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Pitch

Instalar válvulas inteligentes en los radiadores de la UPM que regulen el consumo energético en función de la ocupación esperada.


Descripción

En tu idea predomina la iniciativa:

Eficiencia energética


Si tu respuesta a la pregunta anterior ha sido “Otra”, especifica cuál.


¿Quiénes consideras que serían los principales beneficiarios de tu idea?

Comunidad universitaria UPM


Si tu respuesta a la pregunta anterior ha sido “Otros”, especifica quiénes.


¿Tu idea requiere la implicación en el proyecto de una entidad distinta de las que ya participan (UPM, IBERDROLA, IDAE)? En caso afirmativo, especifica cuál.

Se necesitan empresas de equipamiento de hardware libre que provean sensores (inteligentes de radiadores, sensores de ocupación y sensores de temperatura) que puedan conectarse a redes inalámbricas (como el Wifi). El sistema de monitorización y control puede desarrollarlo la UPM.


¿Consideras que tu idea podrá ser implementada y tendrá repercusión? ¿Por qué?

La solución se puede implementar ya que:

  • La tecnología (tanto sensores y sistemas software para gestión de los sensores y los datos que generan) para implementar la idea existe y es madura. 

  • No supone cambios en los hábitos de los asistentes a la universidad ni en la estructura de los edificios o el sistema de calefacción existente.

  • Existen artículos de investigación como “Actual energy savings from the use of thermostatic radiator valves in residential buildings – Long term field evaluation” que han conseguido un ahorro energético entre el 10% y el 20% al instalar válvulas termostáticas y aseguran que este ahorro puede ser mayor si implementa junto con modelos de predicción de ocupación.

La solución puede tener una repercusión notoria  –en cuanto a emisiones de carbono y económicas– ya que según este último punto y soluciones comerciales existentes para hogares (como Netamo) se puede alcanzar más de un 30% de ahorro en calefacción.

A parte, la solución es fácilmente escalable ya que no implica cambios severos en los sistemas de calefacción de las infraestructuras por lo que puede ser implementada en otros edificios públicos como colegios, institutos, ministerios, etc.


Describe tu idea en detalle.

Dado que las universidades tienen un sistema de calefacción central, el objetivo principal es crear un sistema que permita regular de forma autónoma el consumo de los radiadores de las salas de la universidad (como aulas, despachos o bibliotecas) en función de la ocupación (actual y esperada) y temperatura de la mismas. Este sistema también permitiría controlar y monitorizar remotamente los radiadores. El desarrollo de este sistema se basa en dos conceptos actuales Internet of Things y Big Data.

La idea se basa en dos partes: sensores y una arquitectura software para control y gestión de datos de dichos sensores. 

Sensores

El sistema se basa en sensores no invasivos y que no interfieren en las actividades de las personas. Estos sensores serían:

  • Válvulas inteligentes en los radiadores que permitan abrir o cerrar la entrada de agua caliente a los radiadores. Estas válvulas estarán conectadas a una red inalámbrica (por ejemplo Wifi) y serán capaces de enviar información de su estado a la aplicación y de modificar el acceso de agua caliente en base a estimaciones que hace la aplicación.
  • Sensores de ocupación. También conectados a la red. Envían la información de ocupación de la salas a la aplicación.
  • Sensores de temperatura. También conectados a la red. Envían la información de temperatura  de la salas a la aplicación.

El consumo que conlleva desplegar estos sensores se puede reducir haciendo uso de Algoritmos de optimización multiobjetivo (AOM).


Arquitectura

El desarrollo de la arquitectura software se puede basar en la plataforma FIWARE (https://www.fiware.org/). Esta plataforma provee de varias herramientas para el desarrollo de aplicaciones inteligentes en ámbitos como Smart Cities. Entre las herramientas que se usarían para desplegar la arquitectura se encontraría Orion Context Broker que es también uno de los 9 Building blocks de la iniciativa Connecting Europe Facility (https://ec.europa.eu/cefdigital) y permite el manejo de información de contexto (en este caso datos de los sensores).  A parte se usarían otras herramientas de FIWARE en complemento de Orion que permitan mantener un histórico de los datos, dar una capa seguridad o usar Modelos de Control Predictivos en función de la ocupación. Para este último caso, estos algoritmos de predicción se pueden refinar notablemente ya que se puede tener en cuenta otra serie de datos como por ejemplo los horarios de las clases y el calendario escolar.  

Junto a esta arquitectura se puede también desarrollar una aplicación basada en tecnologías web que permita monitorizar y controlar dichos radiadores manualmente.
 


Resume qué acciones sería necesario llevar a cabo para implementar tu idea.

Las tareas a realizar se pueden agrupar en:

1. Análisis preliminar

  • Realizar una auditoría energética del sistema de calefacción del edificio donde se desplegará un piloto.
  • Búsqueda de empresas de suministros de dichos sensores para adquirir una pequeña muestra para implementar un piloto.
  • Analizar en qué escuela es más conveniente desplegar un piloto.

2. Desarrollo y despliegue

  • Instalar sensores en las salas y realizar pruebas de conectividad.
  • Adaptar el código de los sensores a los requerimientos de la arquitectura de software.
  • Desplegar las herramientas software antes mencionadas y realizar pruebas de funcionamiento de dichas herramientas con datos falsos generados por unos “sensores virtuales”.
  • Implementar de algoritmos de ocupación de las salas.
  • Incluir en el sistema otras fuentes de datos proporcionados por la escuela como los horarios de clases.
  • Conectar los sensores desplegados con la arquitectura software.
  • Implementar la aplicación web para monitorizar y controlar los datos.

3. Análisis posterior

  • Realizar pruebas de integración del sistema.
  • Estimación el consumo y realizar una comparación con los datos obtenidos en la auditoría energética.
  • Refinar la arquitectura desplegada en base a métricas recogidas del funcionamiento del sistema y de los algoritmos de ocupación.

4. Extensión de la solución otros edificios de la UPM.
 


¿Podrías cuantificar la reducción de emisiones que aporta tu propuesta?


Si la respuesta anterior es “Sí”, explica cómo y cuánto.

Para el cálculo se tiene en cuenta sólo el consumo de gas de la UPM en los años 2016 y 2017 (10,08 GWh y 12,96 GWh respectivamente). Se estima además que el consumo de gas destinado a la calefacción en la UPM es en torno al 80% del total (el otro 20% sería el gasto de la cocina y del agua caliente de los baños).

Según los datos del artículo antes mencionado “Actual energy savings from the use of thermostatic radiator valves in residential buildings – Long term field evaluation” y de soluciones comerciales para hogares, se podría estimar que la solución ahorraría en torno a un 25%-30% de energía.

Por otro lado, según datos del Ministerio para la Transición Ecológica el gas natural consume 0,202 kgCO2/kWh en 2016 y 0,203 kgCO2/kWh en 2017. Suponiendo que las calderas son de condensación y aprovechan calor de condensación de los humos de la combustión (PCS), se puede estimar que la emisión de CO2 en 2016 y 2017 se habría reducido en:

2016 ? 10.080.000 kWh * 0,25 * 0,202 kgCO2/kWh = 509.040 kgCO2

2017 ? 12.960.000 kWh * 0,25 * 0,203 kgCO2/kWh = 657.720 kgCO2


Añade cualquier información adicional que consideres relevante para tu idea.

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