WO2015100507A1 - Sistema y método de monitoreo y gestión para la eficiencia energética de edificaciones - Google Patents

Sistema y método de monitoreo y gestión para la eficiencia energética de edificaciones Download PDF

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investment
energy
building
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María Luisa DEL CAMPO HITSCHFELD
José Luis ROJAS FUENTES
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Universidad de Talca
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    • G05B2219/2614—HVAC, heating, ventillation, climate control

Definitions

  • the present invention relates to a monitoring and management system and method for energy efficiency and building services, designed for infrastructure managers.
  • the proposed system comprises a plurality of data acquisition devices, a communication network, a server that stores and processes information and a forecast optimization procedure and economic evaluation of improvement alternatives.
  • the proposed invention provides timely information on breakdowns, proposes solutions to consumption patterns and delivers recommendations on applicable technological alternatives to improve building efficiency without the need for additional specialized advice.
  • Every building usually has air conditioning, lighting, water, hot water, gas, security, etc. These systems represent expenses that, accumulated throughout the building, represent a significant cost for the administration of the building.
  • BEMS Building Energy Management Systems
  • US7781910 discloses a system that uses a computer as inferred that it is connected to a central bus or cable, which also connects to a web server, which allows access to the Internet.
  • a computer allows data analysis and a master controller, which includes one or more programmable logic controllers (PLC), is capable of controlling one or more modules.
  • the modules include heating, ventilation and air conditioning (HVCA) devices, safety systems, fire protection systems and energy management systems.
  • HVCA heating, ventilation and air conditioning
  • US8055386 discloses an automated building system comprising a plurality of end devices, at least one communication network, and a server independent protocol engine.
  • This system comprises a server, preferably located in a central location, which takes part as the head of the control station, for other applications such as a computer or microprocessor network.
  • the server is part of a local network and communicates through the Internet, Intranet or other communication.
  • it comprises means of communication that facilitate communication between the server and other components or devices and a controller and supervisor
  • US6327541 discloses an electronic energy management system with an energy distribution network, which provides power from a source to the sites predetermined by the user. A plurality of measuring devices are connected to each site and the user monitors energy consumption.
  • the system comprises a data acquisition subsystem, which obtains the information from the energy meters in use.
  • An electronic storage of the data in a remote location and an electronic communication subsystem provides the user with access to the stored data.
  • BEMS Commercially available BEMS include: IBM Tririga Energy Optimization, Samsung Smart BEMS, First Fuel Building Energy Analytics, Trend Bems, Spinwave systems and Tracer Summit de Ta ⁇ e. In general, all of them monitor in real time the energy consumption, report and analyze statistics and trends of the energy use, and alert in case of detecting anomalies or sub-optimal operating situations so that the user performs corrective actions. In some cases they are complemented with some routines of automation of these corrective actions, and allow quantifying their impact in energy and economic terms, but always once the corrective actions have been implemented, not a priori.
  • IBM Tiririga combines real-time monitoring systems with facilities and events management.
  • the information collected is processed in order to show statistics such as maximum monthly electricity demand and trends in energy use, as well as a wide variety of graphs to visualize such consumption and trends.
  • the analytical capabilities of the software include analysis rules designed to detect sub-optimal energy situations. It helps to analyze and optimize the operations of the facilities, reduce energy costs and issue alarms for corrective actions in equipment with high energy consumption.
  • the delivery of information in real time also allows the creation of work orders to correct the anomalies detected.
  • the Samsung Smart Bems system comprises three main functions:
  • Monitoring the system real-time monitoring of the operational status and level of energy consumption of the building for concepts such as: fuel, power, air conditioning, refrigeration, furnaces, among others according to customer characteristics.
  • the Analysis function is responsible for detecting defects and analyzing the behavior of the equipment based on expert knowledge and the available data.
  • the Alerts and Recommendations function it is responsible for generating alarms for real-time failures and recommendations to reduce energy consumption.
  • Smart Bems represents an increase for the user in the value of their real estate, a reduction of the administration costs of the building and finally a preparation before environmental regulations.
  • First fuel (http://www.firstfuel.com/) is an energy management and control system that works based on historical information on electrical consumption (1 year of information is required) versus the information collected daily. With the information available on real and historical consumption, First fuel shows the user the response of the building to any type of weather, operating hours, key energy indicators, daily consumption patterns, seasonal analysis and maximum loads. These analyzes are explained to the user simply and with the support of recommendations. The analysis can be updated quarterly and followed over time. The system generates personalized recommendations for each building, if the user takes any of these recommendations and turns it into an action, the system monitors the impact on energy savings over time. Finally, it should be noted that the system allows the creation of a portfolio of buildings to be controlled, which allows for the segmentation of efforts towards energy savings, according to the groups of existing buildings given their energy consumption characteristics.
  • the Trend Bems system is designed to provide the owners with satisfactory information that allows them to control and supervise the building, while offering an adequate working environment for their occupants.
  • the building management system supervises and controls services such as heating, ventilation and air conditioning, so that its operation is guaranteed at maximum levels of efficiency and savings. This is achieved by maintaining an optimal balance between conditions, energy use and operational requirements.
  • the main components of the system they are: Controllers, Supervisors, Networks, and Field Devices.
  • the Controllers receive signals from devices on the ground and, depending on their programmed operating parameters, undertake actions to control the plant equipment. Supervisors view or correct system data and provide a wide variety of energy analysis and maintenance functions.
  • Networks make it possible for devices to communicate over a physical distance that can be local, a large network in the area or remotely through the use of standard browser technology. In this way, information can be accessed from anywhere in the world, which guarantees full building continuity.
  • Field Devices send or receive data directly from controllers for local or remote control and supervision. If an area or element is not measured or monitored, it cannot be controlled.
  • advantages that can be obtained from the Trend system are: cost reduction in the administration of the building and the elimination of energy waste; comparison between actual consumption data and usual profiles; alarm identification and communication; remote monitoring; backup and backup; and detection of maintenance needs depending on the conditions.
  • Spinwave systems has a product line developed to function as an energy management system (line A3).
  • line A3 an energy management system
  • wireless sensors temperature, relative humidity, voltage, dry contact
  • controllers input and output devices
  • gateways for integration with automation systems and cloud engines.
  • the operation of the integration of the A3 line products It comprises a mesh gateway that connects the wireless mesh network with cloud-hosted databases and / or building automation systems.
  • the mesh radio on the gateway supports up to 1,000 wireless devices connected to the USB port of the gateway. Up to two radios are supported per gateway.
  • the system has a web server for configuration, commissioning and maintenance.
  • the web client built into the gateway can send data and store it in a cloud for data analysis and performance dashboards.
  • the wireless device data is accessible via Modbus TCP for integration with building automation systems.
  • the wireless thermostat controls cold and heat equipment, being able to send messages to other wireless devices.
  • Wireless sensors measure temperature, relative humidity, contact status, and voltage levels.
  • the Ready-Modbus radio enables input and output modules
  • the Tracer Summit building automation system provides control of the building through a single integrated system.
  • the system handles variables such as lighting temperature, schedules, energy consumption among others, which can be programmed and managed.
  • the Tracer Summit system consists of Building Control Units (BCUs) and workstations that use the Tracer Summit software.
  • the BCUs provide centralized building control through communication with the building equipment, such as heating, ventilation and air conditioning (HVAC) equipment.
  • HVAC heating, ventilation and air conditioning
  • the building operator uses the workstation or the BCU screen to perform the tasks of the system operator.
  • the workstation communicates with the BCU at over an Ethernet network. Remote access to the system is available using a modem in the BCU or an Internet connection with a Tracer Summit Web Server.
  • Tracer Summit software converts complex requirements into simple, consistent and reliable operations. Tracer Summit can control any type of HVAC equipment, but it provides an additional benefit of an Integrated Comfort System when connected with HVAC Ta ⁇ e equipment.
  • Tracer Summit can be connected to other building systems such as fire alarm
  • the systems described above have the common characteristic of monitoring the consumption of services and energy of the building, through sensors and media. Some of them generate recommendations for actions on the operation and energy consumption, based on the data obtained by the system.
  • the present invention comprises a system for monitoring and managing energy efficiency in buildings , automated, which periodically evaluates investment alternatives based on energy simulation adjusted through inverse optimization of environmental parameters and user behavior.
  • the inclusion of the climatic conditions and behavior of the infrastructure users allow the system to operate in different environments and different user conditions or in infrastructure oriented to different purposes, in a self-adaptive way.
  • the energy efficiency monitoring and management system of the present invention works through online data acquisition from sensors located in the feeding of consumption groups (such as water for lavatories, water for wc, electricity for lighting by sectors, weak currents, electricity for air conditioning, fuel supply, air conditioning power), internet communication and processing through methodology that includes series construction, simulation, automatic parameter adjustment and economic evaluation. Provides timely information on breakdowns, proposes solutions on consumption patterns and plans investments in energy efficiency, through the economic evaluation of these investments.
  • consumption groups such as water for lavatories, water for wc, electricity for lighting by sectors, weak currents, electricity for air conditioning, fuel supply, air conditioning power
  • the present invention also proposes economic evaluation Automated and periodic investment alternatives based on energy simulation adjusted through inverse optimization of environmental parameters and user behavior.
  • investment alternatives to improve energy efficiency and use of services: reduction of consumption in general and reduction of energy consumption for air conditioning.
  • one of the advantages of the present invention is that it allows evaluating both in economic and technical terms, and automatically and accurately, the implementation of various energy efficiency investment alternatives, therefore, it is presented to the administrator a reliable tool for decision making, thus dispensing with external advice.
  • Figure 1 shows a diagram of the general energy monitoring system in buildings of the components of the present invention.
  • Figure 2 shows a diagram of the measurement and acquisition device.
