WO2012089866A2 - Procedimiento y dispositivo para la monitorización global y control de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la monitorización global y control de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas Download PDF

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Definitions

  • the object of the present invention is a globalized method and device for ⁇ monitoring the energy efficiency of buildings and homes consisting of one or more individual systems consisting of the following elements, which can be powered by one or more batteries or connected to the network electric:
  • One or more measurement acquisition units with one or more temperature sensors, one or more humidity sensors, one or more electromagnetic radiation sensors (from the frequency of X-rays to the long wave of radio, and preferably from a wavelength of 10 nanometers to 1 millimeter), one or more acoustic sensors, clock, satellite geographical positioning system (GPS), analog-digital transducer, digital memory, communication system with another unit that can be cable or wirelessly.
  • This type of unit is intended to be housed outside the building or house, outdoors.
  • This type of unit (internal unit) is destined to the interior of the building or house.
  • 3- A unit of measurement of the electrical power consumed in conditioning (cooling or heating) in the building or house, with digital memory and with communication system with another unit that can be wired or wireless.
  • 4- A unit of measurement of the flow of gas or combustible liquid that is consumed in the building or housing for heating and sanitary hot water, with digital memory and with communication system with another unit that can be wired (wirelessly.
  • a unit for collecting the data obtained by the units described in points (1-a) through (1-d), with memory has one or more channels of communication with the internal and external units, which can be via cable or wireless.
  • said unit may have one or more channels for communication and transmission of data via cable or wirelessly to other units or other systems, be it a storage and processing unit, another individual system, or a central system of data collection and processing.
  • said unit may have one or more communication channels with other collection units.
  • Another object of the present invention is a globalized method and device for monitoring the energy efficiency of buildings and homes as described in the previous object, characterized in that each of the units of the system or systems described can be identifiable by a code that it can be (without restriction) bright, colored, acoustic, alphanumeric, digital, bar, matrix, so that the system processing unit can identify them.
  • the system or systems described can be identifiable by a code that can be (without restriction) bright, colored, acoustic, alphanumeric, digital, bar, matrix.
  • the object of this invention is also a procedure and globalized device for monitoring the energy efficiency of buildings and homes as described in the previous objects, characterized in that the individual system or systems can have a data storage and processing unit, such as it can be (without restriction) a personal computer, which can calculate the differences between the readings of the analog sensors of the internal and external units carried out in analogous time intervals.
  • a data storage and processing unit such as it can be (without restriction) a personal computer, which can calculate the differences between the readings of the analog sensors of the internal and external units carried out in analogous time intervals.
  • a globalized method and device for monitoring the energy efficiency of buildings and homes as described in the previous objects is characterized, characterized in that the system or systems described they constitute individual cells of acquisition of measures that can communicate with each other by cable or wirelessly.
  • a globalized method and device for monitoring the energy efficiency of buildings and homes as described has also been object of the present invention, characterized in that the system or systems described constitute individual cells for acquiring measures that They can communicate with a central cable processing system or wirelessly.
  • each individual system or measuring cell can host a program for
  • a further object of this invention is a globalized method and device for monitoring the energy efficiency of buildings and homes as described in the immediately preceding object, characterized in that all individual measurement cells are communicated with a central processing system of such that said system
  • 1- performs the download or read requirement from each individual unit within time intervals that are distributed regularly over time, such as within a range of several hours each day, but so that the download request can be performed at a random or scheduled time within the daily time interval in which the reading is performed.
  • 2- calculates and represents any relationship, such as but with restriction, the relationship between the differences of the mentioned measures: in claim 4 and the electric and fuel flows * consumed in the building or housing, at the request of any particular user
  • 3 - allows to design and represent spatial or temporal patterns of the collection of the measurements of one or more measurement cells by the user of any individual cell.
  • 4 - allows to create layers of geographic information from the data obtained, on demand of the user of each individual cell.
  • A is the constructed area of the house or building.
  • W * is the total unified power that the house or building consumes in heating at the time of reading - th when the difference in temperature between the interior and the exterior is positive (warm interior).
  • W ⁇ is the total unified power that the house consumes in refrigeration at the instant of reading z ' -th when the temperature difference between the inside the outside is negative (cold inside).
  • ri [and « 2 refer to the initial and final indices of all the readings that resulted in a positive temperature difference over a year, while ri [yn correspond to the negatively readings.
  • ⁇ 7] + is the difference in temperature of the interior minus that of the outside.
  • AT ⁇ is the temperature difference of the outside minus that of the inside.
  • This invention belongs to the fields of environmental engineering, energy engineering, telecommunications, and by extension to economics and anthropology.
  • the variation of solar irradiation is approximately between 1365.3 and 1366.7 W / m 2 with quasi-periodic fluctuations of medium frequency between 10 and 11 years (10.7 years).
  • said consumption in conditioning and lighting associated with said limited human tolerance constitutes the largest global energy sink produced by our species: most of the 200 GJ / year that each person currently consumes (more or less stabilized for about three decades) in developed countries it is invested in conditioning and lighting.
  • Such consumption is as important in public or commercial buildings (public administration, industrial buildings, offices, hospitals, etc.) as in residential buildings or homes, although each sector exhibits a different degree of energy use. It is therefore our responsibility as a self-conscious species to limit our own energy consumption, to avoid the expected impact and catastrophic consequences of an action outside the known natural limits.
