La automatización de edificios ( BAS ), también conocida como sistema de gestión de edificios ( BMS ) o sistema de gestión de energía de edificios ( BEMS ), es el control centralizado automático de HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) , electricidad, iluminación , sombreado y control de acceso de un edificio. , sistemas de seguridad y otros sistemas interrelacionados. Algunos objetivos de la automatización de edificios son mejorar la comodidad de los ocupantes, el funcionamiento eficiente de los sistemas del edificio, la reducción del consumo de energía, la reducción de los costos de operación y mantenimiento y el aumento de la seguridad.
La funcionalidad BAS puede mantener el clima de un edificio dentro de un rango específico, proporcionar luz a las habitaciones según la ocupación, monitorear el rendimiento y las fallas de los dispositivos y proporcionar alarmas de mal funcionamiento al personal de mantenimiento del edificio. Un BAS trabaja para reducir los costos de energía y mantenimiento del edificio en comparación con un edificio no controlado. La mayoría de los edificios comerciales, institucionales e industriales construidos después del año 2000 incluyen un BAS, mientras que los edificios más antiguos pueden modernizarse con un nuevo BAS.
Un edificio controlado por un BAS a menudo se denomina edificio inteligente, [1] "edificio inteligente" o (si es una residencia) " hogar inteligente ". Históricamente, los edificios comerciales e industriales se han basado en protocolos sólidos y probados (como BACnet ), mientras que en los hogares se utilizaban protocolos propietarios (como X-10 ).
Casi todos los edificios ecológicos de varios pisos están diseñados para acomodar un BAS con las características de conservación de energía, aire y agua. La respuesta a la demanda de dispositivos eléctricos es una función típica de un BAS, al igual que el control más sofisticado de la ventilación y la humedad que se requiere en los edificios con aislamiento "hermético". La mayoría de los edificios ecológicos también utilizan tantos dispositivos de CC de bajo consumo como sea posible. Incluso un diseño de casa pasiva destinado a no consumir energía neta alguna normalmente requerirá un BAS para gestionar la captura de calor, el sombreado y la ventilación, y programar el uso del dispositivo.
Los sistemas de gestión de edificios se implementan con mayor frecuencia en grandes proyectos con extensos sistemas mecánicos, HVAC y eléctricos. Los sistemas vinculados a un BMS suelen representar el 40 % del uso de energía de un edificio; si se incluye la iluminación, este número se acerca al 70%. Los sistemas BMS son un componente crítico para gestionar la demanda de energía. Se cree que los sistemas BMS mal configurados representan el 20% del uso de energía de los edificios, o aproximadamente el 8% del uso total de energía en los Estados Unidos. [2] [3]
Además de controlar el ambiente interno del edificio, los sistemas BMS a veces están vinculados al control de acceso (torniquetes y puertas de acceso que controlan a quién se le permite el acceso y la salida al edificio) u otros sistemas de seguridad como el circuito cerrado de televisión (CCTV) y los detectores de movimiento. Los sistemas de alarma contra incendios y los ascensores a veces también están vinculados a un BMS para su monitoreo. En caso de que se detecte un incendio, solo el panel de alarma contra incendios podría cerrar las compuertas del sistema de ventilación para detener la propagación del humo, apagar los controladores de aire, encender los ventiladores de evacuación de humo y enviar todos los ascensores a la planta baja y estacionarlos para evitar que las personas entren. utilizarlos.
Los sistemas de gestión de edificios también han incluido mecanismos de respuesta a desastres (como el aislamiento de bases ) para salvar estructuras de terremotos. En tiempos más recientes, empresas y gobiernos han estado trabajando para encontrar soluciones similares para zonas inundables y áreas costeras en riesgo de aumento del nivel del mar . El entorno flotante autoajustable se basa en tecnologías existentes utilizadas para hacer flotar puentes y pistas de hormigón, como la SR 520 de Washington y el Mega-Float de Japón . [4]
Las entradas analógicas se utilizan para leer una medida variable. Algunos ejemplos son sensores de temperatura , humedad y presión que podrían ser termistores , 4–20 mA , 0–10 voltios o termómetro de resistencia de platino (detector de temperatura de resistencia) o sensores inalámbricos .
Una entrada digital indica que un dispositivo está encendido o apagado. Algunos ejemplos de entradas digitales serían un interruptor de contacto de puerta, un interruptor de corriente, un interruptor de flujo de aire o un contacto de relé libre de voltaje (contacto seco). Las entradas digitales también podrían ser entradas de pulsos que cuenten los pulsos durante un período de tiempo. Un ejemplo es un medidor de flujo de turbina que transmite datos de flujo como una frecuencia de pulsos a una entrada.