  • FIG. 3 shows a system diagram describing the operation of the present invention.
  • the present invention comprises an automated energy efficiency monitoring and management system in buildings, which periodically evaluates investment alternatives based on energy simulation adjusted by inverse optimization of environmental parameters and user behavior.
  • the system facilitates the decision making of the administrators of infrastructure as it permanently identifies the most effective actions to reduce the consumption of water, air conditioning and electricity services.
  • the simulation optimization procedure including climatic conditions and user behavior, allows the system to operate in different environments and different user conditions or in infrastructure aimed at different purposes, in a self-adaptive way.
  • the system comprises means of acquiring data online from consumer sensors, media to the Internet and means of processing through software.
  • the system provides timely information on breakdowns, proposes solutions to consumption patterns and plans investments in energy efficiency.
  • the monitoring and management system for energy efficiency in institutional buildings of the present invention comprises means for measuring and acquiring data online from sensors; means of Emission, Receipt and Transfer of data; Processing, Storage and User Interface means, where the user interface (8) comprises three main modules: the alarm module (15), the monitoring module (16) and the investment options module (17).
  • the monitoring and management system for energy efficiency in institutional buildings comprises measuring means comprising measuring devices (2) corresponding to sensors (S1, S2, S3, S4, S5, S6 and S7) specific for the type of variable to be measured, where the sensors are connected by means of shielded twisted pair cable (STP) to a data acquisition board (3).
  • the monitoring and management system includes means for transmitting and receiving data that include radio frequency modules such as Xbee modules (4) that work in the 2.4 GHz band with IEEE 802.15.4 (ZigBee) communication protocol belonging to PAN (Personal Area Network) networks.
  • the monitoring and management system comprises means of data transfer that transfers the data from the different measuring devices (2) of the infrastructure to their respective workstation (5), where the data is collected, sorted and written in a Text file for later delivery to the storage phase and user interface (8).
  • the Processing, Storage and User Interface means comprise a central server (6) that stores the data and generates a consolidated database (7) on which the data processing (software) is executed and displayed through the user interface (8) on the infrastructure manager's computer.
  • the present invention relates to a monitoring and management method for energy efficiency in institutional buildings comprising the following stages:
  • the operation of the monitoring and management network for the energy efficiency of the present invention comprises three stages: Measurement; Emission, Receipt and Transfer of data; Processing, Storage and Interface with the user.
  • the three stages can be implemented jointly or separately.
  • Figure 1 shows a diagram of the operation of the monitoring and management network for energy efficiency in buildings comprising three stages.
  • the design of the measurement system covers the main points of consumption, that is, water supply pipes for each floor and families of appliances, corresponding electrical consumption meters lighting, strength and computer network by building (1) or by sectors, in addition to boilers or heat pumps arranged in the infrastructure.
  • These systems are composed of measuring devices (2) corresponding to sensors (S1, S2, S3, S4, S5, S6 and S7) specific to the type of variable to be measured.
  • the sensors are connected by means of shielded twisted pair cable (STP) to a data acquisition board (3) which is an chicken electronic board, used for data acquisition (see Figure 2). Subsequently, the information coming from the network is made available for wireless transfer via Xbee modules (4) connected to the different data acquisition boards (3).
  • STP shielded twisted pair cable
  • Xbee modules (4) are radio frequency modules that work in the 2.4 GHz band with IEEE 802.15.4 (ZigBee) communication protocol belonging to PAN (Personal Area Network) networks. Its advantages include low energy consumption, simplicity of construction and the possibility of using up to 65,000 different network combinations, allowing large point-to-point and point-to-multipoint networks to be created.
  • the data is transferred from the different measurement devices (2) of the infrastructure to their respective workstation (5), the data is collected, sorted and written in a text file for later delivery to the storage phase and user interface (8).
  • Another of the tasks carried out in the processing stage is the cyclic sampling of the data received at the workstation (5), this is done by controlling an LCD Display (9) installed next to each workstation ( 5) through a data acquisition board (3) of the PC type.
  • the data received from each building (1) is stored in a central server (6) which consolidates and processes the information of the administrator's portfolio of buildings.
  • a consolidated database (7) is generated on which the data processing (software) and is shown through the user interface (8) on the infrastructure manager's computer, which has a complete view of the entire portfolio under its administration.
  • the monitoring and management system of the present invention allows the user to have real-time access to the information related to the building (1) or monitored infrastructure.
  • the monitoring and management system is capable of displaying both consumption and graphical records numerically, indicating characteristic data of the samples for each building and for the network in general, among these characteristic data are: infrastructure categorization, date and time the measurements were taken, variable that was measured (Light, Water or Heating), monthly and annual average of consumption, monetary cost of consumption, possible breakdowns in infrastructure, determination of real consumption gaps and pattern predetermined, and portfolio of investments in energy efficiency evaluated economically for each building.
  • the user interface (8) comprises three main modules: the alarm module (15), the monitoring module (16) and the investment option module (17).
  • the alarm module (15) is responsible for showing and alerting the differences between the historical and current consumption, so that according to maximum deviations previously established, the respective alarms are generated in case of overcoming those deviations indicating the detail where the alarm occurs.
  • the system makes discrete measurements in small intervals of time, which builds accumulated series. The new measurements are continuously contrasted with the accumulated values in order to quickly detect anomalies and thus allow corrective actions in a timely manner.
  • the monitoring module (16) shows the consumption in real time from an aggregate level to the maximum possible detail depending on the measurement intervals of the sensors (3), in this way it is possible to navigate through the divisions of the building according to The desired objective.
  • Actual cumulative consumption is presented in contrast to a predetermined consumption pattern according to the usage load of each enclosure or built based on the accumulated series, thus determining gaps where it is possible to reduce or adjust consumption and continuously delivering the greatest deviations Between the profile and the pattern. This allows the administrator to carry out interventions in the user's behavior (consumption profile) or implement home automation in such a way to achieve consumption reductions where there is potential or space for it.
  • the investment options module (17) presents a summary with the economic evaluation of investment alternatives in energy efficiency and the use of services.
  • the present invention periodically performs energy and economic evaluations to detect investment spaces or recommendations on energy efficiency (coatings, insulations, windows, air conditioning systems, gray water recovery, etc.)
  • energy efficiency coatings, insulations, windows, air conditioning systems, gray water recovery, etc.
  • system hardware and software
  • Improvement alternatives are developed according to simulations, based on the current characteristics of the infrastructure and the inclusion of certain sets of optional improvements of lower energy consumption and therefore of savings.
  • this information is stored in a database (7), on which, in case the alternative corresponds to a reduction in the energy consumption for air conditioning, an energy simulation (12) is performed with self-adjusted parameters, then known the energy consumption of the alternative is carried out the corresponding economic evaluation (13).
  • the alternative corresponds to the decrease of another type of consumption (for example water or electricity for luminaires) the calculation of savings (14) generated and subsequently the associated economic evaluation (13) is performed.
  • the present invention provides investment recommendations prioritizing based on the impact (reduction of expected consumption of the investment) and the associated investment cost.
  • the economic evaluations are carried out periodically in order to determine at what time of time the investment should be made in terms of its profitability.
  • the result of an economic evaluation varies over time mainly as a result of variations in the price of the inputs needed for the investment, and of the fuels used.
  • This information is updated automatically or manually by the user with a predetermined periodicity.
  • the estimated energy demand is automatically corrected with the actual data collected over time.
  • the simulation of the energy consumption of a building is carried out by estimating the following energy flows: Transmission losses ⁇ (#Ir ) , ventilation losses ⁇ C ⁇ 3 ⁇ 4), thermal gain by OJ sun and finally the internal gain I (Clt).
  • the sum of the mentioned flows multiplied by some constant terms delivers the annual energy requirement of the building.
  • the calculation procedure begins with the estimation of the volume of air and the useful area based on the volume and the total area of the building. Subsequently, the transmission losses are estimated, which depend on the components of the building envelope and its orientation.
  • the thermal transmittance is calculated based on the thermal properties of the materials that compose it (concrete, wood, simple glass, etc.) and then multiply by the surface and a temperature correction factor according to component thus obtaining the transmission loss of each component.
  • the sum of the individual losses corresponds to the total loss per transmission of the building.
  • the ventilation losses are estimated below, which depend on the volume of air circulating in the building multiplied by the amount of air renovations according to the use of the building (production, warehouse, shopping center, etc.) and by a constant factor . Having calculated the transmission and ventilation losses, the proceeds from the sun and internal are continued.
  • the gain from the sun in both winter and summer it depends on the surface of the building envelope, the percentage of shading resulting from other nearby buildings, the percentage of glass present in the windows and the type of glass, multiplied by constant factors according to the orientation of the envelope component, it should be noted that the gain by sun in the winter is considered for the simulation of the energy consumption for heating ( ⁇ ? *) and the gain by sun in the summer for the cold consumption ( ⁇ ? /). Constant terms change between winter and summer for each orientation. Finally, the internal gain is calculated according to the use of the building, where there is a specific gain for each use, which is multiplied by the useful area of the building, thus obtaining the total internal gain. Equivalently, the cooling requirement is calculated.
  • the present invention proposes an automated and periodic economic evaluation of investment alternatives based on energy simulation adjusted by inverse optimization of environmental parameters and user behavior.
  • two types of investment alternatives are distinguished related to improving energy efficiency and use of services: reduction of consumption in general and reduction of energy consumption for air conditioning.
  • An economic evaluation of a general consumption reduction alternative is carried out in a conventional manner evaluating the potential investment savings in a given number of annuities in contrast to the investment.
  • An evaluation of an alternative of reduction of consumption for air conditioning requires an energy simulation where the savings are They estimate from the simulation of the performance of the building with the improvements incorporated and the updated energy cost and where the investment is corrected periodically based on the updating of prices of materials and equipment.