  • a primary global objective is to limit the energy consumption related to the habitability of the building, this being also the most inefficient and improvable d ⁇ among all the sectors in which said consumption can be classified.
  • a responsible limitation of world consumption in buildings could reduce the global energy horizon to less than mitac (M. Raman, http://www.di.net/articles/archive/3097 ⁇ -
  • a key driving element towards the aforementioned global objective is the most open, transparent and quantitative information.
  • this informant could be configurable and immediately accessible to the users or responsible for each and every one of the building units on their individual energy efficiency, and can also receive configurable information at local, regional, or global level on the rest of the net.
  • the present invention focuses on a method of providing the referred information. The benefits of such information are analyzed in the following.
  • the device consists of a delocalized system or sensory network and open information, which favors and enhances an objective of reducing consumption in building units or individual homes.
  • This network performs the global surveillance, monitoring or control of energy efficiency and acoustic insulation of buildings and homes by autonomous systems or individual cells located in each building or home, and can be scalable and self-configurable as more cells are added to that network.
  • Each individual cell hereinafter CI
  • CI consists of sensors (temperature, humidity, electromagnetic and acoustic radiation, electric and fuel flow meters) and storage, process and communication units.
  • Said network may transmit the measurements to a data processing center (central system), and the CIs may be owned by each of the users of said network.
  • Said Os may consist of five basic units or elements, as indicated in Figure 1: (1) External unit of measure, (2) unit of internal measurement, and (3 units of measurement of electrical and fuel consumption (gas or liquid), and (4) united * of process and storage, and (5) communication unit.Measurement units send the measurement data to the process unit or system, so that 1 ⁇ CI (via locally installed software) or a central system (server, 6) with the necessary redundancy can monitor the thermal difference between and outside and inside a building or house and find its correlation with energy consumption, as well as store the levels environmental acoustics to which a building or dwelling is subjected, the internal acoustic level, and the differences between the interior and the exterior
  • the server can generate information on local measures , partial, temporary, global, and any type of correlation with demographic, economic, or geophysical variables for the global knowledge of energy efficiency and acoustic insulation of buildings and homes, and their relationship with the environment.
  • the aforementioned network can be decentralized, totally or partially transparent between each and every single cell (point-to-point configuration), and constitute a neural network with autonomous nodes (servers) based on a shared program executable in the individual cell itself or through an internet site in a processing center, where each user of the network can obtain information from their individual cell and access the information of all or a part of the cells of the network other than yours.
  • servers autonomous nodes
  • the user can with a visual stroke not only appreciate the quantitative effect of their actions on the evolution of the energy performance of their building unit (housing or building under their responsibility), but can compare it with their local environment (neighbors or fellow citizens) or global, perform statistics and analysis, and quickly establish savings plans assisted by a system or processing systems (servers).
  • the user can declare the type of conditioning and lighting system used in his home or building, compare it with those of other users, and plan it.
  • the information contained in the network can also be made transparent to any external user who wishes to plan their own home or building without previously having a CI through some procedure that can be but without restricting a prior payment access or access with restricted priority.
  • the same conditioning or lighting system of the house or building can be optimally and automatically configured based on 1; information about your CI and the CIs of your environment.
  • a self-configurable rational design of the conditioning or lighting systems can lead a set of buildings or homes to evolve towards optimized global states: by artificial learning.
  • Figure 1 (1) External unit of measure, (2) unit of internal measurement, and (3) units of measurement of electrical and fuel consumption (gas or liquid), and (4) unit of process and storage, (5 ) communication unit (router), (6) server or central processing unit (data center).
  • communication unit Router
  • server or central processing unit data center
  • Figure 2 Sketch of a graphic representation of the cycle [temperature difference] - [instantaneous power consumed] in a house over a year.
  • an individual cell acquires 24 temporary measurements, at regular intervals of 1 hour, of the set of variables (a) temperature, (b) relative humidity, (c) luminosity (electromagnetic irradiation in the visible spectrum) and ( d) acoustic intensity, of the exterior environment of a dwelling and of a representative point of the interior, by means of the sensors (1) and (2) of figure 1, and sends the encoded data of said measurements to the storage and process unit ( 4, for example a personal computer).
  • the storage and process unit 4, for example a personal computer
  • said cell acquires 72 measures of energy flow consumed in the house at regular intervals of 20 minutes, by means of the unit (3) constituted by an ammeter clamp located in the general electrical connection cable of the house and ultrasonic clamp flowmeters installed in the general gas and / or baseboard connection pipe of the house.
  • the unit * (4) performs the appropriate physical unit conversion, calculates the total power consumed by assigning the average value of three consecutive readings to the measurement time point of the units (1) and (2) closest to the second of the measurements that sends the unit (3) in the interval of one hour, calculates the integral of the power (energy used in one hour, or number of kWh used) using three points, and stores the: values of all the measurements as well as the hour to which they have been made.
  • the outdoor unit (1) makes a measurement of its geographical position by means of a GPS system, and sends the data to the unit (4).
  • the server (6) sends to the unit (4) ⁇ through the router (5) a request to read the measurements once a day at a random time within a set time interval of 100 minutes set by day.
  • the unit (4) downloads to the server (6) an encoded data matrix consisting of 24 values of temperature, relative humidity, luminosity, interior and exterior acoustic intensity to the house, instantaneous power consumed, energy consumed, as well as time and the geographical position of the cell.