El monitoreo de carga no intrusivo [5] es un software que se basa en sensores y algoritmos digitales para descubrir electrodomésticos u otras cargas a partir de las características eléctricas o magnéticas del circuito. Sin embargo, detecta el evento por medios analógicos. Su funcionamiento es extremadamente rentable y útil no sólo para la identificación sino también para detectar transitorios de arranque, fallos de línea o de equipo, etc. [6] [7]
Las salidas analógicas controlan la velocidad o la posición de un dispositivo, como un variador de frecuencia , un transductor IP ( corriente a neumática ) o un actuador de válvula o compuerta . Un ejemplo es una válvula de agua caliente que se abre un 25% para mantener un punto de ajuste . Otro ejemplo es un variador de frecuencia que acelera lentamente un motor para evitar un arranque brusco.
Las salidas digitales se utilizan para abrir y cerrar relés e interruptores, así como para controlar una carga mediante comando. Un ejemplo sería encender las luces del estacionamiento cuando una fotocélula indica que afuera está oscuro. Otro ejemplo sería abrir una válvula permitiendo que pasen 24 VCC/CA a través de la salida que alimenta la válvula. Las salidas analógicas también podrían ser salidas de tipo pulso que emitan una frecuencia de pulsos durante un período de tiempo determinado. Un ejemplo es un contador de energía que calcula kWh y emite una frecuencia de impulsos correspondiente.
Los controladores son esencialmente computadoras pequeñas diseñadas específicamente con capacidades de entrada y salida. Estos controladores vienen en una variedad de tamaños y capacidades para controlar dispositivos que se encuentran comúnmente en edificios y para controlar subredes de controladores.
Las entradas permiten que un controlador lea la temperatura, la humedad, la presión, el flujo de corriente, el flujo de aire y otros factores esenciales. Las salidas permiten que el controlador envíe señales de comando y control a dispositivos esclavos y a otras partes del sistema. Las entradas y salidas pueden ser digitales o analógicas. Las salidas digitales a veces también se denominan discretas según el fabricante.
Los controladores utilizados para la automatización de edificios se pueden agrupar en tres categorías: controladores lógicos programables (PLC), controladores de sistema/red y controladores de unidades terminales. Sin embargo, también puede existir un dispositivo adicional para integrar sistemas de terceros (por ejemplo, un sistema de aire acondicionado independiente) en un sistema central de automatización de edificios.
Los controladores de unidades terminales generalmente son adecuados para el control de iluminación y/o dispositivos más simples, como una unidad de techo, una bomba de calor, una caja VAV, un fan coil, etc. El instalador generalmente selecciona una de las personalidades preprogramadas disponibles que mejor se adapta al dispositivo. ser controlado y no tiene que crear una nueva lógica de control.
La ocupación es uno de dos o más modos de funcionamiento de un sistema de automatización de edificios; Otros modos comunes son Desocupado, Calentamiento matutino y Retroceso nocturno.
La ocupación generalmente se basa en horarios del día. En el modo de ocupación, el BAS tiene como objetivo proporcionar un clima confortable y una iluminación adecuada, a menudo con control basado en zonas para que los usuarios de un lado de un edificio tengan un termostato diferente (o un sistema o subsistema diferente) que los usuarios del otro lado. lado.
Un sensor de temperatura en la zona proporciona retroalimentación al controlador, para que pueda suministrar calefacción o refrigeración según sea necesario.
Si está habilitado, el modo de calentamiento matutino (MWU) ocurre antes de la ocupación. Durante el calentamiento matutino, el BAS intenta llevar el edificio al punto de ajuste justo a tiempo para la ocupación. El BAS a menudo tiene en cuenta las condiciones exteriores y la experiencia histórica para optimizar la MWU. Esto también se conoce como inicio optimizado .
Algunos edificios dependen de sensores de ocupación para activar la iluminación o el acondicionamiento climático. Dado el potencial de largos tiempos de espera antes de que un espacio se enfríe o caliente lo suficiente, el acondicionamiento climático no suele ser iniciado directamente por un sensor de ocupación.
La iluminación se puede encender, apagar o atenuar con un sistema de control de iluminación o automatización de edificios según la hora del día, o mediante sensores de ocupación, fotosensores y temporizadores. [8] Un ejemplo típico es encender las luces de un espacio durante media hora desde que se detectó el último movimiento. Una fotocélula colocada en el exterior de un edificio puede detectar la oscuridad y la hora del día, y modular las luces en las oficinas exteriores y en el aparcamiento.
La iluminación también es un buen candidato para la respuesta a la demanda , ya que muchos sistemas de control brindan la capacidad de atenuar (o apagar) las luces para aprovechar los incentivos y ahorros de DR.