  • an updated periodic portfolio of investments and alerts is generated at times when it is convenient to invest, either because consumption reached a critical level or because the price of materials and equipment has decreased.
  • consumption reduction a report is generated with indicators such as net present value, internal rate of return and period of return of the investment, which account for the profitability of the proposed alternative of reduction of consumption.
  • the behavior of the building must be simulated, in terms of consumption, with the investment implemented, and the result of this simulation is compared with the actual actual consumption read by the sensors, in order to obtain the potential savings that generates the investment.
  • a cross-optimization procedure is used, in which the building's energy consumption is estimated using a multiple regression model based on atmospheric variables (temperature, irradiation, wind speed, etc.) and behavior of the user (air renewals and internal gains), thus obtaining the coefficients that are then contrasted with those used by the simulation model based mainly on the envelope and its characteristics.
  • the simulation model for the annual energy consumption (Q h ) of heating is established through the following formula:
  • Q k fi t ⁇ B Fi + j3 ⁇ 4iV% - Where it corresponds to the factor associated with transmission losses, & to the factor associated with ventilation losses and ⁇ »to the factor associated with solar gains in winter.
  • # ⁇ corresponds to transmission losses.
  • ⁇ Hn is the sum of the areas of envelope components multiplied by their respective thermal transmittance and temperature correction factor according to DIN V 4108.
  • v is the number of air renewals and the net volume of air contained in the building.
  • ⁇ 3 ⁇ 4 is the sum of the glazed areas of each cardinal direction multiplied by their respective correction factors for the percentage of frames, shading and coverage, by the reflection factor of the type of glass and by the average irradiation of the corresponding orientation, according to DIN V 4108.
  • ⁇ corresponds to the specific internal gain per square meter accumulated in the heating period (W / m 2 ) and A n corresponds to the useful area of the building in m 2 .
  • ⁇ ⁇ corresponds to the average daily temperature in the building
  • ⁇ , ⁇ '*, ⁇ ' ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ' s correspond to the regression model coefficients estimated by ordinary least squares (MCO) and «'.
  • MCO ordinary least squares
  • the model represents the daily daily energy consumption in kWh and each measurement of Q * represents an observation of the data panel to determine the factors of the model. To obtain the consumption of the heating period, the daily consumption is added considering the average exogenous variables of each day multiplying by determined factors.
  • the values of the simulation model coefficients ( ⁇ , ⁇ , ⁇ %, and ⁇ ? A, respectively) can be obtained when the respective components are matched : transmission losses, ventilation losses, solar gains and internal gains.
  • the first estimate of N corresponds to an arbitrary number according to the type of use of the building.
  • ⁇ Qf * ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ + & 2 's irtcta + ⁇ 4 ⁇ nN + atriado + f
  • 3 ⁇ 4 corresponds to factor associated with transmission losses
  • 3 ⁇ 4 the associated ventilation losses factor
  • & t, 'a, S's and y' correspond to the OLS estimators of the regression model coefficients for cold consumption.
  • the present invention uses the savings in energy consumption calculated by contrasting the current situation with the forecast when considering the different solutions and the price of the different optimization solutions to perform multiple economic evaluations through the net present value method.
  • the sum of the requirements estimated above generates the estimated annual total energy consumption for the building, which, as mentioned above, is contrasted with the measurements made with the aim to adjust the simulation parameters in order to obtain a more accurate simulation.
  • the present invention comprises a combination of technologies using sensors, iOS, ZigBee and decision support software.
  • the present invention makes available to the user by means of data processing and interface with the user (8) the visualization of alarms (15) for anomalous consumption, real-time monitoring (16) of the various consumptions and the determination of potential gaps energy saving with respect to the predetermined pattern and the result of economic evaluations (13) presented as investment options (17).
  • a diagram with the operation described above is presented in Figure 3.
  • the monitoring and management system of the present invention provides a complete economic evaluation of the implementation of each of the improvement options, in terms of their profitability and period of recovery of the investment. Automatically and periodically evaluates investment alternatives based on adjusted energy simulation through inverse optimization of environmental parameters and user behavior that allow the system to operate in different environments and different user conditions or in infrastructure, in a self-adaptive way.
  • the economic evaluation mentioned is carried out periodically, given the variability in the prices of energy and the materials necessary for the implementation of the improvement alternatives. It is because of the above, that It generates permanent monitoring to determine at what time in time it is convenient in economic terms to make the investment, therefore, it is presented as a reliable tool for making decisions from the economic and energy point of view for the infrastructure manager.
  • monitoring and management system of the present invention can be applied not only to buildings, but also to any facility that wishes to control and improve operating conditions in terms of energy and fuel consumption.
  • the application examples include:
  • Application 1 the system is fully implemented in a set of buildings corresponding to an organization, whether public or private, such as hospitals, universities, colleges, clinics and health networks, by an administrator.
  • a building is provided with flow sensors to measure the water consumption in lavatories, showers and toilets, to measure the lighting consumption by sectors of each building, to measure the consumption of weak currents, to measure the energy consumption for air conditioning (either fuel or electricity).
  • the data is collected by arduino data acquisition plates located in the different sectors and then the data is transferred by means of Zigbee modules to the work stations located in each building. From each building the information is sent through the internet to the information processing and storage server.
  • the information for decision-making is sent through the internet and the user interface (8): the visualization of alarms (15) for anomalous consumption, the monitoring (16) for the determination of gaps in potential energy savings with respect to the predetermined pattern and the result of economic evaluations (13) presented as investment options (17).
  • Application 2 the system is partially implemented in one or several buildings that have a monitoring system already installed. For this case, only the Processing, storage and user interface stage is implemented. You have the data monitored as input variables to the system, which are processed by the procedures described and then through the inferfaz with the user (8) deliver to the user the visualization of alarms (15) for abnormal consumption, monitoring (16) for the determination of potential energy saving gaps with respect to the predetermined pattern and the result of economic evaluations (13) presented as investment options (17).
  • Application 3 Factories, to control and manage the energy consumed in different departments and processes.
  • a portfolio is formed with all the facilities in order to control and compare them with each other.
  • the sensors are installed in each department, process, or other monitoring unit defined by the administrator according to the degree of independence of their electrical circuits, water supply pipes, etc., depending on the characteristics of the monitoring unit.
  • Each unit becomes one more component of the factory administrator's portfolio, so the monitoring and management system and method apply similarly in independent buildings.
  • the consumption measurements are recorded for each unit through the measuring devices (2), subsequently processed in the central server (6), stored in the database (7) and analyzed by the administrator through of the user interface (8). It should be noted that the three stages of the system or stage three can be applied here if there are sensors for monitoring.
  • Application 4 Shopping centers, forming the control portfolio according to existing stores and departments. In this way it compares and controls between stores and departments.
  • the sensors are installed in each store according to the degree of independence of their electrical circuits, water supply pipes, etc.
  • Each store and common areas of the shopping center becomes one more component of the administrator's portfolio, so the monitoring and management system and method is applied in a similar way in the case of independent buildings. Consumption measurements are recorded for each store through the measuring devices (2), then processed in the central server (6), stored in the database (7) and analyzed by the administrator through the user interface (8). It should be noted that the three stages of the system or stage three can be applied here if there are sensors for monitoring.
  • the monitoring and management system of the present invention applies to any building or set of buildings where energy consumption is properly sectorized, making it possible to control by units or departments.

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Abstract

Se presenta un sistema y método de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificaciones, que comprende dispositivos de adquisición de datos, una red de comunicación, un servidor que almacena y procesa la información y un procedimiento de optimización de pronósticos de consumo energético y evaluación económica de alternativas de mejora. El método de monitoreo y gestión comprende las siguientes etapas: Medición; Emisión, Recepción y Transferencia de datos; y Procesamiento, Almacenaje e Interfaz con el Usuario donde la interfaz con el usuario comprende tres módulos principales: el módulo de alarmas, el de monitoreo y el de opciones de inversión. Específicamente, el módulo de opciones de inversión se encarga de generar recomendaciones de inversión en base a alternativas de mejora en eficiencia energética y/o de servicios con evaluaciones económicas sobre el impacto y la rentabilidad de la implementación de alguna de las alternativas de mejora propuestas.

Description

SISTEMA Y MÉTODO DE MONITOREO Y GESTIÓN PARA LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE EDIFICACIONES
La presente invención se relaciona con un sistema y método de monitoreo y gestión para la eficiencia energética y de servicios de edificaciones, diseñado para administradores de infraestructura.
El sistema propuesto comprende una pluralidad de dispositivos de adquisición de datos, una red de comunicación, un servidor que almacena y procesa la información y un procedimiento de optimización de pronósticos y evaluación económica de alternativas de mejora. La invención propuesta entrega información oportuna de averías, propone soluciones a patrones de consumo y entrega recomendaciones sobre alternativas tecnológicas aplicables para mejorar la eficiencia de la edificación sin la necesidad de asesorías especializadas adicionales.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Toda edificación suele contar con servicios de climatización, iluminación, agua, agua caliente, gas, seguridad, etc. Estos sistemas representan gastos que, acumulados en la totalidad de la edificación, representan un costo significativo para la administración del edificio.
De acuerdo a lo anterior surge la necesidad de optimizar lo más posible la operación de los distintos servicios de una edificación, para así disminuir el costo total de operación de éste.
Si bien es posible reducir en gran medida el gasto en servicios y energía de una edificación optimizando los parámetros de operación (horarios, i temperaturas, frecuencias, etc.) de los distintos servicios, muchas veces existe potencial de obtener aún mayores ahorros realizando inversiones en el equipamiento utilizado por la edificación o introduciendo mejoras a la envolvente. Debido a que este potencial de optimización requiere inversiones y a que la evaluación de estas inversiones requiere gran cantidad de información y servicios de consultoría externa, muchas veces no se explota este potencial.