  • a user makes a request for information on the evolution of the interior-exterior temperature difference of their home in relation to their energy consumption, over a day, to a predetermined website.
  • the system returns a graph in which abscissa represents the power consumed in W and in ordinates the temperature difference (Figure 2).
  • This graph will have an approximately closed cycle form between the same time of one day and the next, for a certain internal day a week (for example, between a Tuesday and a Wednesday).
  • the user makes an analogous request, but for an interval of one week.
  • the system returns a graph (see Figure 2) in which it observes the difference between the cycles corresponding to working days and the weekend.
  • the user makes another similar request for a time interval of one year.
  • Example 3 thermo coefficients of a house or building.
  • Another user makes a request about the energy efficiency of your home to a predetermined internet site. You are interested in a global number, to compare it with the average of your community. To do this, declare the number N of people who inhabit their home and their constructed area and the system calculates the following coefficients:
  • W ⁇ is the total unified power that the house consumes in refrigeration at the time of reading - th when the temperature difference between the interior and the exterior is negative (cold interior).
  • nyn make reference to the initial and final indices of all the readings that resulted in a positive temperature difference over a year, while ri and n 2 correspond to the readings with negative difference.
  • AT * is the temperature difference of the interior minus that of the outside.
  • AT ⁇ is the temperature difference of the outside minus that of the inside.
  • the 0 + and ⁇ coefficients reflect the degree of energy efficiency of the use of 1 dwelling by its inhabitants.
  • the user can compare his two coefficients with those of his surroundings, and determine quantitatively whether his house is "cold” or “hot” and that 0 + is higher than the average of his environment (and 0 ⁇ lower) or qu ⁇ "is higher than the average of its environment (yy 0 lowest +), respectively these coefficients would be associated with the energy rating of the housing di quantitative and compelling manner and could influence its price.

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Abstract

Se describe un procedimiento para reducir el consumo energético global mediante el uso de un dispositivo deslocalizado o red sensorial y de información abierta, que favorece un objetivo de reducción de consumo en unidades de edificación o viviendas individuales. Dicha red, escalable y auto-configurable, realiza la vigilancia, monitorización o control global de la eficiencia energética y el aislamiento acústico de edificaciones y viviendas mediante sistemas autónomos o células individuales localizadas en cada edificación o vivienda, constituidas por sensores (de temperatura, humedad, radiación electromagnética y acústica, y medidores de flujo eléctrico y de combustible) y unidades de proceso, almacenamiento y comunicación. Dicha red puede transmitir las medidas a un centro de procesamiento de datos (sistema central), y las células individuales pueden ser propiedad de cada uno de los usuarios de dicha red. Como característica adicional de esta invención, la red mencionada puede ser descentralizada y transparente entre todas y cada una de las células individuales (configuración punto-a-punto), y constituir una red neuronal en base a un programa compartido ejecutable en la propia célula individual o a través de un sitio de internet en un centro de procesamiento, donde cada usuario de la red puede obtener información de su célula individual y acceder a la información de todas o una parte de las células de la red distintas de la suya.

Description

Título
Procedimiento y dispositivo para la monítorización global y control de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas
Objeto de la invención
Es objeto de la presente invención un procedimiento y dispositivo globalizado d< monítorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas consistente er uno o más sistemas individuales constituidos por los siguientes elementos, que pueder ser alimentados por una o varias baterías o estar conectados a la red eléctrica:
1- Una o más unidades de adquisición de medidas con uno o más sensores d< temperatura, uno o más sensores de humedad, uno o más sensores de radiaciór electromagnética (desde la frecuencia de los rayos X hasta la onda larga dí radio, y preferentemente desde una longitud de onda de 10 nanómetros hasta 1 milímetro), uno o más sensores acústicos, reloj, sistema de posicionamientc geográfico por satélite (GPS), transductor analógico-digital, memoria digital, sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forme inalámbrica. Este tipo de unidad (unidad externa) se destina a alojarse en el exterior de la edificación o vivienda, a la intemperie.
2- Una o más unidades de adquisición de medidas con uno o más sensores de temperatura, uno o más sensores de humedad, uno o más sensores de radiación electromagnética (desde la frecuencia de los rayos X hasta la onda larga de radio, y preferentemente desde una longitud de onda de 10 nanómetros hasta 1 milímetro), uno o más sensores acústicos, reloj, transductor analógico-digital, memoria digital, y sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forma inalámbrica. Este tipo de unidad (unidad interna) se destina al interior de la edificación o vivienda.
3- Una unidad de medida de la potencia eléctrica consumida en acondicionamiento (refrigeración o calefacción) en la edificación o vivienda, con memoria digital y con sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forma inalámbrica. 4- Una unidad de medida del flujo de gas o líquido combustible que se consume ei la edificación o vivienda para calefacción y agua caliente sanitaria, con memorii digital y con sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable ( de forma inalámbrica.
5- Una unidad de recolección de los datos obtenidos por las unidades descritas er los puntos (1-a) a (1-d), con memoria. Dicha unidad posee uno o más canales dí comunicación con las unidades internas y externas, que puede ser por cable o dí forma inalámbrica. Además, dicha unidad puede poseer uno o más canales de comunicación y transmisión de los datos a través de cable o de forme inalámbrica a otras unidades u otros sistemas, ya sean una unidad de almacenamiento y procesamiento, otro sistema individual, o un sistema central de recolección y procesamiento de datos. También, dicha unidad puede poseer uno o más canales de comunicación con otras unidades de recolección.
