El control de la calidad del aire en los espacios interiores y reducir el consumo energético son dos de los objetivos que persigue la Universidad de Zaragoza a través de su proyecto sensoriZAR. Esta iniciativa integral de señalética inteligente utiliza las últimas tecnologías inalámbricas, capaces de gestionar automáticamente toda la información alrededor de cada señal: temperatura, humedad, presencia, localización, etc.
Con una inversión de 2,2 millones de euros, financiados por el programa UniDigital, la Universidad de Zaragoza ha presentado los resultados del proyecto, el cual comenzó en 2020 y aún sigue activo.
La solución digital sensoriZAR está implementada en los edificios del Campus Río Ebro de la Universidad de Zaragoza, para llevar a cabo una gestión inteligente y monitorización en tiempo real de las condiciones energéticas de los edificios. Asimismo, esta solución proporciona un completo ecosistema de servicios derivados, como conocer la ocupación de aulas, reserva de salas, aforos, proponer el camino más rápido para encontrar un laboratorio, interactuar con los horarios de tutorías de los profesores o ajustar de forma dinámica la climatización para aumentar el ahorro energético, entre otras acciones.
El ecosistema de sensoriZAR se basa en soluciones coste-efectivas y de ultrabajo consumo, enfocadas a la toma de decisiones basadas en datos construidas sobre IoT, software y hardware libre, datos abiertos y open science, que se dividen en tres capas: medición, análisis, y decisión y actuación.
El proyecto se centra en obtener la eficiencia energética en los edificios de la universidad. Para conseguirlo, se debe conocer cómo se comporta un edificio cuando se usa, en función del medioambiente en el que se sitúa, su configuración arquitectónica y los sistemas técnicos de climatización y de producción de energía de los que dispone.
Despliegue de la solución sensoriZAR
Los investigadores de la Universidad de Zaragoza han desplegado en más de 60 espacios del Campus Río Ebro más de 90 sensores inalámbricos geolocalizados, que se encargan de monitorizar la temperatura, los niveles de CO2, la calidad del aire y la humedad relativa. Asimismo, se han incluido energías renovables en tres instalaciones con más de 65 paneles solares.
Por otro lado, el sistema dispone de otros elementos como una plataforma MQTT bróker, para integrar todos los datos recopilados por los sensores. Esta plataforma utiliza diferentes protocolos de comunicación, destacando LoRaWAN, que ofrece una baja potencia y un largo alcance, geolocalización, actualizaciones del firmware por aire (Fuota), roaming y seguridad, entre otras características técnicas.
El ecosistema sensoriZAR también incorpora sistemas de procesamiento de datos para homogeneizar y almacenar la información, permitiendo su análisis y presentarla de forma visual, para la monitorización a nivel usuario, con las interfaces Thisborar y Grafana.
En esta prueba piloto, se ha recurrido a la inteligencia artificial, gemelos digitales y big data para obtener datos en tiempo real que se publican en la página oficial de sensoriZAR. De esta forma, se puede actuar y recomendar medidas para mejorar la calidad del aire en interiores, ser más eficientes en ahorro energético, al tiempo que se convierte en una factoría de aprendizaje.
Primeros resultados del proyecto
La Universidad de Zaragoza presentó los primeros resultados del proyecto sensoriZAR. Según los datos presentados, la metodología propuesta desde sensoriZAR permitiría un ahorro de energía de entre el 60% y el 70%, comparado con espacios que ventilan por ventana porque no tienen ventilación mecánica con recuperación de calor.
Los responsables del proyecto proponen incrementar, en el futuro, esos ahorros mediante la demanda controlada de ventilación en espacios de alta ocupación, pero con gran intermitencia, utilizando los niveles de CO2, cuyas mediciones han mostrado que solo entre un 2% y un 8% de los horarios de clase se alcanzaron niveles de concentración de CO2 por encima de 800 ppm. Por otro lado, analizar los aforos y la ocupación de los espacios permite establecer aforos correctos sin sobrepasar los valores que se consideran saludables.
Gracias al proyecto, el consumo energético de los edificios se sitúa, actualmente, en el 40% de la energía consumida y sobre el que existe el compromiso de bajarlo al 30% antes de 2030. En los espacios analizados, solo un 3% del tiempo hay temperaturas inferiores a los 17ºC y por encima de 21ºC se sitúan entre el 15% y el 30% de las horas en que los edificios están en horario de apertura.
Esto implica un importante potencial de mejora y de ahorro de energía ya que, tras las mediciones y análisis realizados, la temperatura recomendable sería entre 17ºC y 21ºC en invierno y entre 26ºC y 27ºC en verano o entre 21ºC y 26ºC si no implica consumo de energía.
Las medidas en el Campus Río Ebro han demostrado que el consumo eléctrico medio en verano es de 2,15 MWh/día sin climatización y de 3,8 MWh/día con climatización. Este ahorro diario de 1,65 MWh supondría un importante ahorro total, de hasta un 17%, que podría aplicarse, por ejemplo, en los periodos no lectivos de verano.
Implementación en edificios existentes y nuevos
La solución de la Universidad de Zaragoza es un ecosistema IoT transversal, capaz de analizar en detalle los problemas y necesidades de cada edificio, empresa u organización, mediante la aplicación de la investigación e innovación industrial en el campo de los edificios inteligentes y eficiencia energética. La solución de este proyecto puede aplicarse tanto en edificaciones existentes como en nuevas.
En el caso de los edificios existentes, esta solución sigue tres pilares: sensorizar el edificio a fin de conocer realmente cómo se comporta, conectar todas las fuentes de datos en una plataforma única interoperable y generar un gemelo digital. Gracias al gemelo digital, se puede conocer el consumo instantáneo real del edificio, visualizar los consumos para tomar decisiones basadas en datos reales y tener la capacidad de predecir cómo va a actuar el edificio y optimizar su respuesta.
En el caso de los edificios nuevos, es posible realizar este mismo modelo digital para simularlo y así poder elegir la mejor combinación e interconexión de tres sistemas: configuración arquitectónica, con la inclusión de elementos pasivos; sistemas de climatización eficientes y neutros, y sistemas de producción de energía renovable.
El análisis big data, que se realiza en el proyecto sensoriZAR, ya se está traduciendo en una metodología basada en redes neuronales con las que caracterizar patrones de comportamiento sobre los que modelar los gemelos digitales para ofrecer todo tipo de servicios, determinar aforos dinámicos basados en CO2 y temperatura o predecir las condiciones ambientales en interiores en los próximos minutos.