Es conocido en el arte previo utilizar sistemas de automatización de edificios (BAS; de sus siglas en inglés "Building automatization system"), los cuales controlan de manera automática el funcionamiento de los servicios de la edificación en base a parámetros fijados por el usuario, y los sistemas denominados "Sistemas de gestión de energía en edificios" (BEMS de su siglas en inglés" Building Energy Management System"), que además de monitorear en tiempo real y controlar servicios como calefacción, ventilación, aire acondicionado, agua caliente, iluminación y consumo eléctrico en general, buscan operar el sistema a altos niveles de eficiencia y economía, en algunos casos, entregando recomendaciones orientadas a mejorar el desempeño energético.
Por ejemplo la patente US7781910 divulga un sistema que utiliza un computador como inferíase que es conectado a un bus central o cable, que además se conecta a un servidor web, el cual permite el acceso a Internet. Un computador permite el análisis de los datos y un controlador maestro, que incluye uno o más controladores lógicos programables (PLC), es capaz de controlar uno o más módulos. Los módulos comprenden dispositivos de calefacción, ventilación y aire acondicionado(HVCA), sistemas de seguridad, sistemas contra incendios y sistemas de administración de energía. Similarmente, la patente US8055386 divulga un sistema de edificios automatizado que comprende una pluralidad de dispositivos finales, a lo menos una red de comunicación, y un motor de protocolo independiente del servidor. Este sistema comprende un servidor, preferentemente ubicado en una localización central, el cual toma parte como la cabeza de la estación de control, para otras aplicaciones como podrían ser una red de computadores o de microprocesadores. El servidor es parte en una red local y se comunica a través de internet, Intranet u otro tipo de comunicación. Además, comprende medios de comunicación que facilitan la comunicación entre el servidor y otros componentes o dispositivos yun controlador y supervisor quese conecta al BAS.
US6327541 divulga un sistema electrónico de gestión de energía con una red de distribución energética, que proporciona energía desde una fuente hacia los sitios predeterminados por el usuario. Una pluralidad de dispositivos de medición se conectan a cada sitio y el usuario monitorea el consumo energético. El sistema comprende un subsistema de adquisición de datos, el cual obtiene la información de los medidores de energía en uso. Un almacenamiento electrónico de los datos en una ubicación remota y un subsistema de comunicación electrónica proporciona al usuario acceso a los datos almacenados.
Entre los BEMS comercialmente disponibles destacan: IBM Tririga Energy Optimization, Samsung Smart BEMS, First Fuel Building Energy Analytics, Trend Bems, Spinwave systems y Tracer Summit de Tañe. En general, todos ellos monitorean en tiempo real el consumo energético, reportan y analizan estadísticas y tendencias del uso energético, y alertan en caso de detectar anomalías o situaciones de operación sub-óptimas para que el usuario realice acciones correctivas. En algunos casos se complementan con algunas rutinas de automatización de dichas acciones correctivas, y permiten cuantificar su impacto en términos energéticos y económicos, pero siempre una vez que ya han sido implementadas las acciones correctivas, no a priori.
IBM Tiririga combina sistemas de monitoreo en tiempo real con la gestión de instalaciones y eventos. La información recopilada es procesada a fin de mostrar estadísticas tales como máxima demanda eléctrica mensual y tendencias del uso de la energía, así como también una amplia variedad de gráficos para visualizar dichos consumos y tendencias. Las capacidades analíticas del software incluyen reglas de análisis diseñadas para detectar situaciones sub-óptimas de energía. Ayuda a analizar y optimizar las operaciones de las instalaciones, reducir gastos de energía y emitir alarmas para acciones correctivas en equipos con altos consumos de energía. La entrega de información en tiempo real permite también la creación de órdenes de trabajo para corregir las anomalías detectadas.
El sistema Samsung Smart Bems comprende tres funciones principales:
Monitoreo, Análisis, y Alertas y Recomendaciones. En cuanto al Monitoreo, el sistema realiza un monitoreo en tiempo real del estado operacional y del nivel de consumo de energía de la edificación por conceptos como: combustible, potencia, aire acondicionado, refrigeración, hornos, entre otros según las características del cliente. La función de Análisis se encarga de detectar defectos y analizar el comportamiento de los equipos basado en conocimiento experto y los datos disponibles. En cuanto a la función de Alertas y Recomendaciones, ésta se encarga de generar alarmas por averías en tiempo real y recomendaciones para reducir el consumo de energía. Entre los principales beneficios de este sistema, Smart Bems supone para el usuario un incremento en el valor de sus bienes raíces, una reducción de los costos de administración del edificio y finalmente una preparación ante regulaciones ambientales.
First fuel (http://www.firstfuel.com/) es un sistema de gestión y control de energía que funciona en base a información histórica de consumos eléctricos (se requiere de 1 año de información) versus la información recopilada diariamente. Con la información disponible del consumo real y el histórico, First fuel muestra al usuario la respuesta del edificio ante cualquier tipo de clima, horario de operación, indicadores clave de energía, patrones de consumo diario, análisis estacional y cargas máximas. Dichos análisis son explicados al usuario de forma sencilla y con apoyo de recomendaciones. El análisis puede ser actualizado trimestralmente y seguido a través del tiempo. El sistema genera recomendaciones personalizadas para cada edificio, si el usuario toma alguna de estas recomendaciones y la convierte en una acción, el sistema monitorea el impacto en el ahorro de energía a través del tiempo. Finalmente cabe destacar que el sistema permite crear un portafolio de edificios a controlar, lo cual permite segmentar los esfuerzos en pos del ahorro energético, de acuerdo a los grupos de edificios existentes dadas sus características de consumo de energía.
El sistema de Trend Bems está pensado para suministrar a los propietarios información satisfactoria que les permita controlar y supervisar el edificio, a la vez que ofrecer un entorno de trabajo adecuado para sus ocupantes. El sistema de gestión de edificios supervisa y controla servicios tales como la calefacción, ventilación y aire acondicionado, de forma que se garantiza su funcionamiento a niveles máximos de eficiencia y ahorro. Esto se consigue gracias a que se mantiene un equilibrio óptimo entre las condiciones, uso energético y requisitos operativos. Los principales componentes del sistema son: Controladores, Supervisores, Redes, y Dispositivos sobre terreno. Los Controladores reciben señales de dispositivos sobre el terreno y, en función de sus parámetros de funcionamiento programados, emprenden acciones para controlar el equipamiento de la planta. Los Supervisores ven o corrigen los datos del sistema y proporcionan una gran variedad de análisis energéticos y funciones de mantenimiento. Las Redes hacen posible que los dispositivos se puedan comunicar en una distancia física que puede ser local, una amplia red en el área o de forma remota mediante el uso de tecnología de exploradores estándar. De esta forma, se puede acceder a la información desde cualquier parte del mundo, lo que garantiza una continuidad de edificación plena. Finalmente, los Dispositivos sobre el terreno envían o reciben datos directamente de los controladores para el control y supervisión locales o remotos. Si no se mide o supervisa un área o elemento no se podrá controlar. Entre las ventajas que se pueden obtener del sistema de Trend se incluyen: reducción de costos en la administración del edificio y la eliminación del desaprovechamiento energético; comparación entre los datos reales de consumo y perfiles habituales; identificación y comunicación de alarmas; supervisión remota; copias de seguridad y respaldo; y detección de necesidades de mantenimiento en función de las condiciones.
Spinwave systems cuenta con una línea de productos desarrollados para funcionar como un sistema de gestión energético (línea A3). Entre los productos disponibles se encuentran sensores inalámbricos (temperatura, humedad relativa, voltaje, contacto seco), controladores, dispositivos de entrada y salida, y puertas de enlace para la integración con sistemas de automatización y motores nube. El funcionamiento de la integración de los productos de la línea A3 comprende una puerta de enlace en malla que conecta la red inalámbrica en malla con bases de datos alojadas en nubes y/o sistemas de automatización de edificios. El radio en malla de la puerta de enlace soporta hasta 1 0 dispositivos inalámbricos conectados al puerto USB de la puerta de enlace. Se soportan hasta dos radios por puerta de enlace. El sistema cuenta con un servidor web para configuración, puesta en marcha y mantenimiento. El cliente web incorporado en la puerta de enlace puede enviar datos y almacenarlos en una nube para análisis de datos y cuadros de mando de rendimiento. Los datos del dispositivo inalámbrico están accesibles vía Modbus TCP para la integración con sistemas de automatización de edificios. El termostato inalámbrico controla equipos de frío y calor, siendo capaz de enviar mensajes a otros dispositivos inalámbricos. Los sensores inalámbricos miden temperatura, humedad relativa, estado de los contactos, y niveles de voltaje. Finalmente el radio Ready-Modbus habilita los módulos de entrada y salida, controladores, medidores de electricidad y otros dispositivos Modbus.
Por último, el sistema de automatización de edificios Tracer Summit provee el control del edificio a través un solo sistema integrado. El sistema maneja variables como temperatura iluminación, horarios, consumo de energía entre otros, los cuales pueden ser programados y manejados. El sistema Tracer Summit consiste de Unidades de Control de Edificio (BCUs) y estaciones de trabajo que utilizan el software Tracer Summit. Las BCUs proveen control de edificio centralizado a través de la comunicación con el equipo del edificio, como equipos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). El operador del edificio utiliza la estación de trabajo o la pantalla de la BCU para realizar las tareas del operador del sistema. La estación de trabajo comunica con la BCU a través de una red Ethernet. El acceso remoto al sistema está disponible utilizando un modem en la BCU o una conexión a Internet con un Tracer Summit Web Server. El software Tracer Summit convierte requerimientos complejos en operaciones simples, consistentes y confiables. Tracer Summit puede controlar cualquier tipo de equipo HVAC, pero provee un beneficio adicional de un Sistema de Confort Integrado cuando se conecta con equipo HVAC Tañe. Además, Tracer Summit puede ser conectado a otros sistemas de edificios como controles de alarmas contra incendio, entre otras aplicaciones.