Otro objeto de la presente invención es un procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según lo descrito en el objeto anterior, caracterizado por que cada una de las unidades del sistema o sistemas descritos pueden ser identificables por un código que puede ser (sin restricción) luminoso, de color, acústico, alfanumérico, digital, de barras, matricial, de manera que la unidad de procesamiento del sistema pueda identificarlos. Además, el sistema o sistemas descritos pueden ser identificables por un código que puede ser (sin restricción) luminoso, de color, acústico, alfanumérico, digital, de barras, matricial. También es objeto de esta invención un procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según se ha descrito en los objetos anteriores, caracterizado por que el sistema o sistemas individuales pueden poseer una unidad de almacenamiento y procesamiento de datos, como puede ser (sin restricción) un ordenador personal, que puede calcular las diferencias entre las lecturas de los sensores análogos de las unidades internas y externas realizadas en intervalos de tiempo análogos.
Además, es objeto de esta invención un procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según se ha descrito en los objetos anteriores, caracterizado por que el sistema o sistemas descritos constituyen células individuales de adquisición de medidas que pueden comunicara entre sí por cable o de forma inalámbrica.
Independientemente del objeto inmediatamente anterior, también es objeto de k presente invención un procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de k eficiencia energética de edificaciones y viviendas según se ha estado describiendo, caracterizado por que el sistema o sistemas descritos constituyen células individuales de adquisición de medidas que pueden comunicarse con un sistema de procesamiento central por cable o de forma inalámbrica. Además, cada sistema individual o célula de medida puede albergar un programa para
1- procesar tanto los datos propios como los datos de otra u otras células de medida,
2- calcular y representar cualquier relación, como por ejemplo pero sin restricción, la relación entre las diferencias de las medidas mencionadas en la reivindicación 4 y los flujos eléctricos y de combustible consumidos en la edificación o vivienda,
3- diseñar patrones espaciales o temporales de recolección de las medidas de otras células de medida por parte del usuario de dicha célula individual,
4- establecer capas de información geográfica a partir de los datos obtenidos.
Un objeto adicional de esta invención es un procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según se describe en el objeto inmediatamente anterior, caracterizado por que todas las células individuales de medida están comunicadas con un sistema de procesamiento central, de tal manera que dicho sistema
1- realiza el requerimiento de descarga o lectura desde cada unidad individual dentro de intervalos de tiempo que se reparten regularmente a lo largo del tiempo, como por ejemplo dentro de un intervalo de varias horas cada día, pero de manera que la petición de descarga puede efectuarse en un momento aleatorio o programado dentro del intervalo de tiempo diario en el que se realiza la lectura. 2- calcula y representa cualquier relación, como por ejemplo pero sil restricción, la relación entre las diferencias de las medidas mencionada: en la reivindicación 4 y los flujos eléctricos y de combustibl* consumidos en la edificación o vivienda, a petición de cualquier usuark particular
3- permite diseñar y representar patrones espaciales o temporales dí recolección de las medidas de una o más células de medida por parte de usuario de cualquier célula individual.
4- permite crear capas de información geográfica a partir de los datoí obtenidos, bajo demanda del usuario de cada célula individual.
5- establece prioridades entre las peticiones de los usuarios asociadas a k reproducibilidad de los datos enviados por sus células individuales, mayor o menor presencia de fallos de conexión con sus células, o e] grado de acuerdo de las lecturas de una célula individual con los de otras células localizadas en las proximidades geográficas de aquélla.
También se debe considerar objeto de la presente invención un procedimiento de determinación de la eficiencia térmica de una edificación o vivienda utilizando el procedimiento y dispositivo descrito en todos los objetos anteriores, caracterizado por que mediante el cálculo de los siguientes coeficientes, se asocia una calificación a la edificación o vivienda según sus usos:
Figure imgf000006_0001
donde
A es la superficie construida de la vivienda o edificación.
W*es la potencia total unificada que la vivienda o edificación consume en calefacción en el instante de la lectura -ésima cuando la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior resulta positiva (interior caliente). W
5
W~ es la potencia total unificada que la vivienda consume en refrigeración en e instante de la lectura z'-ésima cuando la diferencia de temperatura entre el interior el exterior resulta negativa (interior frío). ri[ y «2 hacen referencia a los índices inicial y final de todas las lecturas qu resultaron en una diferencia de temperatura positiva a lo largo de un año, mientra que ri[ y n corresponden a las lecturas con diferencia negativa.
Δ7]+ es la diferencia de temperatura del interior menos la del exterior.
AT~ es la diferencia de temperatura del exterior menos la del interior.
Antecedentes de la invención
Esta invención pertenece a los campos de la ingeniería medioambiental, de la ingenierú energética, de las telecomunicaciones, y por extensión a la economía y la antropología.
Un horizonte en el que la población mundial llegue a 9x109 individuos, con un consume energético equiparable al que actualmente realizan los países desarrollados (unos 20C GJ/afio por persona) multiplicaría por 4 el consumo global actual de 0.5 ZJ/año (1
21 · ·
ZJ=10 J). Sabiendo que la radiación solar total anual sobre toda la superficie del planeta es de 5493 ZJ/año, este horizonte (2x1021 J/año) representa un 0.0363% del total de la radiación solar que llega al año a la superficie de la Tierra.
