Edificios inteligentes y sosteniblesarquitectura de percepción y control para la gestión de energía

Resumen

En este trabajo de investigación se propone e implementa una arquitectura de percepción y control inteligente para la gestión eficiente de la energía en un edificio. Esta arquitectura incluye técnicas de computación suave y algoritmos de aprendizaje automático, además de hacer uso de tecnologías de la web semántica. Esta nueva generación de dispositivos hace posible percibir el entorno a través de sensores virtuales y proveer servicios conscientes del contexto, enriqueciendo la percepción y retroalimentación del usuario con información para la toma de decisiones. Conocida también como la Internet de las Cosas (IoT), este trabajo también contempla el desarrollo de una red sensorial de sensores físicos, virtuales y semánticos, y una interfaz de usuario como soporte funcional de la arquitectura propuesta para la gestión eficiente de la energía en edificios. La necesidad de representar el conocimiento entre dispositivos o servicios con una semántica para el intercambio de información se ha facilitado mediante el uso de ontologías y tecnologías de la web semántica. Con las ontologías se definen de manera explícita las características y propiedades de los sensores, así como los perfiles de comportamiento y agenda de actividades de los usuarios. El contar con un modelo que interconecte a los diferentes actores involucrados conduce a la búsqueda de correlaciones entre datos provenientes de diversas fuentes, y permite una toma de decisiones inteligentes tanto analíticas como heurísticas. Esta arquitectura se aplicó a un edificio de consumo de energía casi cero (nZEB), del que se dispone de un prototipo real en las instalaciones del CAR_UPM-CSIC (Arganda, Madrid). El edificio, de dos plantas, cuenta con sistemas de almacenamiento de energía térmica, tanto de calor sensible como de calor latente. El exceso de calor puede ser utilizado posteriormente para satisfacer la demanda térmica del edificio nZEB haciendo recircular un fluido calor-portador por los muros. Por lo tanto, otra de las contribuciones de este trabajo es el diseño y realización de una barrera térmica dinámica, que adapta el gradiente térmico de los muros exteriores mediante unos tubos de polietileno incrustados en las paredes, gestionando este flujo de calor para reducir el consumo de energía para alcanzar la temperatura de confort en el interior. Se han analizado en detalle los sistemas térmicos utilizados (colector solar, sistema de almacenamiento de entropía en el subsuelo, y barrera térmica dinámica), así como el control del flujo en el circuito hidráulico que los conecta. Además se ha instalado un sistema híbrido panel fotovoltaico FV/MCF, que aprovecha la radiación solar para producir calor latente mediante el cambio de fase en un bidón con MCF. También se ha hecho uso de herramientas de simulación para entender el flujo de calor a través de la envolvente, y se han tomado datos reales de experimentos realizados en el prototipo de edificio. La investigación realizada es de carácter multidisciplinar, al requerir conocimientos de diferentes ámbitos como: electrónica, transferencia de calor, ciencias de la computación e inteligencia artificial. Los resultados y conclusiones de la misma son relevantes en el ámbito de la gestión energética y de los edificios inteligentes.