Los sistemas anteriormente descritos tienen como característica común monitorear los consumos de servicios y energéticos de la edificación, a través de sensores y medios de comunicación. Algunos de ellos generan recomendaciones de acciones sobre la operación y consumo energético, en base a los datos obtenidos por el sistema.
Comparado con los sistemas existentes, en donde la mayoría se basa sólo en el monitoreo del consumo energético, y en algunos casos se generan recomendaciones en base a un patrón histórico agregado, la presente invención comprende un sistema de monitoreo y gestión de eficiencia energética en edificaciones, automatizado, que evalúa periódicamente alternativas de inversión basadas en simulación energética ajustada mediante optimización inversa de parámetros ambientales y de comportamiento del usuario. La inclusión de las condiciones climáticas y comportamiento de los usuarios de la infraestructura, permiten que el sistema opere en distintos entornos y distintas condiciones de usuarios o en infraestructura orientada a fines distintos, en forma autoadaptativa.
El sistema de monitoreo y gestión de eficiencia energética de la presente invención funciona a través de la adquisición de datos en línea desde sensores ubicados en la alimentación de grupos de consumo (tales como agua para lavatorios, agua para wc, electricidad para iluminación por sectores, corrientes débiles, electricidad para climatización alimentación de combustible, alimentación de aire acondicionado), comunicación a internet y procesamiento mediante metodología que incluye construcción de series, simulación, ajuste automático de parámetros y evaluación económica. Entrega información oportuna de averías, propone soluciones sobre patrones de consumo y planifica inversiones en eficiencia energética, mediante la evaluación económica de dichas inversiones.
Respecto de la principal diferencia entre los sistemas descritos en el arte previoy la presente invención, se puede mencionar que mientras que los sistemas descritos en el arte previo se limitan a monitorear y generar recomendaciones para disminuir el consumo energético, la presente invención propone además evaluación económica automatizada y periódica de alternativas de inversión basadas en simulación energética ajustada mediante optimización inversa de parámetros ambientales y de comportamiento del usuario. Se distinguen dos tipos de alternativas de inversión para el mejoramiento de la eficiencia energética y uso de los servicios: reducción de consumo en general y reducción de consumo de energía para climatización.
Una de las ventajas de la invención propuesta en comparación con los sistemas comerciales IBM, Firstfuel y Tracer Summit son precisamente las evaluaciones económicas de las alternativas de inversión en eficiencia energética mediante la reducción del consumo de energía para climatización. Contar con las recomendaciones producto de las evaluaciones económicas permite agilizar y facilitar la toma de decisiones del administrador de edificios, ya que con los sistemas actuales sólo se logra identificar espacios de reducción del consumo a partir del comportamiento del usuario y valorizar el ahorro obtenido por las mejoras ex-post, sin hacer referencia a la inversión asociada a dicha mejora, y su relación con los flujos futuros producto de los ahorros, es decir, el retorno de la inversión.
De acuerdo a lo anterior, una de las ventajas de la presente invención, es que permite evaluar tanto en términos económicos como técnicos, y de forma automática y certera, la implementación de diversas alternativas de inversión en eficiencia energética, por lo cual, se presenta al administrador una herramienta confiable para la toma de decisiones, prescindiendo así de asesorías externas.
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra un diagrama del sistema de monitoreo energético en edificios general de los componentes de la presente invención.
La Figura 2 muestra un diagrama del dispositivo de medición y adquisición.
La Figura 3 muestra un diagrama del sistema que describe el funcionamiento de la presente invención. DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invención comprende un sistema de monitoreo y gestión de eficiencia energética en edificaciones, automatizado, que evalúa periódicamente alternativas de inversión basadas en simulación energética ajustada mediante optimización inversa de parámetros ambientales y de comportamiento del usuario. El sistema facilita la toma de decisiones de los administradores de infraestructura por cuanto identifica permanentemente las acciones más efectivas para reducir el consumo de los servicios de agua, climatización y electricidad. El procedimiento de optimización de las simulaciones incluyendo las condiciones climáticas y comportamiento de los usuarios, permiten que el sistema opere en distintos entornos y distintas condiciones de usuarios o en infraestructura orientada a fines distintos, en forma autoadaptativa.
El sistema comprende medios de adquisición de datos en línea desde sensores de consumo, medios de comunicación a internet y medios de procesamiento mediante software. El sistema entrega información oportuna de averías, propone soluciones a patrones de consumo y planifica inversiones en eficiencia energética.
El sistema de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificaciones institucionales de la presente invención comprende medios de medición y adquisición de datos en línea desde sensores; medios de Emisión, Recepción y Transferencia de datos; medios de Procesamiento, Almacenaje e Interfaz con el Usuario, donde la interfaz con el usuario (8) comprende tres módulos principales: el módulo de alarmas (15), el de monitoreo (16) y el de opciones de inversión (17).
El sistema de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificaciones institucionales, de la presente invención comprende medios de medición que comprenden dispositivos de medición (2) correspondientes a sensores (S1 , S2, S3, S4, S5, S6 y S7) específicos para el tipo de variable a medir, donde los sensores están unidos mediante cable de par trenzado blindado (STP) a una placa de adquisición de datos (3). Además, sistema de monitoreo y gestión comprende medios de emisión y recepción de datos que comprenden módulos de radio frecuencia tal como módulos Xbee (4) que trabajan en la banda de 2.4 GHz con protocolo de comunicación IEEE 802.15.4 (ZigBee) pertenecientes a las redes PAN (Personal Area Network). Y el sistema de monitoreo y gestión comprende medios de transferencia de datos que transfiere los datos desde los distintos dispositivos de medición (2) de la infraestructura hasta su respectiva estación de trabajo (5), donde los datos son recolectados, ordenados y escritos en un archivo de texto para su posterior entrega a la fase de almacenamiento e interfaz con el usuario (8).
Los medios Procesamiento, Almacenamiento e Interfaz con el usuario comprenden un servidor central (6) que almacena los datos y genera una base de datos (7) consolidada sobre la cual se ejecuta el procesamiento de los datos (software) y se muestra a través de la interfaz con el usuario (8) en el ordenador del administrador de infraestructura.
La presente invención se refiere a un método de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificaciones institucionales que comprende las siguientes etapas:
a) Medición;
b) Emisión, Recepción y Transferencia de datos; c) Procesamiento, Almacenaje e Interfaz con el Usuario donde la interfaz con el usuario comprende tres módulos principales: el módulo de alarmas (15), el de monitoreo (16) y el de opciones de inversión (17).
El funcionamiento de la red de monitoreo y gestión para la eficiencia energética de la presente invención comprende tres etapas: Medición; Emisión, Recepción y Transferencia de datos; Procesamiento, Almacenaje e Interfaz con el Usuario. Las tres etapas pueden implementarse en forma conjunta o separada. La Figura 1 muestra un diagrama de funcionamiento de la red de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificios que comprende tres etapas.
Medición:
Dada la distribución típica de las redes de alimentación hidráulica, eléctrica y de combustible, el diseño del sistema de medición abarca los principales puntos de consumo, es decir, cañerías de alimentación de agua por cada piso y familias de artefactos, medidores de consumo eléctrico correspondientes a iluminación, fuerza y red de computación por edificio (1) o por sectores , además de calderas o bombas de calor dispuestas en la infraestructura. Estos sistemas están compuestos por dispositivos de medición(2) correspondientes a sensores (S1 , S2, S3, S4, S5, S6 y S7) específicos para el tipo de variable a medir. Los sensores están unidos mediante cable de par trenzado blindado (STP) a una placa de adquisición de datos (3) que es una placa electrónica Arduino, utilizada para adquisición de datos (ver Figura 2). Posteriormente la información proveniente de la red se deja disponible para su transferencia de forma inalámbrica medíante módulos Xbee (4) conectados a las diferentes placas de adquisición de datos (3). Un diagrama del dispositivo de medición y adquisición de datos para una planta de un edificio es mostrado en la Figura 2.
Emisión, recepción y transferencia de datos: Para llevar a cabo la emisión y recepción de datos desde cada placa de adquisición de datos (3) hasta cada puerto serie de los computadores dispuestos como estaciones de trabajo (5) ubicados en cada edificio, se utilizan módulos Xbee (4). Los módulos Xbee (4) son módulos de radio frecuencia que trabajan en la banda de 2.4 GHz con protocolo de comunicación IEEE 802.15.4 (ZigBee) pertenecientes a las redes PAN (Personal Area Network). Entre sus ventajas se destaca el bajo consumo energético, la simplicidad de construcción y la posibilidad de utilizar hasta 65000 combinaciones distintas de red, permitiendo crear redes punto a punto y punto a multipunto de gran tamaño.
Una vez transferidos los datos desde los distintos dispositivos de medición (2) de la infraestructura hasta su respectiva estación de trabajo (5), los datos son recolectados, ordenados y escritos en un archivo de texto para su posterior entrega a la fase de almacenamiento e interfaz con el usuario(8).
Otra de las tareas llevadas a cabo en la etapa de procesamiento es el muestreo cíclico de los datos recibidos en la estación de trabajo (5), esto se realiza mediante el control de un Display LCD(9) instalado junto a cada estación de trabajo (5) a través de una placa de adquisición de datos (3) del tipo Arduino.