En los edificios más nuevos, el control de la iluminación puede basarse en la interfaz de iluminación direccionable digital (DALI) del bus de campo . Las lámparas con balastos DALI son totalmente regulables. DALI también puede detectar fallos de lámparas y balastos en luminarias DALI y señalar fallos.
El sombreado y el acristalamiento son componentes esenciales en el sistema de construcción, afectan el confort visual, acústico y térmico de los ocupantes y les brindan una vista al aire libre. [9] Los sistemas automatizados de sombreado y acristalamiento son soluciones para controlar el aumento de calor solar y el deslumbramiento. [10] Se refiere al uso de tecnología para controlar dispositivos de sombreado externos o internos (como persianas y cortinas) o el propio acristalamiento. El sistema tiene una respuesta activa y rápida a diversos datos exteriores cambiantes (como la energía solar y eólica) y al entorno interior cambiante (como la temperatura, la iluminancia y las demandas de los ocupantes). Los sistemas de sombreado y acristalamiento de los edificios pueden contribuir a la mejora térmica y de iluminación tanto desde el punto de vista de la conservación de energía como del confort.
Los dispositivos de sombreado dinámico permiten el control de la entrada de luz natural y energía solar al entorno construido en relación con las condiciones exteriores, las demandas de iluminación natural y las posiciones solares. [11] Los productos comunes incluyen persianas venecianas , cortinas enrollables , persianas y contraventanas. [12] Se instalan principalmente en el lado interior del sistema de acristalamiento debido al bajo costo de mantenimiento, pero también se pueden usar en el exterior o una combinación de ambos. [13]
La mayoría de los controladores de aire mezclan aire de retorno y exterior, por lo que se necesita menos acondicionamiento de temperatura/humedad. Esto puede ahorrar dinero al utilizar menos agua fría o caliente (no todas las UTA utilizan circuitos de agua fría o caliente). Se necesita algo de aire externo para mantener saludable el aire del edificio. Para optimizar la eficiencia energética y al mismo tiempo mantener una calidad saludable del aire interior (IAQ) , la ventilación controlada por demanda (DCV) ajusta la cantidad de aire exterior en función de los niveles de ocupación medidos.
Se pueden colocar sensores de temperatura analógicos o digitales en el espacio o habitación, en los conductos de aire de retorno y suministro y, a veces, en el aire exterior. Los actuadores se colocan en las válvulas de agua caliente y fría, en las compuertas de aire exterior y de retorno. El ventilador de suministro (y el de retorno, si corresponde) se enciende y se detiene según la hora del día, las temperaturas, las presiones del edificio o una combinación.
Todos los sistemas de automatización de edificios modernos tienen capacidades de alarma. De poco sirve detectar una situación potencialmente peligrosa [14] o costosa si no se notifica a nadie que pueda resolver el problema. La notificación puede realizarse a través de una computadora (correo electrónico o mensaje de texto), buscapersonas , llamada de voz de teléfono celular, alarma audible o todos estos. A efectos de seguros y responsabilidad, todos los sistemas mantienen registros de quién fue notificado, cuándo y cómo.
Las alarmas pueden notificar inmediatamente a alguien o solo notificar cuando las alarmas alcanzan cierto umbral de gravedad o urgencia. En sitios con varios edificios, las fallas eléctricas momentáneas pueden causar cientos o miles de alarmas de equipos que se han apagado; estas deben suprimirse y reconocerse como síntomas de una falla mayor. Algunos sitios están programados para que las alarmas críticas se reenvíen automáticamente en intervalos variables. Por ejemplo, una alarma crítica repetida (de un sistema de alimentación ininterrumpida en 'bypass') podría sonar a los 10 minutos, 30 minutos y, posteriormente, cada 2 a 4 horas hasta que se resuelvan las alarmas.
Los sistemas de seguridad se pueden interconectar con un sistema de automatización de edificios. [14] Si hay sensores de ocupación, también se pueden utilizar como alarmas antirrobo. Debido a que los sistemas de seguridad a menudo son saboteados deliberadamente, al menos algunos detectores o cámaras deben tener batería de respaldo y conectividad inalámbrica y la capacidad de activar alarmas cuando se desconectan. Los sistemas modernos suelen utilizar alimentación a través de Ethernet (que puede operar una cámara con giro, inclinación y zoom y otros dispositivos de hasta 30 a 90 vatios), que es capaz de cargar dichas baterías y mantiene las redes inalámbricas libres para aplicaciones genuinamente inalámbricas, como respaldo. comunicación en corte.