La variación de la irradiación solar está aproximadamente entre 1365.3 y 1366.7 W/m2 con fluctuaciones cuasi-periódicas de frecuencia media entre 10 y 11 años (10.7 años).
•y
Esta variación de 1.3 W/m en períodos de unos diez u once años supone aproximadamente un 0.095% en torno a la media. El planeta, y fundamentalmente la biosfera como organismo adaptado evolutivamente, ha mostrado a lo largo de la historia que ha podido ser estudiada una evidente tolerancia o adaptación a esta fluctuación, que representa en media un 0.095%/l 0.7=0.0089% por año.
Puesto que el consumo energético de la especie humana es finalmente disipado en calor e inyectado en el medio ambiente (atmósfera e hidrosfera, fundamentalmente), sea cual sea el origen y naturaleza de las fuentes de energía empleadas, dicha inyección de energía es invertida en un incremento de la evaporación (aumento de la concentraciói de vapor de agua atmosférico) y un calentamiento neto superficial del planeta, que par mantener el equilibrio térmico debe irradiarlo al exterior en forma de onda larg (infrarrojo). El horizonte de los 2 ZJ/afio inyectados por nuestra especie representan ¿ veces más de la variabilidad de la irradiación solar anual, y serían fundamentalment* invertidos en (1) un aumento directo de la temperatura superficial, (2) un incremente neto del vapor de agua atmosférico (principal agente de efecto invernadero), y (3) ui aumento creciente de las emisiones de C02 si siguen empleándose combustibles fósiles con el consiguiente efecto multiplicador del calentamiento debido a la retención dí radiación de onda larga asociado a los factores (2) y (3). Estas cifras indican que el le acción humana, solo desde el punto de vista térmico (2 ZJ/afio frente a la fluctuaciór solar de 5.22 ZJ cada 10 años), va a estar completamente fuera de los límites de las fluctuaciones e impactos naturales conocidos que no hayan resultado catastróficos para el conjunto de la biosfera.
Por otro lado, nuestra especie es la que más recursos naturales consume por individuo. La evolución histórica de la tolerancia humana general a (1) el malestar asociado a los grados de humedad y las diferencias de temperatura entre el individuo (unos 36-37°C) y el ambiente (normalmente entre -5 y 40°C, aunque puede llegar ser entre -30 y 50°C, con humedades relativas entre el 5 y el 95%), y (2) la falta de luz, muestra una tendencia claramente decreciente. En efecto, el consumo energético en el acondicionamiento e iluminación de edificios y viviendas ha ido incrementándose de manera dramática conforme el nivel de vida ha ido progresando en las sociedades desarrolladas.
Actualmente, dicho consumo en acondicionamiento e iluminación asociado a dicha limitada tolerancia humana constituye el mayor sumidero energético mundial que produce nuestra especie: la mayor parte de los 200 GJ/afio que cada persona consume actualmente (de forma más o menos estabilizada desde hace unas tres décadas) en los países desarrollados se invierte en acondicionamiento e iluminación. Dicho consumo es tan importante en edificaciones públicas o comerciales (administración pública, edificios industriales, oficinas, hospitales, etc.) como en edificaciones residenciales o viviendas, aunque cada sector exhibe un grado diferente de aprovechamiento energético. Es por tanto nuestra responsabilidad como especie autoconsciente limitar nuestro propi consumo energético, para evitar el impacto esperable y las consecuencias catastrófica de una acción fuera de los límites naturales conocidos.
Un objetivo global primordial es limitar el consumo energético relacionado con 1¡ habitabilidad de la edificación, siendo éste también el más ineficiente y mejorable d< entre todos los sectores en que puede clasificarse dicho consumo. Una limitaciói responsable del consumo mundial en la edificación podría reducir a menos de la mitac el horizonte energético mundial (M. Raman, http://www.di.net/articles/archive/3097^-
Un elemento motriz primordial hacia el objetivo global antes mencionado es k información lo más abierta, transparente y cuantitativa. Idealmente, dicha informador podría ser configurable y de acceso inmediato para los usuarios o responsables de todas y cada una de las unidades de edificación sobre su rendimiento energético individual, pudiendo recibir también información configurable a nivel local, regional, o global sobre el resto de la red. La presente invención se centra en un procedimiento de suministro de la información referida. Los beneficios de dicha información se analizan en lo que sigue.