Procesamiento, Almacenamiento e Interfaz con el usuario:
Durante esta etapa, los datos recibidos desde cada edificio (1) son almacenados en un servidor central (6) el cual consolida y procesa la información del portafolio de edificios del administrador. En el servidor central (6) se genera una base de datos (7) consolidada sobre la cual se ejecuta el procesamiento de los datos (software) y se muestra a través de la interfaz con el usuario (8) en el ordenador del administrador de infraestructura, el cual tiene una visión completa de todo el portafolio bajo su administración.
A través de la interfaz con el usuario (8), el sistema de monitoreo y gestión de la presente invención permite al usuario tener acceso en tiempo real a la información que se relaciona con el edificio (1) o infraestructura monitoreada. El sistema de monitoreo y gestión es capaz de mostrar tanto en forma gráfica como numérica los registros sobre el consumo, señalando datos característicos de las muestras para cada edificio y para la red en general, entre estos datos característicos se tienen: categorización de la infraestructura, fecha y hora en que fueron tomadas las mediciones, variable que fue medida (Luz, Agua o Calefacción), promedio mensual y anual de consumo, costo monetario del consumo, posibles puntos de avería en la infraestructura, determinación de brechas de consumo real y patrón predeterminado, y portafolio de inversiones en eficiencia energética evaluadas económicamente para cada edificio.
La interfaz con el usuario (8) comprende tres módulos principales: el módulo de alarmas (15), el de monitoreo (16) y el de opciones de inversión (17).
El módulo de alarmas (15) se encarga de mostrar y alertar sobre las diferencias entre ios consumos históricos y los actuales, de modo que de acuerdo a desviaciones máximas permitidas establecidas previamente, se generan las alarmas respectivas en caso de superar esas desviaciones indicando el detalle de donde se produce la alarma. El sistema realiza mediciones discretas en intervalos pequeños de tiempo, con lo cual se construyen series acumuladas. Las nuevas mediciones son continuamente contrastadas con los valores acumulados de tal forma de detectar rápidamente anomalías y así permitir acciones correctivas en forma oportuna.
Por su parte el módulo de monitoreo (16) muestra el consumo en tiempo real desde un nivel agregado hasta el máximo detalle posible dependiendo de los intervalos de medición de los sensores (3), de esta forma es posible navegar por las divisiones del edificio según el objetivo deseado. El consumo real acumulado se presenta en contraste con un patrón de consumo predeterminado de acuerdo a la carga de uso de cada recinto o construido en base a las series acumuladas, determinando así brechas donde es posible reducir o ajustar el consumo y entregando continuamente las mayores desviaciones entre el perfil y el patrón. Esto permite al administrador realizar intervenciones en el comportamiento del usuario (perfil de consumo) o implementar domótica de tal manera de lograr reducciones de consumo donde haya potencial o espacio para ello.
Finalmente el módulo de opciones de inversión (17) presenta un resumen con la evaluación económica de las alternativas de inversión en eficiencia energética y del uso de servicios. La presente invención realiza periódicamente evaluaciones energéticas y económicas para detectar espacios de inversión o recomendaciones en eficiencia energética (revestimientos, aislaciones, ventanas, sistemas de climatización, recuperación de aguas grises, etc.) Al instalar el sistema (hardware y software) se realiza un análisis previo de la infraestructura a través de una simulación energética teniendo en consideración las características constructivas actuales de la infraestructura. Las alternativas de mejoramiento son elaboradas de acuerdo a simulaciones, en base a las características actuales de la infraestructura y la inclusión de ciertos conjuntos de mejoras opcionales de menor consumo energético y por lo tanto, de ahorro. Posteriormente se realiza un análisis económico de la implementación de las alternativas y se compara con el escenario base, obteniendo el valor actual neto (VAN), la tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación de la inversión (Payback) producto de la eventual implementación de una de las alternativas propuestas. El flujo de información requerido para que la interfaz con el usuario (8) funcione de manera adecuada comienza con la realización de tres actividades desarrolladas en paralelo: la recolección de los datos desde los sensores (3), el levantamiento de la información de la envolvente (10) del edificio , y la generación de las alternativas (11) predeterminadas inversión en eficiencia energética . Posteriormente dicha información se almacena en una base de datos (7), sobre la cual, en caso de que la alternativa corresponda a una reducción en el consumo de energía para climatización se realiza una simulación energética (12) con parámetros autoajustados,, luego conocido el consumo de energía de la alternativa se realiza la evaluación económica (13) correspondiente. En caso de que la alternativa corresponda a la disminución de otro tipo de consumo (por ejemplo agua o electricidad para luminarias) se realiza el cálculo de ahorro (14) generado y posteriormente la evaluación económica (13) asociada. La presente invención entrega recomendaciones de inversión priorízando en función del impacto (reducción de consumo esperado de la inversión) y del costo de inversión asociado. Las evaluaciones económicas se realizan periódicamente a fin de determinar en qué momento del tiempo conviene realizar la inversión en términos de la rentabilidad de la misma. El resultado de una evaluación económica varía en el tiempo principalmente producto de las variaciones del precio de los insumos necesarios para la inversión, y de los combustibles utilizados. Dicha información se actualiza automáticamente o manualmente por el usuario con una periodicidad predeterminada. La demanda energética estimada se corrige en forma automática con los datos reales recolectados a través del tiempo.
La simulación del consumo energético de una edificación se realiza estimando los siguientes flujos de energía: Pérdidas por transmisión í(#Ir), pérdidas por ventilación íCí¾), ganancia térmica por sol OJ y finalmente la ganancia interna I(Clt). La sumatoria de los flujos mencionados multiplicados por algunos términos constantes entrega el requerimiento de energía anual de la edificación. El procedimiento de cálculo comienza con la estimación del volumen de aire y la superficie útil en base al volumen y a la superficie total del edificio. Posteriormente se procede a estimar las pérdidas por transmisión, las cuales dependen de las componentes de la envolvente del edificio y su orientación. Para cada componente (techo, muros, ventanas, piso y otras) se calcula la transmitancia térmica en base a las propiedades térmicas de los materiales que la componen (hormigón, madera, vidrio simple, etc.) para luego multiplicar por la superficie y un factor de corrección de temperatura según componente obteniendo así la pérdida por transmisión de cada componente. La sumatoria de las pérdidas individuales corresponde a la pérdida total por transmisión del edificio. A continuación se estiman las pérdidas por ventilación, las cuales dependen del volumen de aire que circula por el edificio multiplicado por la cantidad de renovaciones de aire según la utilización del edificio (producción, bodega, centro comercial, etc.) y por un factor constante. Habiendo calculado las pérdidas por transmisión y ventilación, se prosigue con las ganancias producto del sol e interna. La ganancia producto del sol tanto en invierno como en verano depende de la superficie de la envolvente del edificio, del porcentaje de sombreamiento producto de otras edificaciones cercanas, del porcentaje de vidrio presente en las ventanas y del tipo de vidrio, multiplicados por factores constantes de acuerdo a la orientación de la componente de la envolvente, cabe destacar que la ganancia por sol en el invierno se considera para la simulación del consumo de energía para calefacción (<?*) y la ganancia por sol en el verano para el consumo de frío (<?/) . Los términos constantes cambian entre invierno y verano para cada orientación. Finalmente la ganancia interna se calcula según el uso del edificio, en donde existe una ganancia específica para cada uso, la cual se multiplica por la superficie útil del mismo, obteniendo así la ganancia interna total. De modo equivalente se procede a calcular el requerimiento de refrigeración.
La presente invención propone una evaluación económica automatizada y periódica de alternativas de inversión basadas en simulación energética ajustada mediante optimización inversa de parámetros ambientales y de comportamiento del usuario. Para una evaluación económica de las alternativas de invención se distinguen dos tipos de alternativas de inversión relacionadas con mejoramiento de la eficiencia energética y uso de los servicios: reducción de consumo en general y reducción de consumo de energía para climatización.
Una evaluación económica de una alternativa de reducción de consumo general se realiza de manera convencional evaluando el ahorro potencial de la inversión en un número determinado de anualidades en contraste con la inversión.
Una evaluación de una alternativa de reducción de consumo para climatización requiere de una simulación energética donde los ahorros se estiman a partir de la simulación del desempeño del edificio con las mejoras incorporadas y el costo energético actualizadoy donde la inversión se corrige periódicamente en función de la actualización de precios de los materiales y equipamiento. De esta forma se genera un portafolio periódico actualizado de inversiones y alertas en los momentos en que sea conveniente invertir, ya sea porque el consumo alcanzó un nivel crítico o porque el precio de los materiales y equipos ha disminuido.AI momento de evaluar una alternativa de reducción de consumo se genera un reporte con indicadores como valor actual neto, tasa interna de retorno y periodo de retorno de la inversión, que dan cuenta de la rentabilidad de la alternativa de reducción de consumo propuesta.
Para hacer una evaluación económica se debe simular el comportamiento de la edificación, en términos de consumo, con la inversión implementada, y el resultado de esta simulación se compara con el consumo actual real leído por los sensores, de tal forma de obtener el potencial ahorro que genera la inversión. Para simular en forma certera se recurre a un procedimiento de optimización cruzada, en el cual se estima el consumo energético del edificio mediante un modelo de regresión múltiple en función de variables atmosféricas (temperatura, irradiación, velocidad del viento, etc.) y de comportamiento del usuario (renovaciones de aire y ganancias internas), obteniendo así los coeficientes que luego se contrastan con los utilizados por el modelo de simulación basado principalmente en la envolvente y sus características. El modelo de simulación para el consumo energético (Qh) anual de calefacción se establece a través de la siguiente formula:
Qk = fit∑Bfí + j¾iV % - En donde corresponde al factor asociado a las pérdidas por transmisión, & al factor asociado a las pérdidas por ventilación y β» al factor asociado a las ganancias solares en invierno. Los tres factores son característicos del clima y del comportamiento del usuario. #τ corresponde a las pérdidas por transmisión.∑Hn es la sumatoria de las áreas de componentes de la envolvente multiplicadas por sus respectivas transmitancias térmicas y factor de corrección de temperatura según DIN V 4108. ,v es el número de renovaciones de aire y el volumen neto de aire contenido en la edificación.
