 24 horas al día durante los 365 días del año.
En el caso de los polideportivos e instalaciones de ocio, se estima que éstas alcanzan un número de aproximadamente millón y medio en Europa. En cuanto al consumo energético global de estas instalaciones, se estima que alcanza el 10% del sector de edificación ya que dadas sus características, en general son instalaciones con gran demanda energética.
Según el Informe sobre el Consumo Energético en Hospitales correspondiente a la serie Consumos, medidas y potenciales ahorros en edificios, los mayores porcentajes de consumo son debidos a calefacción, refrigeración e iluminación. En un hospital tipo de 500 camas, los porcentajes respecto al total de consumo se acercan en calefacción al 35%, mientras que los debidos a iluminación y refrigeración superan el 15%.
Según la Energy Consumption Guide (ECG) 78, se identifican siete grandes tipologías de polideportivos que llevan asociados modelos de consumo energético muy distinto. Esta variedad de tipologías existentes hacen que haya grandes diferencias en la distribución del consumo, pero podemos estimar que el consumo energético en climatización y deshumidificación superan el 35% en valores medios y además, en el caso de contar con instalación de piscina, el consumo debido a ésta y ACS en conjunto puede superar el 25%. El consumo debido a iluminación puede llegar al 15%.
Además de la trascendencia de los datos globales de consumo, las características específicas de estas instalaciones hacen que sean únicas al compararlas con otro tipo de edificaciones, y además presentan muy diversas tipologías:
- Perfiles de demanda energética en lo relativo a temporización, periodos pico y periodos valle, totalmente distintos de otro tipo de instalaciones tanto si se analizan periodos anuales, semanales e incluso a lo largo del día.
- Patrón de uso, que puede combinar periodos prolongados de bajo o medio uso con momentos de ocupación máxima.
- Necesidades específicas de confort, renovación de aire, agua, ventilación, etc., que pueden estar condicionadas por la estricta normativa y por las características propias de las instalaciones.
- Especifidad de algunas instalaciones que se pueden alojar en un mismo edificio o edificios contiguos con equipamientos muy diversos.
- Propiedad y tipos de gestión: pública, privada, asociaciones, compartida pública-privada.
- Múltiples configuraciones, pudiendo incluir uno o varios edificios, instalaciones al aire libre en zonas abiertas propias, zonas propias de aparcamiento, etc.
Las propuestas de medidas de optimización rentables y económicas para el sistema de generación-demanda-almacenamiento de energía siempre están condicionadas por el confort y las condiciones de salubridad. Se deben identificar puntos de equilibrio entre confort y la aplicación de medidas para lograr una mayor eficiencia energética en instalaciones deportivas.
En el ámbito europeo la Good Practice Guide 211 propone los parámetros que garantizan el confort de los usuarios, sin embargo los valores vienen también condicionados por la normativa de cada país que en ocasiones exige condiciones más estrictas.
En este contexto se ha desarrollado una plataforma que permite la gestión integral de la energía tanto de polideportivos como de hospitales. Esta herramienta permite la optimización del consumo de la energía en este tipo de instalaciones manteniendo las condiciones de confort para los usuarios.
Plataforma de gestión integral de la energía en polideportivos y hospitales
Analizadas las necesidades de las instalaciones deportivas y hospitalarias, se ha desarrollado una plataforma de gestión integral de la energía en instalaciones deportivas y hospitalarias que permite analizar en profundidad la singularidad de este tipo de instalaciones y que cumple con los siguientes requisitos:
- Permite realizar un análisis global de la problemática de la gestión energética de instalaciones polideportivas y hospitalarias teniendo en cuenta no solamente aspectos de generación-almacenamiento-consumo de energía, sino también de confort de usuarios, económicos y de mantenimiento de las instalaciones.
- Dota a los gestores energéticos de las instalaciones deportivas de un instrumento para la monitorización y detección de ineficiencias y áreas de mejora.