Descripción de la invención
Esta invención describe un procedimiento y un dispositivo para reducir el consumo energético global. El dispositivo consiste en un sistema deslocalizado o red sensorial y de información abierta, que favorece y potencia un objetivo de reducción de consumo en unidades de edificación o viviendas individuales. Dicha red realiza la vigilancia, monitorización o control global de la eficiencia energética y el aislamiento acústico de edificaciones y viviendas mediante sistemas autónomos o células individuales localizadas en cada edificación o vivienda, y puede ser escalable y auto-configurable a medida que se añaden más células a dicha red. Cada célula individual (en adelante, CI) está constituida por sensores (de temperatura, humedad, radiación electromagnética y acústica, medidores de flujo eléctrico y de combustible) y unidades de almacenamiento, proceso y comunicación. Dicha red puede transmitir las medidas a un centro de procesamiento de datos (sistema central), y las CIs pueden ser propiedad de cada uno de los usuarios de dicha red. Dichas Os pueden estar constituidos por cinco unidades o elementos básicos, como s indica en la figura 1 : (1) Unidad de medida exterior, (2) unidad de medida interior, y (3 unidades de medida de consumo eléctrico y de combustible (gas o líquido), y (4) unida* de proceso y almacenamiento, y (5) unidad de comunicación. Las unidades de medidi envían los datos de las medidas a la unidad o sistema de proceso, de manera que bien 1¡ CI (mediante software instalado localmente) o bien un sistema central (servidor, 6) coi la redundancia que sea necesaria puede monitorizar la diferencia térmica entre e exterior y el interior de una edificación o vivienda y hallar su correlación con e consumo energético, así como almacenar los niveles acústicos ambientales a los que está sometida una edificación o vivienda, el nivel acústico interno, y las diferencias entre el interior y el exterior. A demanda del usuario de cualquier CI, el servidor puede generar información sobre medidas locales, parciales, temporales, globales, y cualquiei tipo de correlación con variables demográficas, económicas, o geofísicas para el conocimiento global de la eficiencia energética y el aislamiento acústico de edificaciones y viviendas, y su relación con el entorno.
Como característica adicional de esta invención, la red mencionada puede ser descentralizada, total o parcialmente transparente entre todas y cada una de las células individuales (configuración punto-a-punto), y constituir una red neuronal con nodos autónomos (servidores) en base a un programa compartido ejecutable en la propia célula individual o a través de un sitio de internet en un centro de procesamiento, donde cada usuario de la red puede obtener información de su célula individual y acceder a la información de todas o una parte de las células de la red distintas de la suya.
Mediante esta invención, el usuario puede con un golpe visual no sólo apreciar el efecto cuantitativo de sus acciones sobre la evolución del rendimiento energético de su unidad de edificación (vivienda o edificación bajo su responsabilidad), sino que puede compararlo con su entorno local (vecinos o conciudadanos) o global, realizar estadísticas y análisis, y establecer de manera rápida planes de ahorro asistidos por un sistema o sistemas de procesamiento (servidores). El usuario puede declarar el tipo de sistema de acondicionamiento e iluminación que utiliza en su vivienda o edificación, compararlo con los de otros usuarios, y planificarlo. La información contenida en la red puede también hacerse transparente a cualquier usuario externo que desee planificar su propia vivienda o edificación sin que posea previamente una CI mediante algún procedimiento que puede ser pero sin restringirse a un acceso previo pago o un acces con prioridad restringida.
Más aún, el mismo sistema de acondicionamiento o iluminación de la vivienda o e edificio puede configurarse óptimamente y de manera automática en base a 1; información de su CI y de las CIs de su entorno. De esta forma, un diseño raciona autoconfigurable de los sistemas de acondicionamiento o iluminación puede llevar ui conjunto de edificaciones o viviendas a evolucionar hacia estados globales optimizado: por aprendizaje artificial.
Descripción de las figuras
Figura 1: (1) Unidad de medida exterior, (2) unidad de medida interior, y (3) unidades de medida de consumo eléctrico y de combustible (gas o líquido), y (4) unidad de proceso y almacenamiento, (5) unidad de comunicación (router), (6) servidor o unidad central de procesamiento (centro de datos).
Figura 2: Boceto de una representación gráfica del ciclo [diferencia de temperatura] - [potencia instantánea consumida] en una vivienda a lo largo de un año.
Modo de realización de la invención
Ejemplos:
Ejemplo 1 (adquisición de medidas).
En un primer ejemplo, una celda individual adquiere diariamente 24 medidas temporales, a intervalos regulares de 1 hora, del conjunto de variables (a) temperatura, (b) humedad relativa, (c) luminosidad (irradiación electromagnética en el espectro visible) y (d) intensidad acústica, del entorno exterior de una vivienda y de un punto representativo del interior, mediante los sensores (1) y (2) de la figura 1, y envía los datos codificados de dichas medidas a la unidad de almacenamiento y proceso (4, por ejemplo un ordenador personal). Simultáneamente, dicha celda adquiere 72 medidas de flujo energético consumido en la vivienda a intervalos regulares de 20 minutos, mediante la unidad (3) constituida por una pinza amperimétrica localizada en el cable de acometida eléctrica general de la vivienda y unos caudalímetros ultrasónicos de pinza instalados en el tubo de acometida general de gas y/o de ftiel de la vivienda. La unida* (4) realiza la conversión de unidades físicas adecuada, calcula la potencia tota consumida asignando el valor promedio de tres lecturas consecutivas al punto témpora de medida de las unidades (1) y (2) más cercano a la segunda de las medidas que envú la unidad (3) en el intervalo de una hora, calcula la integral de la potencia (energíi empleada en una hora, o número de kWh empleados) usando tres puntos, y almacena lo: valores de todas las medidas así como la hora a la que se han realizado. Una vez al día la unidad exterior (1) realiza una medición de su posición geográfica mediante si sistema GPS, y envía los datos a la unidad (4). El servidor (6) envía a la unidad (4) Í través del router (5) una petición de lectura de las medidas una vez al día en ur momento aleatorio dentro de un intervalo de tiempo de 100 minutos establecido c prefijado en el día. La unidad (4) descarga en el servidor (6) una matriz de datos codificada consistente en 24 valores de temperatura, humedad relativa, luminosidad £ intensidad acústica interior y exterior a la vivienda, potencia instantánea consumida, energía consumida, así como la hora y la posición geográfica de la celda.