^¾ es la sumatoria de las áreas vidriadas de cada dirección cardinal multiplicada por sus respectivos factores de corrección del porcentaje de marcos, sombreamientos y coberturas, por el factor de reflexión propio del tipo de vidrio y por la irradiación media de la orientación correspondiente, según DIN V 4108.
Son factores que dependen de la envolvente del edificio, orientación, relación entre aleros y ventanas, y sombras, considerados como variables intrínsecas de cada edificio, ÑÍ corresponde a la ganancia interna específica por metro cuadrado acumulada en el periodo de calefacción (W/m2) y An corresponde al área útil de la edificación en m2.
Estimando las mismas pérdidas pero en función de variables climáticas y de comportamiento, el consumo estimado diario puede escribirse con el modelo: Qh = F db + " 2 + Fjdirectz + β' calefjm + f feriado + a ' tlia vf i
Donde ΤΛίη corresponde a la temperatura promedio diaria del edificio,
ΟΌ a la estimación de las renovaciones de aire, ^J&íT* a la irradiación directa promedio diaria, «'corresponde a la constante del modelo que equivale a las
calefón
ganancias internas acumuladas, off a una variable dícotómica con valor 1 cuando la calefacción se encuentra encendida y 0 en caso contrario, y finalmente feriado también dicotómica con valor 1 si el día de la medición es feriado y 0 en caso contrario.
β , β'* , β'ιι ,βΤΛ, β 's corresponden a los coeficientes del modelo de regresión estimados mediante mínimos cuadrados ordinarios (MCO) y «' . Al usar variables promedio diarias, el modelo representa el consumo diario de energía diario en kWh y cada medición de Q* representa una observación del panel de datos para determinar los factores del modelo. Para obtener el consumo del periodo de calefacción se suman los consumos diarios considerando las variables exógenas promedio de cada día multiplicando por factores determinados.
Con el cálculo de los requerimientos de calefacción acumulados a partir del modelo de regresión se pueden obtener los valores de los coeficientes del modelo de simulación (βι , ι , β%, y <?¿A¡ , respectivamente) al ser igualadas las componentes respectivas: pérdidas por transmisión, pérdidas por ventilación, ganancias solares y ganancias internas.
La primera estimación de N corresponde a un número arbitrario de acuerdo al tipo de uso del edificio. El valor de N se ajusta a través de la minimización del error al comparar la simulación con el modelo de regresión, mientras que las ganancias internas corresponden a la constante del modelo QtAn = a' .
Para el caso del consumo energético de refrigeración, se procede de la misma forma, excepto que las ganancias solares y ganancias internas aumentan el consumo energético. Las expresiones de consumo energético para el modelo simulado K¾/) y para el de regresión ^Ι^ ) son respectivamente las siguientes:
Qf = δΣΗη + δζΝ Vn - i,¾r g{An
■ Qf = *Ί¾α + &2 ¿'s irtcta + ^4~ ñn + atriado + f En donde ¾ corresponde al factor asociado a las pérdidas por transmisión, ¾ al factor asociado a las pérdidas por ventilación, ¾ asociado a las ganancias solares en verano y como término constante y asociado a las ganancias internas en el periodo de refriferación. Luego &t , 'a , S's y y' corresponden a los estimadores de MCO de los coeficientes del modelo de regresión para el consumo de frío.
A través del procedimiento descrito, a partir de las mediciones registradas por el sistema de sensores es posible ajustar los valores de los parámetros utilizados en la simulación con lo cual se puede predecir mejor el efecto que puedan tener inversiones en la edificación tales como protecciones solares, cambio de ventanas, aislación de envolvente, sistemas mecánicos y autocontrolados de renovación de aire, equipos de recuperación de calor.
La presente invención utiliza los ahorros en el consumo de energía calculados al contrastar la situación actual con el pronóstico al considerar las distintas soluciones y el precio de las distintas soluciones de optimización para realizar múltiples evaluaciones económicas a través del método de valor actual neto.
La suma de los requerimientos estimados anteriormente genera el consumo de energía total anual estimado para la edificación, el cual, como se mencionó anteriormente, se contrasta con las mediciones realizadas con el objetivo de ajustar los parámetros de la simulación para así obtener una simulación más certera.
La presente invención comprende una combinación de tecnologías utilizando sensores, Arduino, ZigBee y software de apoyo a la toma de decisiones.
La presente invención pone a disposición del usuario mediante el procesamiento de datos einterfaz con el usuario(8) la visualización de alarmas (15) por consumos anómalos, el monitoreo (16) en tiempo real de los diversos consumos y la determinación de brechas de potencial ahorro energético respecto del patrón predeterminado y el resultado de las evaluaciones económicas (13) presentadas como opciones de inversión (17). En la Figura 3 se presenta un diagrama con el funcionamiento anteriormente descrito.
Comparado con los sistemas existentes, en donde la mayoría se basa sólo en el monitoreo del consumo energético, y en algunos casos se generan recomendaciones en base a un patrón histórico agregado, el sistema de monitoreo y gestión de la presente invención entrega una evaluación económica completa de la implementación de cada una de las opciones de mejora, en términos de su rentabilidad y período de recuperación de la inversión. Evalúa automática y periódicamente alternativas de inversión basadas en simulación energética ajustada mediante optimización inversa de parámetros ambientales y de comportamiento del usuario que permiten que el sistema opere en distintos entornos y distintas condiciones de usuarios o en infraestructura, en forma autoadaptativa. La evaluación económica mencionada se realiza periódicamente, dada la variabilidad de los precios de la energía y de los materiales necesarios para la implementación de las alternativas de mejora. Es por lo anterior, que se genera un monitoreo permanente para determinar en qué momento de tiempo es conveniente en términos económicos realizar la inversión, por lo cual, se presenta como una herramienta confiable para la toma de decisiones desde el punto de vista económico y energético para el administrador de infraestructura.
Dadas las características del diseño del sistema de monitoreo y gestión de la presente invención éste puede aplicarse no solo a edificios, sino que también a cualquier instalación que desee controlar y mejorar las condiciones de operación en términos del consumo de energía y combustibles.
Dentro de los ejemplos de aplicación se tienen:
Aplicación 1: el sistema se implementa en forma completa en un conjunto de edificaciones correspondientes a una organización, ya sean públicos o privados, tales como hospitales, universidades, colegios, clínicas y redes de salud, a cargo de un administrador. Se dota a una edificación con sensores de caudal para medir el consumo de agua en lavatorios, duchas y WC, para medir el consumo de iluminación por sectores de cada edificación, para medir el consumo de corrientes débiles, para medir el consumo de energía para climatización (ya sea combustible o electricidad). Los datos son recogidos por placas de adquisición de datos arduino ubicados en los distintos sectores y luego los datos son transferidos mediante módulos Zigbee a las estaciones de trabajo ubicadas en cada edificio. Desde cada edificio la información es enviada a través de internet al servidor de procesamiento y almacenamiento de información. Desde el servidor es enviada, a través de internet y de la interfaz con el usuario (8), la información para toma de decisiones: la visualización de alarmas (15) por consumos anómalos, el monitoreo (16) para la determinación de brechas de potencial ahorro energético respecto del patrón predeterminado y el resultado de las evaluaciones económicas (13) presentadas como opciones de inversión (17).
Aplicación 2: el sistema se implementa en forma parcial en una o varias edificaciones que cuentan con un sistema de monitoreo ya instalado. Para este caso, se implementa sólo la etapa de Procesamiento, almacenamiento e interfaz con el usuario. Se tiene los datos monitoreados como variables de entrada al sistema, los cuales son procesados mediante los procedimientos descritos para luego mediante la inferfaz con el usuario (8) entregar al usuario la visualización de alarmas (15) por consumos anómalos, el monitoreo (16) para la determinación de brechas de potencial ahorro energético respecto del patrón predeterminado y el resultado de las evaluaciones económicas (13) presentadas como opciones de inversión (17).
Aplicación 3: Fábricas, para controlar y gestionar la energía consumida en distintos departamentos y procesos. De esta forma, para una empresa con diversas instalaciones, se forma un portafolio con la totalidad de las instalaciones a fin de controlar y compararlas entre sí. Se instalan los sensores en cada departamento, proceso, u otra unidad de monitoreo definida por el administrador de acuerdo al grado de independencia de sus circuitos eléctricos, tuberías de suministro de agua, etc., dependiendo de las características de la unidad de monitoreo. Cada unidad pasa a ser un componente más del portafolio del administrador de la fábrica, por lo cual el sistema y método de monitoreo y gestión aplica de manera similar en edificios independientes. Las mediciones de los consumos son registradas para cada unidad a través de los dispositivos de medición (2), posteriormente son procesados en el servidor central (6), almacenados en la base de datos (7) y analizados por el administrador a través de la interfaz con el usuario (8). Cabe destacar que se pueden aplicar aquí las tres etapas del sistema o la etapa tres en el caso que se cuente con sensores para monitoreo.