- Herramienta inteligente de soporte para la toma de decisiones sobre optimización energética que facilita la toma de decisiones de forma sistemática y no intuitiva.
- Herramienta flexible que permite adaptarse a las particularidades de instalaciones diversas.
- De manejo intuitivo y sencillo, adecuada a usuarios con distintos perfiles profesionales de forma que no se requiera gran experiencia en el manejo de herramientas específicas de monitorización, control o simulación.
- Susceptible de ser adaptada a otros tipos de instalaciones.
A partir de la definición de los requisitos, el diseño de la plataforma se basa en una estructura modular que facilita su adaptación a distintas instalaciones. La plataforma desarrollada se articula en tres sistemas:
- Sistema de Optimización de Instalaciones
- Sistema de Monitorización Energética de Instalaciones
- Sistema de Gestión Inteligente de Instalaciones
Sistema de Optimización de Instalaciones
El Sistema de Optimización facilita la realización de auditorías energéticas preliminares básicas que permitan detectar y/o proponer las posibles acciones a ejecutar para incrementar la eficiencia energética de la instalación y, con ello, reducir los costes económicos de operación asociados a la misma. La evaluación tanto económica como técnica de las propuestas de mejora proporciona la información suficiente para activar nuevas inversiones en los edificios, priorizando necesidades para una gestión eficiente.
Este sistema facilita la toma de decisiones en cuanto a las siguientes acciones:
- Detección de déficits y márgenes de mejora en los sistemas de generación energética propios de las instalaciones.
- Adecuación de los perfiles de generación de energía a los perfiles de demanda real de las instalaciones.
- Propuesta de medidas de optimización energética cost-effective (rentables y económicas) para la generación, demanda y almacenamiento de la energía.
Para cumplir con esta finalidad, el sistema será capaz de calcular los consumos energéticos teóricos de la instalación en estudio a partir de unos datos de entrada mínimos. La fidelidad de los resultados globales estará muy condicionada por la precisión de los datos de entrada introducidos por lo que es esperable que los resultados teóricos, como es el caso de los consumos teóricos calculados, difieran de los consumos reales que presenta la instalación.
Por ello, y debido a este enfoque de minimización de datos de entrada, este subsistema de la herramienta está principalmente enfocado a la comparación de varias alternativas para la detección de aquellas opciones de inversión más adecuadas tanto desde el punto de vista técnico como económico.
Sistema de Monitorización Energética de Instalaciones
La finalidad del Sistema de Monitorización es obtener una monitorización avanzada tanto del consumo como de la generación de energía en un hospital o polideportivo, así como de las condiciones de funcionamiento observadas a través de las variables de estado en los puntos clave de la instalación. Algunas de las funcionalidades que aporta son:
- Centralización de la información de consumos en un punto uniforme y recuperación simple de información.
- Consulta de información del sistema de forma remota.
- Identificación de situaciones anómalas.
- Bechmarking de consumos entre edificios similares.
Las salidas del sistema de monitorización facilitan la detección y el diagnóstico de fallos y estados de funcionamiento ineficientes de los distintos subsistemas y equipos de alto consumo energético de la instalación, además son entrada al sistema de gestión inteligente.
Sistema de Gestión Inteligente de Instalaciones
La finalidad de este componente de Gestión Inteligente de Instalaciones de la plataforma es lograr minimizar el consumo de la energía de la instalación manteniendo las condiciones de confort, considerando tanto información estática de la misma como información obtenida en situación de operación en tiempo real.
Basándose en el conocimiento del dominio y la información obtenida del sistema de monitorización energética, el Sistema de Gestión Inteligente combina técnicas de simulación con reglas de optimización para generar un motor de razonamiento de ayuda a la toma de decisión. El sistema toma como entrada la modelización del edificio (Figura 1), hábitos de uso, predicción meteorológica y las preferencias de uso configuradas por los gestores del edificio. Con ello y mediante la simulación energética en tiempo de operación, el sistema es capaz de predecir el comportamiento térmico del edificio y seleccionar los criterios de operación de los subsistemas de la instalación con el objetivo de optimizar las condiciones de confort proporcionadas a las diferentes zonas del edificio y minimizar los costes de explotación (balance consumo/generación energía).