Los paneles de alarma contra incendios y sus sistemas de alarma de humo relacionados suelen estar cableados para anular la automatización del edificio. Por ejemplo: si se activa la alarma de humo, todas las compuertas de aire exterior se cierran para evitar que entre aire al edificio y un sistema de escape puede aislar el incendio. De manera similar, los sistemas de detección de fallas eléctricas pueden apagar circuitos completos, independientemente del número de alarmas que esto active o de personas que aflijan. Los dispositivos de combustión de combustibles fósiles también tienden a tener sus propias anulaciones, como las líneas de alimentación de gas natural que se apagan cuando se detectan caídas lentas de presión (lo que indica una fuga) o cuando se detecta un exceso de metano en el suministro de aire del edificio.
La mayoría de las redes de automatización de edificios constan de un bus primario y secundario que conecta controladores de alto nivel (generalmente especializados para la automatización de edificios, pero pueden ser controladores lógicos programables genéricos ) con controladores de nivel inferior, dispositivos de entrada/salida y una interfaz de usuario (también conocida como un dispositivo de interfaz humana). El protocolo abierto BACnet de ASHRAE o el protocolo abierto LonTalk especifican cómo interoperan la mayoría de estos dispositivos. Los sistemas modernos utilizan SNMP para rastrear eventos, basándose en décadas de historia con protocolos basados en SNMP en el mundo de las redes informáticas.
Históricamente, la conectividad física entre dispositivos se proporcionaba mediante fibra óptica dedicada , ethernet , ARCNET , RS-232 , RS-485 o una red inalámbrica de propósito especial de bajo ancho de banda . Los sistemas modernos se basan en redes heterogéneas multiprotocolo basadas en estándares, como las especificadas en el estándar IEEE 1905.1 y verificadas por la marca de auditoría nVoy. Por lo general, estos se adaptan solo a redes basadas en IP, pero pueden hacer uso de cualquier cableado existente y también integrar redes de línea eléctrica a través de circuitos de CA, alimentación a través de circuitos de CC de baja potencia Ethernet y redes inalámbricas de alto ancho de banda como LTE e IEEE 802.11n e IEEE 802.11. ac y, a menudo, los integran utilizando el estándar abierto de malla inalámbrica Zigbee , específico para edificios .
El hardware propietario domina el mercado de controladores. Cada empresa dispone de controladores para aplicaciones específicas. Algunos están diseñados con controles limitados y sin interoperabilidad, como las unidades de techo simples para HVAC. Por lo general, el software no se integra bien con paquetes de otros proveedores. La cooperación es únicamente a nivel de Zigbee/BACnet/LonTalk.
Los sistemas actuales brindan interoperabilidad a nivel de aplicación, lo que permite a los usuarios mezclar y combinar dispositivos de diferentes fabricantes y brindar integración con otros sistemas de control de edificios compatibles . Por lo general, se basan en SNMP , utilizado durante mucho tiempo con el mismo propósito de integrar diversos dispositivos de redes informáticas en una red coherente.
Con el creciente espectro de capacidades y conexiones al Internet de las cosas , se informó repetidamente que los sistemas de automatización de edificios eran vulnerables, lo que permitía a los piratas informáticos y ciberdelincuentes atacar sus componentes. [15] [16] Los piratas informáticos pueden explotar los edificios para medir o cambiar su entorno: [17] los sensores permiten la vigilancia (por ejemplo, monitorear los movimientos de los empleados o los hábitos de los habitantes), mientras que los actuadores permiten realizar acciones en los edificios (por ejemplo, abrir puertas o ventanas). para intrusos). Varios proveedores y comités comenzaron a mejorar las características de seguridad de sus productos y estándares, incluidos KNX, Zigbee y BACnet (consulte estándares recientes o borradores de estándares). Sin embargo, los investigadores informan de varios problemas abiertos en la seguridad de la automatización de edificios. [18] [19]
El 11 de noviembre de 2019, Gjoko Krstic y Sipke Mellema publicaron un artículo de investigación de seguridad de 132 páginas titulado "Soy dueño de su edificio (sistema de gestión)" que abordaba más de 100 vulnerabilidades que afectaban a varios BMS y soluciones de control de acceso de varios proveedores. [20]
La automatización de ambientes es un subconjunto de la automatización de edificios y con un propósito similar; se trata de la consolidación de uno o más sistemas bajo control centralizado, aunque en este caso en una sola sala.
El ejemplo más común de automatización de salas son las salas de juntas corporativas, salas de presentaciones y salas de conferencias, donde el funcionamiento de una gran cantidad de dispositivos que definen la función de la sala (como equipos de videoconferencia , proyectores de video , sistemas de control de iluminación , sistemas de megafonía , etc.) ) haría muy complejo el manejo manual de la sala. Es común que los sistemas de automatización de salas empleen una pantalla táctil como forma principal de controlar cada operación.
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Medios relacionados con la automatización de edificios en Wikimedia Commons