Las nuevas tecnologías al servicio del control y de la gestión inteligente de los edificios. El control del hogar en el Smartphone

Comunicación presentada al III Congreso Edificios Inteligentes:

Autor

• Victoria Parra, CEO, Ingevert 2000

Resumen

El uso de las nuevas tecnologías en los edificios nos permite tener el control del hogar en nuestro bolsillo, con ventajas y soluciones como las siguientes: Aumentar la eficiencia energética dentro del hogar promedio; Utilizar sistemas de racionalización inteligente para eliminar los picos de consumo sin modificar los hábitos de consumo de los usuarios; Seguimiento y control de los electrodomésticos; Incrementar el confort y la seguridad. El concepto de hogar digital ofrece a sus habitantes funciones y servicios que facilitan la gestión y el mantenimiento del hogar, aumentan la seguridad, incrementan el confort, mejoran las telecomunicaciones, ahorran energía, costes y tiempo. Además, aportan nuevas formas de ocio y entretenimiento.

Ámbito de aplicación

El hogar digital es una vivienda que a través de equipos y sistemas, y la integración tecnológica entre ellos, ofrece a sus habitantes funciones y servicios que facilitan la gestión y el mantenimiento del hogar, aumentan la seguridad; incrementan el confort; mejoran las telecomunicaciones; ahorran energía, costes y tiempo, y ofrecen nuevas formas de entretenimiento, ocio y otros servicios dentro de la misma y su entorno sin afectar a las casas normales.

El Hogar Digital, incorpora un sentido más amplio que la domótica. No consiste simplemente en la instalación de dispositivos para controlar determinadas funciones en los edificios (viviendas, industrias, oficinas, etc.) tales como alarmas, iluminación, climatización, control energético, etc., sino que, al incorporar las tecnologías de la Información y las telecomunicaciones, permite controlar y programar todos los sistemas tanto en el interior de la vivienda como desde cualquier lugar, en el exterior de la misma, a través de distintas redes como Internet, mediante una interfaz apropiada.

Áreas del Hogar Digital

• Confort: conlleva todas las actuaciones que se puedan llevar a cabo que mejoren el confort en una vivienda. Dichas actuaciones pueden ser de carácter tanto pasivo, como activo o mixtas. Ejemplos:
• Una red de dispositivos automatizados (domótica) que controlen diversas rutinas de la vivienda (Riego, iluminación, persianas, climatización, redes de ocio, telecontrol, etc.)
• Una climatización eficiente fruto de la combinación de elementos pasivos (materiales) con elementos activos (sondas de temperatura, detección de ventanas abiertas, etc.)
• Seguridad: consiste en una red de seguridad encargada de proteger tanto los bienes patrimoniales o alarmas técnicas gestionadas por la domótica (detección de inundación, gas, presencia, incendio, presión, vibración, rotura, apertura, etc.), como la seguridad personal de sus ocupantes, avisando en el caso de incidencia    y con carácter disuasorio.
• Ahorro Energético: el ahorro energético no es algo tangible, sino un concepto al que se puede llegar de muchas maneras. En muchos casos no es necesario sustituir los aparatos o sistemas del hogar por otros que consuman menos sino una Gestión Eficiente de los mismos. Para ello es necesario que las diferentes redes antes mencionadas estén integradas, que los distintos aparatos interconectados tengan cierta inteligencia respecto a su entorno, y por último, que exista un coordinador inteligente capaz de sincronizar las distintas actividades involucradas. Ejemplo de ello sería gestionar la climatización del hogar, no regar si está lloviendo, cerrar persianas con la luz del sol directa, regular la intensidad de las luces a una rango en función de la luz natural, avisar al usuario si se produce un escape, apagar/encender ciertos aparatos, etc.

Implementaciones de un hogar digital

Existen distintas soluciones en el mercado para la implementación de un hogar digital: desde sistemas estandarizados, muy versátiles y potentes, con la consiguiente dificultad relativa de instalación, ampliación, mantenimiento, riesgo de obsolescencia y sobre todo con un precio no demasiado competitivo para una vivienda media; hasta soluciones integradas y “hágaselo usted mismo”, de precios más asequibles, pero, en un principio, con menos prestaciones.