A partir de los valores de las variables de estado (temperaturas, presiones, caudales, estados) se detectan situaciones de mejora por medio de reglas de experto diseñadas para sistematizar los criterios de la buena práctica en la operación de los distintos subsistemas y equipos de alto consumo energético de la instalación.
Por último estas decisiones son enviadas de forma automatizada al sistema de control de los equipos, con lo que la gestión del edificio se puede realizar de forma totalmente autónoma o mediante la supervisión de la persona responsable. El sistema se integra con los sistemas de control de las instalaciones existentes para proponer acciones de control que suponen una reducción en el consumo energético manteniendo las condiciones de confort.
Resultados
Prototipos de la plataforma se han instalado para la validación del proceso de integración en el edificio experimental KUBIK by Tecnalia, infraestructura a escala real para la I+D+i relacionada con la mejora de la eficiencia energética en edificación. Por periodos de más de dos meses se han realizado sendas campañas de medida, tanto estivales como invernales.
A continuación se muestran las medidas de consumos que se han obtenido, por periodo de 5 días consecutivos, en consumos de energía térmica e iluminación. Las medidas realizadas se comparan con lo calculado haciendo uso de EnergyPlus como herramienta de simulación.
Así mismo se ha realizado la instalación del módulo de control de la iluminación en un área del hospital de San Pedro (Logroño). En este caso la validación de resultados se ha realizado por comparación directa de dos áreas, equivalentes en orientación, uso, y tamaño, de las que una de ellas se equipó con sistemas de control de iluminación. Los resultados obtenidos fueron realmente satisfactorios.
Conclusiones
La plataforma software desarrollada permite analizar globalmente la problemática de la gestión energética de instalaciones polideportivas y hospitalarias teniendo en cuenta, no solamente aspectos de generación-almacenamiento-consumo de energía, sino también de confort de usuarios, económicos y de mantenimiento de las instalaciones.
El diseño de la plataforma facilita su adaptación a instalaciones con distintas características y necesidades mediante un diseño modular que se estructura en tres sistemas:
• Sistema de Optimización de Instalaciones Deportivas y Hospitalarias
• Sistema de Monitorización Energética de Instalaciones
• Sistema de Gestión Inteligente de Instalaciones
Los prototipos se integran con los sistemas de control existentes para proponer acciones de control que suponen una reducción en el consumo energético manteniendo las condiciones de confort en escenarios realistas.
Nuevas versiones de la plataforma se están adaptando a distintos casos pilotos para su validación.
Agradecimientos
Los trabajos presentados en este artículo son el resultado de distintas actividades de I+D+i desarrolladas en Tecnalia Research & Innovation, entre ellas las cofinanciadas por la Comisión Europea (FP7 ICT-EEB) en el marco del proyecto Sporte2 (GA 260124)”Intelligent Management System to integrate and control energy generation, consumption and exchange for European Sport and Recreation Buildings”
Referencias
- BRECSU – UK, 2001. ECG078 – Energy use in sports and recreation buildings.
- BRECSU – UK, 1996. GPG211 – Energy efficient design of sports centres.
- Grupo de trabajo: Rehabilitación Energética de Edificios. Asociación de Empresas de Eficiencia energética A3e. 2013. Consumos, medidas y potenciales ahorros en edificios.
- Sporte2, 2010, Intelligent Management System to integrate and control energy generation, consumption and exchange for European Sport and Recreation Buildings. Annex I. DoW to G.
- Sporte2, 2013, D5.2. Integrated Prototype of the Sporte2 System.
- Maseda J. M., Sánchez, v., Tellado B., 2013, Optimization of Energy Use in Sport and Recreation Buildings. Proceedings EESAP 2013. Servicio Editorial UPV/EHU. Donostia- San Sebastián.