Aplicación 4: Centros comerciales, conformando el portafolio de control de acuerdo a las tiendas y departamentos existentes. De esta forma se compara y controla entre tiendas y departamentos. Se instalan los sensores en cada tienda de acuerdo al grado de independencia de sus circuitos eléctricos, tuberías de suministro de agua, etc. Cada tienda y áreas comunes del centro comercial pasa a ser un componente más del portafolio del administrador, por lo cual el sistema y método de monitoreo y gestión se aplica de manera similar en caso de edificios independientes. Las mediciones de los consumos son registradas para cada tienda a través de los dispositivos de medición (2), posteriormente son procesadas en el servidor central (6), almacenados en la base de datos (7) y analizados por el administrador a través de la interfaz con el usuario (8). Cabe destacar que se puede aplicar aquí las tres etapas del sistema o la etapa tres en el caso que se cuente con sensores para monitoreo.
De acuerdo a lo anterior, se observa que el sistema de monitoreo y gestión de la presente invención aplica a cualquier edificación o conjunto de edificaciones en donde los consumos de energía se encuentren debidamente sectorizados, haciendo posible el control por unidades o departamentos.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificaciones institucionales, CARACTERIZADO porque comprende medios de medición y adquisición de datos en línea desde sensores; medios de Emisión, Recepción y Transferencia de datos; medios de Procesamiento, Almacenaje e Interfaz con el Usuario, donde la interfaz con el usuario (8) comprende tres módulos principales: el módulo de alarmas (15), el de monitoreo (16) y el de opciones de inversión (17).
2. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de medición comprenden dispositivos de medición (2) correspondientes a sensores (S1 , S2, S3, S4, S5, S6 y S7) específicos para el tipo de variable a medir, donde los sensores están unidos mediante cable de par trenzado blindado (STP) a una placa de adquisición de datos (3).
3. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2, CARACTERIZADO porque los medios de emisión y recepción de datos comprenden módulos de radio frecuencia tal como módulos Xbee (4) que trabajan en la banda de 2.4 GHz con protocolo de comunicación IEEE 802.15.4 (ZigBee) pertenecientes a las redes PAN (Personal Área Network).
4. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 , 2Ó3, CARACTERIZADO porque comprende medios de transferencia de datos que transfiere los datos desde los distintos dispositivos de medición (2) de la infraestructura hasta su respectiva estación de trabajo (5), donde los datos son recolectados, ordenados y escritos en un archivo de texto para su posterior entrega a la fase de almacenamiento e interfaz con el usuario (8).
5. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 , 2, 3 ó 4, CARACTERIZADO porque los medios Procesamiento, Almacenamiento e Interfaz con el usuario comprenden un servidor central (6) que almacena los datos y genera una base de datos (7) consolidada sobre la cual se ejecuta el procesamiento de los datos (software) y se muestra a través de la interfaz con el usuario (8) en el ordenador del administrador de infraestructura.
6. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el módulo de alarmas (15) genera alarmas en caso de superar las desviaciones indicando el detalle de donde se produce la alarma y se encarga de mostrar y alertar sobre las diferencias entre los consumos históricos y los actuales, mediante mediciones discretas en intervalos pequeños de tiempo, que son continuamente contrastadas con los valores acumulados de tal forma de detectar rápidamente anomalías y así permitir acciones correctivas en forma oportuna.
7. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el módulo de monitoreo (16) muestra el consumo en tiempo real desde un nivel agregado hasta el máximo detalle posible dependiendo de los intervalos de medición de los sensores (3), el consumo real acumulado se presenta en contraste con un patrón de consumo predeterminado de acuerdo a la carga de uso de cada recinto, determinando así brechas donde es posible reducir o ajustar el consumo y entregando continuamente las mayores desviaciones entre el perfil y el patrón.
8. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porqueel módulo de opciones de inversión (17) presenta un resumen con la evaluación económica de las alternativas de inversión en eficiencia energética y del uso de servicios y realiza un análisis económico de la implementación de las alternativas y compara con el escenario base, obteniendo el valor actual neto (VAN), la tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación de la inversión (Payback) producto de la eventual implementación de una de las alternativas propuestas.
9. Un método de monitoreo y gestión para la eficiencia energética en edificaciones institucionales, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:
a) Medición;
b) Emisión, Recepción y Transferencia de datos;
c) Procesamiento, Almacenaje e Interfaz con el Usuario donde la interfaz con el usuario comprende tres módulos principales: el módulo de alarmas (15), el de monitoreo (16) y el de opciones de inversión (17).
10. El método de la reivindicación 9 CARACTERIZADO porque la etapa de medición comprende medir mediante dispositivos de medición (2) tal como sensores (S1 , S2, S3, S4, S5, S6 y S7) específicos para el tipo de variable a medir en los principales puntos de consumo, es decir, cañerías de alimentación de agua por cada piso y familias de artefactos, medidores de consumo eléctrico correspondientes a iluminación, calderas o bombas de calor, fuerza y red de computación por edificio (1) o por sectores.
11. El método de la reivindicación 9 ó 10, CARACTERIZADO porque la etapa Emisión, recepción y transferencia de datos comprende la adquisición de datos (3) hasta cada puerto serie de los computadores dispuestos como estaciones de trabajo (5) ubicados en cada edificio, para la adquisición de datos se utilizan módulos Xbee (4) que son módulos de radio frecuencia que trabajan en la banda de 2.4 GHz con protocolo de comunicación IEEE 802.15.4 (ZigBee) pertenecientes a las redes PAN (Personal Area Network). >
12. El método de la reivindicación 9, 10 u 11 , CARACTERIZADO porque comprende la recolección de los datos una vez que los datos son transferidos desde los distintos dispositivos de medición (2) de la infraestructura hasta su respectiva estación de trabajo (5), posteriormente los datos son ordenados y escritos en un archivo de texto para su posterior entrega a la fase de almacenamiento e interfaz con el usuario (8).
13. El método de la reivindicación 9, 10, 11 ó 12, CARACTERIZADO porque la etapa de Procesamiento, comprende el muestreo cíclico de los datos recibidos en la estación de trabajo (5), mediante el control de un Display LCD (9) instalado junto a cada estación de trabajo (5) a través de una placa de adquisición de datos (3) del tipo Arduino; la etapa de Almacenamiento e Interfaz con el usuario comprende almacenar los datos en un servidor central (6) el cual consolida y procesa la información del portafolio de edificios del administrador, y genera una base de datos (7) consolidada sobre la cual se ejecuta el procesamiento de los datos (software) y se muestra a través de la interfaz con el usuario (8) en el ordenador del administrador de infraestructura, el cual tiene una visión completa de todo el portafolio bajo su administración.
14. El método de la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque comprende mostrar y alertar mediante el módulo de alarmas (15), las diferencias entre la medición de los consumos históricos y los actuales, de modo que de acuerdo a desviaciones máximas permitidas establecidas previamente, se generan las alarmas respectivas en caso de superar esas desviaciones indicando el detalle de donde se produce la alarma; las mediciones se realizan en intervalos pequeños de tiempo, con lo cual se construyen series acumuladas, las mediciones son continuamente contrastadas con los valores acumulados de tal forma de detectar rápidamente anomalías y así permitir acciones correctivas en forma oportuna.
15. El método de la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque comprende monitorear el consumo en tiempo real desde un nivel agregado hasta el máximo detalle posible dependiendo de los intervalos de medición de los sensores (3), de esta forma es posible navegar por las divisiones del edificio según el objetivo deseado, contrastar con un patrón de consumo predeterminado de acuerdo a la carga de uso de cada recinto o construido en base a las series acumuladas, determinando así brechas donde es posible reducir o ajustar el consumo y entregando continuamente las mayores desviaciones entre el perfil y el patrón.
16. El método de la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque comprende entregar opciones de inversión (17) mediante evaluaciones energéticas y económicas para detectar espacios de inversión o recomendaciones en eficiencia energética.
17. El método de la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque comprende las recomendaciones de eficiencia energética comprende variables tales como revestimientos, aislaciones, ventanas, sistemas de climatización, recuperación de aguas grises, y realiza un análisis previo de la infraestructura a través de una simulación energética, donde las alternativas de mejoramiento son elaboradas de acuerdo a simulaciones, en base a las características actuales de la infraestructura y la inclusión de ciertos conjuntos de mejoras opcionales de menor consumo energético y por lo tanto, de ahorro.
18. El método de la reivindicación 17, CARACTERIZADO porque comprende realizar posteriormente un análisis económico de la implementación de las alternativas y se compara con el escenario base, obteniendo el valor actual neto (VAN), la tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación de la inversión (Payback) producto de la eventual implementación de una de las alternativas propuestas, donde el flujo de información requerido para que la interfaz con el usuario (8) funcione de manera adecuada comienza con la realización de tres actividades desarrolladas en paralelo: la recolección de los datos desde los sensores (3), el levantamiento de la información de la envolvente (10) del edificio , y la generación de las alternativas (11) predeterminadas inversión en eficiencia energética.
19. El método de la reivindicación 18, CARACTERIZADO porque comprendealmacenar la información en una base de datos (7), sobre la cual, en caso de que la alternativa corresponda a una reducción en el consumo de energía para climatización se realiza una simulación energética (12) con parámetros autoajustados descritos anteriormente, luego conocido el consumo de energía de la alternativa se realiza la evaluación económica (13) correspondiente.
20. El método de la reivindicación 18, CARACTERIZADO porque comprende almacenar la información en una base de datos (7), sobre la cual, en caso de que la alternativa corresponda a la disminución de un tipo de consumo tal como agua o electricidad para luminarias, se realiza el cálculo de ahorro (14) generado y posteriormente la evaluación económica (13) asociada.
21. El método de las reivindicaciones 9 a 20, CARACTERIZADO porque comprende realizar evaluaciones económicas periódicamente a fin de determinar en qué momento del tiempo conviene realizar la inversión en términos de la rentabilidad de la misma, donde el resultado de una evaluación económica varía en el tiempo principalmente producto de las variaciones del precio de los insumos necesarios para la inversión, y de los combustibles y servicios utilizados.
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