La primera opción existe en el mercado desde hace varias décadas, pero los inconvenientes que presenta supera en creces a las ventajas que ofrece. Entre ellas destaca el elevado coste de instalación, ya que este tipo de infraestructura debe instalarse de manera interna sobre la estructura de la vivienda, siendo esta opción recomendable únicamente en el momento de la construcción y diseño de la misma. Además, otro factor importante es el mantenimiento que deben tener, obligando al usuario a depender por entero de la compañía instaladora y del fabricante del sistema en caso de avería. Por último mencionar, en este mundo actual de constante y vertiginosa evolución tecnológica, la obsolescencia de los sistemas electrónicos instalados. Esto implica la sustitución periódica del sistema, con el coste e incomodidades que ello conlleva para el usuario.

Como alternativa, se ha creado un nuevo mercado de recursos de control domótico mediante sistemas inalámbricos, que superan algunas de las desventajas iniciales de esta alternativa.

Propuestas como ZigBee y otros sistemas propietarios de radiofrecuencia de corto alcance eliminan hasta un cierto punto, los problemas de alimentación de los dispositivos, especialmente de los sensores, dado que su mínimo consumo permite dotarlos de baterías con duraciones de varios años.

Otra opción son los sistemas de control y comunicación a través de la red eléctrica, como es el protocolo X-10, aunque éste mecanismo de comunicaciones presenta numerosas limitaciones en cuanto a compatibilidad con distintos aparatos (sobretodo con aparatos de baja potencia, o con carga reactiva), interferencias con la red eléctrica o con el propio bus de comunicaciones X-10 (causadas por el envío de dos o más señales X-10 simultáneamente), alta latencia, controles limitados y falta de encriptación en los mensajes (que puede causar interferencias en caso de que viviendas vecinas también utilicen el protocolo X-10).

Gracias a la evolución de las redes de comunicaciones inalámbricas, el costoso y complicado trazado de cables se vuelve innecesario. Ejemplos de protocolos de comunicaciones inalámbricas estandarizados utilizados en aplicaciones del hogar pueden ser Bluetooth, WiFi, ZigBee, Zwave, etc. Esto ha permitido la creación de un nuevo paradigma en la digitalización de la vivienda, basada en ecosistemas inalámbricos de terminales tipo Plug & Play, cuya principal ventaja es la facilidad de instalación, además del precio.

La arquitectura básica de estos tipos de sistemas se compone de: un módulo que actúa como servidor central único (que se encarga del procesamiento, direccionamiento y coordinación del sistema) y los distintos terminales distribuidos que se conectan a él vía radio.

Dentro de este campo, existen fabricantes que implementan por separado las distintas funcionalidades de un hogar digital: por un lado sistemas enfocados al control domótico, y por otro sistemas enfocados al ahorro energético; y un número muy reducido de fabricantes (caracterizados por ser empresas de renombre en el sector tecnológico como puede ser Samsung o Phillips), con productos casi exclusivos para el mercado estadounidense.

Ventajas-soluciones de una nueva tecnología para el control del hogar

Se proclaman las siguientes soluciones-ventajas para mejorar la gestión inteligente del hogar digital:

• Aumentar la eficiencia energética dentro del hogar promedio (potencia demandada / potencia contratada).

El mayor gasto económico para el usuario se deriva del término de potencia contratada con la compañía eléctrica. Para ahorrar en este aspecto, el usuario no debería reducir el tiempo de consumo de los electrodomésticos, sino evitar los picos de consumo (debido a la utilización simultánea de electrodomésticos) y presentar un perfil de consumo más plano. Es decir, necesitaría un sistema capaz de racionalizar el consumo de los electrodomésticos conectados, de manera que, si detecta que se va a superar un umbral superior de potencia, que el sistema de manera autónoma, inteligente y, sobre todo, respetando las costumbres del usuario, sea capaz de desconectar los electrodomésticos de menor prioridad hasta que el consumo total se mantenga por debajo de dicho umbral.