Ejemplo 2 (petición de información).
En un cierto instante, un usuario realiza una petición de información sobre la evolución de la diferencia de temperatura interior-exterior de su vivienda en relación con su consumo energético, a lo largo de un día, a un sitio de internet predeterminado. El sistema le devuelve una gráfica en la que en abscisas se representa la potencia consumida en W y en ordenadas la diferencia de temperatura (Figura 2). Dicha gráfica tendrá una forma de ciclo aproximadamente cerrado entre la misma hora de un día y el siguiente, para un cierto día interior a la semana (por ejemplo, entre un martes y un miércoles). Después, el usuario realiza una petición análoga, pero para un intervalo de una semana. El sistema le devuelve una gráfica (ver Figura 2) en la que observa la diferencia entre los ciclos correspondientes a días laborables y al fin de semana. En otro momento, el usuario hace otra petición análoga para un intervalo de tiempo de un año. Ahora observa como los ciclos diarios y semanales van desplazándose por regiones diferentes del plano, estableciendo finalmente un ciclo anual aproximadamente cerrado. El usuario se interesa ahora por comparar el ciclo diario de su vivienda con la de otros vecinos de su entorno; envía la petición al sistema estableciendo un círculo de un cierto radio elegido por él (el sistema se hace más lento cuanto mayor es dicho radio), en el entorno de su posición geográfica en un mapa representado en una ventana del sitio d internet. El sistema le devuelve una representación en la que se refleja el promedi estadístico de los ciclos de todas las celdas individuales contenidas dentro del circuí trazado por el usuario, mediante intensidades de un cierto color correspondientes ¡ frecuencias estadística determinadas, y su propio ciclo superpuesto sobre dich¡ representación. Así, observa la desviación de su ciclo respecto a la media de su entorno.
Ejemplo 3 (coeficientes térmicos de una vivienda o edificación).
Otro usuario realiza una petición sobre la eficiencia energética de su vivienda a un sitie de internet predeterminado. Está interesado en un número global, para compararlo cor la media de su comunidad. Para ello, declara el número N de personas que habitan si vivienda y su superficie construida y el sistema calcula los siguientes coeficientes:
1 W+ 1 '=¾ w-
Θ+ = -^ Σ -^-, ©- =— Σ ^- Ν - Α ^ΐ ΑΤ; Ν - Α ^ Τ' donde es la potencia total unificada que la vivienda consume en calefacción en el instante de la lectura i-ésima cuando la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior resulta positiva (interior caliente).
W~ es la potencia total unificada que la vivienda consume en refrigeración en el instante de la lectura -ésima cuando la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior resulta negativa (interior frío). n y n hacen referencia a los índices inicial y final de todas las lecturas que resultaron en una diferencia de temperatura positiva a lo largo de un año, mientras que ri y n2 corresponden a las lecturas con diferencia negativa.
AT* es la diferencia de temperatura del interior menos la del exterior.
AT~ es la diferencia de temperatura del exterior menos la del interior. Los coeficientes 0+y © reflejan el grado de eficiencia energética del uso de 1 vivienda por parte de sus habitantes. El usuario puede comparar sus dos coeficientes co los de su entorno, y determinar cuantitativamente si su vivienda es "fría" o "caliente" e función de que 0+ sea más alto que el promedio de su entorno (y 0~más bajo) o qu ©" sea más alto que el promedio de su entorno (y y 0+más bajo), respectivamente Dichos coeficientes estarían asociados a la calificación energética de la vivienda di forma cuantitativa e irrefutable y podrían influir en su precio. De esta forma, el usuari< podría exigir por contrato unos coeficientes Ω+ = Ν·Θ+ y Ω- = N-Θ" máximos a la hor; de la adquisición de una vivienda en función de su precio.

Claims

Reivindicaciones
1- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas consistente en uno o más sistemas individuales constituidos por los siguientes elementos, que pueden ser alimentados por una o varias baterías o estar conectados a la red eléctrica: a. Una o más unidades de adquisición de medidas con uno o más sensores de temperatura, uno o más sensores de humedad, uno o más sensores de radiación electromagnética (desde la frecuencia de los rayos X hasta la onda larga de radio, y preferentemente desde una longitud de onda de 10 nanómetros hasta 1 milímetro), uno o más sensores acústicos, reloj, sistema de posicionamiento geográfico por satélite (GPS), transductor analógico-digital, memoria digital, sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forma inalámbrica. Este tipo de unidad (unidad externa) se destina a alojarse en el exterior de la edificación o vivienda, a la intemperie. b. Una o más unidades de adquisición de medidas con uno o más sensores de temperatura, uno o más sensores de humedad, uno o más sensores de radiación electromagnética (desde la frecuencia de los rayos X hasta la onda larga de radio, y preferentemente desde una longitud de onda de 10 nanómetros hasta 1 milímetro), uno o más sensores acústicos, reloj, transductor analógico-digital, memoria digital, y sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forma inalámbrica. Este tipo de unidad (unidad interna) se destina al interior de la edificación o vivienda. c. Una unidad de medida de la potencia eléctrica consumida en acondicionamiento (refrigeración o calefacción) en la edificación o vivienda, con memoria digital y con sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forma inalámbrica. d. Una unidad de medida del flujo de gas o líquido combustible que se consume en la edificación o vivienda para calefacción y agua caliente 2/089866
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sanitaria, con memoria digital y con sistema de comunicación con otra unidad que puede ser por cable o de forma inalámbrica. e. Una unidad de recolección de los datos obtenidos por las unidades
descritas en los puntos (1-a) a (1-d), con memoria. Dicha unidad posee uno o más canales de comunicación con las unidades internas y externas que puede ser por cable o de forma inalámbrica. Además, dicha unidad puede poseer uno o más canales de comunicación y transmisión de los datos a través de cable o de forma inalámbrica a otras unidades u otros sistemas, ya sean una unidad de almacenamiento y procesamiento, otro sistema individual, o un sistema central de recolección y procesamiento de datos. También, dicha unidad puede poseer uno o más canales de comunicación con otras unidades de recolección.
2- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según la reivindicación 1, caracterizado por que cada una de las unidades del sistema o sistemas descritos pueden ser identificables por un código que puede ser (sin restricción) luminoso, de color, acústico, alfanumérico, digital, de barras, matricial.
3- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el sistema o sistemas descritos pueden ser identificables por un código que puede ser (sin restricción) luminoso, de color, acústico, alfanumérico, digital, de barras, matricial.
4- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según las reivindicaciones 1 , 2 y 3 caracterizado por que el sistema o sistemas individuales pueden poseer una unidad de almacenamiento y procesamiento de datos, como puede ser (sin restricción) un ordenador personal, que puede calcular las diferencias entre las lecturas de los sensores análogos de las unidades internas y externas realizadas en intervalos de tiempo análogos. 2012/089866
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5- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado por que el sistema o sistemas descritos constituyen células individuales de adquisición de medidas que pueden comunicarse entre sí por cable o de forma inalámbrica.
6- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado por que el sistema o sistemas descritos constituyen células individuales de adquisición de medidas que pueden comunicarse con un sistema de procesamiento central por cable o de forma inalámbrica.
7- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 5 caracterizado por que cada sistema individual o célula de medida puede albergar un programa para a. procesar tanto los datos propios como los datos de otra u otras células de medida, b. calcular y representar cualquier relación, como por ejemplo pero sin restricción, la relación entre las diferencias de las medidas mencionadas en la reivindicación 4 y los flujos eléctricos y de combustible consumidos en la edificación o vivienda, c. diseñar patrones espaciales o temporales de recolección de las medidas de otras células de medida por parte del usuario de dicha célula individual, d. establecer capas de información geográfica a partir de los datos obtenidos.
8- Procedimiento y dispositivo globalizado de monitorización de la eficiencia energética de edificaciones y viviendas según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 6 caracterizado por que todas las células individuales de medida están 2/089866
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comunicadas con un sistema de procesamiento central, de tal manera que dicho sistema a. realiza el requerimiento de descarga o lectura desde cada unidad
individual dentro de intervalos de tiempo que se reparten regularmente Í lo largo del tiempo, como por ejemplo dentro de un intervalo de varias horas cada día, pero de manera que la petición de descarga puede efectuarse en un momento aleatorio o programado dentro del intervalo d< tiempo diario en el que se realiza la lectura. b. calcula y representa cualquier relación, como por ejemplo pero sin
restricción, la relación entre las diferencias de las medidas mencionadas en la reivindicación 4 y los flujos eléctricos y de combustible consumidos en la edificación o vivienda, a petición de cualquier usuario particular c. permite diseñar y representar patrones espaciales o temporales de
recolección de las medidas de una o más células de medida por parte del usuario de cualquier célula individual. d. permite crear capas de información geográfica a partir de los datos
obtenidos, bajo demanda del usuario de cada célula individual. e. establece prioridades entre las peticiones de los usuarios asociadas a la reproducibilidad de los datos enviados por sus células individuales, la mayor o menor presencia de fallos de conexión con sus células, o el grado de acuerdo de las lecturas de una célula individual con los de otras células localizadas en las proximidades geográficas de aquélla.
9- Procedimiento de determinación de la eficiencia térmica de una edificación o vivienda utilizando el procedimiento y dispositivo descrito en las
reivindicaciones 1 a 8 caracterizado por que mediante el cálculo de los siguientes coeficientes, se asocia una calificación a la edificación o vivienda según sus usos: A es la superficie construida de la vivienda o edificación.
W¡ + es la potencia total unificada que la vivienda o edificación consume ei calefacción en el mstante de la lectura i-ésima cuando la diferencia de temperaturi entre el interior y el exterior resulta positiva (interior caliente).
W~ es la potencia total unificada que la vivienda consume en refrigeración en e instante de la lectura /-ésima cuando la diferencia de temperatura entre el interior j el exterior resulta negativa (interior frío). n y «2 hacen referencia a los índices inicial y final de todas las lecturas que resultaron en una diferencia de temperatura positiva a lo largo de un año, mientras que «i~ y η τ corresponden a las lecturas con diferencia negativa.
Δ + es la diferencia de temperatura del interior menos la del exterior.
AT¡ es la diferencia de temperatura del exterior menos la del interior.
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