• Reducir el contrato de energía al mínimo necesario. Aplanar la demanda de energía de los hogares (que a su vez puede ayudar a reducir los actuales problemas de eficiencia de la red eléctrica de España).

Reduciendo el término de potencia contratada al mínimo necesario: por ejemplo, cambiar de un contrato de 5,75 KW/h a uno de 4,6 KW/h, implica un ahorro de hasta un 25% en la facturación por potencia contratada mensual (según tarifas actuales de los operadores eléctricos). Normalmente, un hogar medio tiene contratado un término de potencia bastante superior al que requiere, debido a que el usuario solo se preocupa por que nunca salte el ICP del cuadro eléctrico. Una buena gestión de los electrodomésticos conectados simultáneamente en la vivienda evitaría estos picos de potencia, aplanando el consumo y permitiendo reducir el termino de potencia contratado.

Ofrecer un innovador mecanismo de racionalización inteligente de consumo por el cual el usuario podrá fijar una potencia máxima a la vivienda, y a través de un sistema de prioridades asignados a los distintos electrodomésticos (definido por el usuario), el sistema, de manera autónoma, irá desconectando aquellos electrodomésticos de menor prioridad, con el objetivo de no superar nunca el umbral de potencia definido (para volver a conectarlos cuando se normalice la potencia demandada).

Esto es en resumen un sistema de racionalización inteligente basado en prioridades capaz de eliminar los picos de consumo sin necesidad de modificar los hábitos de consumo de los usuarios.

El concepto del Smartmetering que desde hace unos años están aplicando las compañías eléctricas en la medición del consumo eléctrico, con el objetivo de medir en tiempo real el consumo eléctrico en cada vivienda y transmitirlo al centro de control para poder balancear la carga de las líneas y tomar acciones correctivas a la demanda. Hemos introducido este mismo concepto dentro del hogar, donde los roles del Smartmetering se distribuyen de la siguiente forma:

• Contador inteligente → Enchufe inteligente capaz de medir el consumo instantáneo y notificarlo.
• Centro de control → Concentrador del hogar, que recibe el consumo instantáneo y balancea la carga para que la limitación del ICP no se sobre pase.

De esta forma, se permite hacer un consumo optimizado del consumo eléctrico dentro del hogar, sin superar los límites impuestos por el ICP y satisfaciendo toda la demanda exigida por el usuario, aprovechando la distribución en el tiempo.

Seguimiento y control del consumo de energía de los electrodomésticos

De los estudios hechos en el sector del automóvil sobre el consumo del combustible, se extrae que se reduce significativamente cuando el usuario dispone de la información del consumo del vehículo.

Este comportamiento se ha demostrado en otros sectores como el eléctrico, cuando el usuario está recibiendo el consumo, su comportamiento varía para reducirlo, provocando un ahorro significativo.

Esta información se puede ofrecer al monitorizar en tiempo real el consumo de cada enchufe inteligente e informar del consumo segmentado según la configuración que el usuario ha dado a su vivienda. Pudiendo segmentar en iluminación, ocio, fijos, etc.

De esta forma el usuario dispone de toda la información de forma instantánea para tomar decisiones para reducir el consumo eléctrico de su vivienda, tanto a corto como a medio‐largo plazo.

Lo que permite modificar los hábitos de consumo: Para ello, el usuario debe ser consciente de la energía que consume su hogar. Estudios muestran que el acceso a la información de consumo de energía en el hogar puede originar un ahorro entre un 5%–15% en la factura de la luz.

Incluso se pueden lograr mayores ahorros si se utiliza esta información para reconocer electrodomésticos averiados o de baja eficiencia energética, esto se consigue al monitorizar constantemente los cambios en la potencia solicitada por los dispositivos, y mostrarlos en tiempo real a través de la aplicación web. Además, se puede ofrecer vistas de históricos de consumo mediante gráficas interactivas, proporcionando parámetros y estadísticos de consumo útiles para las personas usuarias.

Ahorro Económico Dinámico. Basado en tarifas eléctricas dinámicas

Desde el año 2014, existen las tarifas denominadas Precio Voluntario al Pequeño Consumidor (PVPC), por la cual el precio de la luz carece de un precio fijo; éste se determina cada día en función del mercado, pero además dicho precio varía para cada hora del día. Si se implementa una conexión directa con la web de la Red Eléctrica Española, y se pone a disposición del usuario dicha información, actualizada de manera automática diariamente y además se puede utilizar dicha información para crear recomendaciones personalizadas al usuario.

Esto permite beneficiarse del sistema de facturación horario de España. Al conectarse con internet, este hecho, que permite el IoT (Internet of Things), ofrece una gestión inteligente en la toma de decisiones de consumo eléctrico de forma programada en función de la tarifa eléctrica diaria.

De esta forma, se ahorra energía, utilizando las programaciones horarias, que se aplica la innovación de que no disponen de una hora de inicio y una hora de parada, si no que utilizan una franja horaria, donde se podrá tomar la decisión automatizada de activar o no, en función del consumo eléctrico de toda la vivienda y de la tarifa eléctrica de dicha franja horaria.

Ahorro Económico Estático: Basado en la eliminación del stand by de los dispositivos

El consumo de Stand-By supone entre un 7 y 11% del consumo eléctrico del hogar. Esto no solo incluye los dispositivos con el LED indicativo, sino también dispositivos con transformadores de corriente basados en bobinas, que se mantienen conectados a la red eléctrica aun cuando el electrodoméstico esté apagado. Como solución se prueba integrar funcionalidades de detección y eliminación del consumo Stand-By y mecanismosde creación de programaciones horarias avanzadas que harán que el usuario no vuelva a preocuparse por este aspecto.

Al  ser capaces de medir y monitorizar el consumo eléctrico de una línea, tiene la precisión suficiente para detectar si el dispositivo conectado está en modo stand‐by. Esta posibilidad de detectar el estado del dispositivo se debe a la precisión de medida, así como a la inteligencia para almacenar y analizar los diferentes niveles de consumo que tiene una línea a lo largo de un periodo.

Es decir, al inicio comenzar a medir el consumo, no se conoce el patrón de consumo del dispositivo o dispositivos conectados a él. Pero al cabo de cierto tiempo de monitorización del consumo, es capaz de distinguir los diferentes modos de funcionamiento/consumo del dispositivo conectado y por tanto siendo capaz de distinguir el modo stand‐by.

Beneficios para otros agentes interesados

• Los distribuidores de electricidad: aportan valor añadido a sus clientes al ser capaces de segmentar la factura y obtener información sobre el uso eléctrico.
• Productores de electricidad: aumentar la eficiencia de la transmisión y reducir los costes globales de gestión.
• Fabricantes de electrodomésticos: obtener información estadística sobre el uso de diferentes tipos de aparatos mencionados.

Indicadores de impacto

• Reducción del gasto energético y Aumento de la eficiencia energética.
• Ahorro durante un periodo ilimitado de tiempo gracias a sistema de racionalización inteligente, seguimiento y control del consumo de energía de los electrodomésticos, las programaciones horarias automatizadas con las tarifas eléctricas diarias y eliminación del consumo en Stand-by. Así como la concienciación sobre el consumo de energía.

Valores a alcanzar

• Reducción de al menos de un tramo en la potencia del suscriptor por hogar (debido al sistema inteligente de racionalización).
• Reducción del consumo de energía (debido a la creciente conciencia y características de ahorro de energía).
• Confort y seguridad, tan fácil como poner un enchufe. El control del hogar en tu smartphone.

Estas soluciones que hemos buscado se encuentran dentro del proyecto SIRAE que se ha desarrollado en la empresa Ingevert 2000 S.L.

Conclusiones

Aplicar estas soluciones en el hogar digital nos va a permitir:

• Mejorar la eficiencia energética sin tener que modificar los hábitos de consumo de los usuarios.
• Incrementar el confort con un gran ahorro de costes y tiempo.
• Aumentar la seguridad del hogar y permitir tener el control del hogar en el smartphone.
• Tener un seguimiento y control de los electrodomésticos.
• Ahorro en los costes de soluciones digitales para el hogar.
• Ahorro en la factura de la luz.