Edificios inteligentes



Por
Percy Viego Felipe*, Adrian Cambra Díaz**, Rocío Cortiza Sardiñas** y Tanayi Martínez Hernández**

 

Hábitat y energía: una alianza sostenible y local

Los edificios inteligentes surgen a partir de la crisis energética mundial durante la década de los setenta, lo que motivó a los arquitectos e ingenieros a crear formas de edificar inmuebles considerando el control automatizado de sus sistemas, además del ahorro de energía, intención que se desarrolla desde las investigaciones en casa solares desarrolladas en Estados Unidos desde los años treinta y cuarenta. Así, surgieron las primeras edificaciones que emplearon un consumo de energía mínimo para operar, y con el paso del tiempo se les fueron incorporando servicios que optimizaron su funcionalidad.

Actualmente, el concepto de edificio inteligente se ha adaptado a los avances tecnológicos sucesivos, de manera que este concepto se aplica tanto para construcciones de oficinas, como a hospitales, hoteles, bancos, museos, casas, etc. Además, las construcciones inteligentes deberán estar diseñadas para poder incluir, en un futuro, los nuevos avances que se vayan generando.


¿Qué es un edificio inteligente?

Se puede definir a un edificio inteligente como aquel inmueble que desde su diseño incluye la automatización de sus sistemas, además del cuidado del medio ambiente donde se edificará, y permite obtener ahorros de energía en su operación, incentivar las labores diarias con instalaciones adecuadas y funcionales, facilitar su administración y mantenimiento, favorecer la operación y control con programas interrelacionados de todos los sistemas del edificio: hidrosanitarios, eléctricos, telecomunicaciones, seguridad, así como una flexibilidad para adecuaciones e innovaciones futuras. Deben asegurar un mantenimiento eficaz a bajo costo. Asimismo, garantizar una larga vida al inmueble y que sea flexible a las adecuaciones para su ocupación.

Se pueden concentrar los requerimientos del edificio, para denominarlo como edificio inteligente, en cuatro elementos:

• Estructura del edificio. Se refiere a la estructura y diseño arquitectónico, incluyendo los acabados y el mobiliario.
• Los sistemas del edificio. Se consideran todas las instalaciones que integran un edificio, tales como aire acondicionado, calefacción y ventilación, energía eléctrica e iluminación, controladores y cableado, elevadores y escaleras mecánicas, seguridad y control de acceso, seguridad contra incendios y humo, telecomunicaciones, instalaciones hidráulicas, sanitarias y seguridad contra incendios.
• Los servicios del edificio. Se incluyen los servicios o facilidades que ofrecerá el edificio, entre los que se pueden mencionar las comunicaciones de video, voz y datos, automatización de oficinas, salas de reuniones y cómputo compartidas, área de fax y fotocopiado, correo electrónico, seguridad del personal, limpieza, estacionamiento, escritorio de información en el «lobby» o directorio del edificio, facilidad en el cambio de teléfonos y equipos de computación, centro de conferencias y auditorio compartidos, y facilidades para videoconferencias.
• La administración del edificio. Comprende su operación de manera eficaz y eficiente en su mantenimiento, administración de inventarios, reportes de energía, análisis de tendencias, administración y mantenimiento de servicios y sistemas.
La optimización de cada uno de estos elementos y la interrelación o coordinación entre sí, es lo que determinará la inteligencia del edificio, es decir, la interrelación y coordinación automatizada de todos los sistemas.

 

 

Domótica e inmótica

Asociados a las definiciones de edificio inteligente, están los conceptos, más restringidos, de domótica e inmótica.
La domótica —del latín domus (casa) y del término informática— puede definirse como la adopción, integración y aplicación de las nuevas tecnologías informáticas y comunicacionales al hogar. Incluye principalmente el uso de electricidad, equipos y dispositivos eléctricos y electrónicos, sistemas informáticos y diferentes equipos de telecomunicaciones, así como la incorporación de la telefonía móvil e internet.

El sistema domótico también se aplica actualmente a grandes edificios, recintos empresariales e industriales de grandes superficies, hoteles, etc. Pero muchos sostienen que este tipo de vertiente es mejor denominarla como inmótica, es decir, la aplicación de sistemas informáticos y nuevas tecnologías a grandes construcciones.

La inmótica ofrece prácticamente las mismas prestaciones que las de una vivienda, pero de acción más amplia y, por lo tanto, más complejas: sensores de todo tipo, acceso desde cualquier terminal a todo el sistema, acceso remoto, preconfiguraciones de funcionamiento de ciertos dispositivos, alerta de seguridad, gestión y eficiencia de la energía eléctrica.


Grados de inteligencia de un edificio

Los grados de inteligencia de un edificio se determinan en función de la automatización de las instalaciones, y desde el punto de vista tecnológico se clasifican en:

Grado 1. Inteligencia mínima o básica. Existe sistema de automatización de la actividad y de los servicios de telecomunicaciones, aunque no estén integrados.
Grado 2. Inteligencia media. Tiene un sistema de automatización del edificio totalmente integrado, pero sin una integración compleja de las telecomunicaciones.
Grado 3. Inteligencia máxima o total. Los sistemas de automatización del edificio, la actividad y las telecomunicaciones, se encuentran totalmente integrados.

Al grado de inteligencia se ligan los siguientes niveles de los sistemas de control, caracterizados por: independencia, centralización y distribución en red.
El control independiente refleja un grado definido por una inteligencia básica. En este sistema los dispositivos incluyen sus algoritmos y elementos de control, y las acciones que realizan no están ligadas a otro sistema de integración.

El control centralizado permite integrar en un elemento de mando central las señales de los diferentes dispositivos instalados. Estos elementos de mando pueden ser los controladores lógicos programables, o cualquier otro sistema que maneje entradas y salidas, y que puedan comunicarse con una PC, o cualquier aparato que permita visualizar los cambios de estado de los dispositivos.

Este puede ser un sistema de grado 2, donde se tiene una automatización totalmente integrada, o de grado 3 cuando se incorporan las telecomunicaciones.
En este sistema se encuentran algunas limitaciones, como las entradas y salidas máximas, que se pueden manejar con los autómatas programables y el tipo de comunicación. Un problema frecuente, que se soluciona con sistemas modulares, es la cantidad de cables que se deben manejar, puesto que todos los dispositivos deben ser conectados a la unidad central.

Entre las ventajas que presenta la centralización están las comunicaciones de voz, datos y video, facilidad de registro y cambio de lugar de equipos de computación y teléfonos, salas de juntas y de trabajo flexibles, ingresos restringidos, seguridad, limpieza, información, estacionamiento y alimentación ininterrumpida. El sistema maneja variables como administración de inventarios, análisis de tendencias, mantenimiento, etcétera.

Los edificios inteligentes tienen numerosas opciones sobre sus diseños, pero todos deberán garantizar el confort y la seguridad de sus ocupantes mediante la su­pervisión y el control centralizado de sus sistemas, basados en una arquitectura funcional, eficiente, flexible y confiable para optimizar la gestión energética, el ahorro de los recursos, el ciclo de vida y la disposición final.

El control distribuido en red maneja dispositivos independientes que controlan un sistema superior y ejecutan funciones específicas. Utiliza un medio físico para su comunicación (cable conductor o bus).


Sistema de automatización del edificio

El sistema de automatización del edificio se divide en sistema básico, de seguridad y de ahorro de energía.

• El sistema básico de control es el elemento que permite monitorear el estado de las instalaciones: eléctricas, hidrosanitarias, elevadores y escaleras eléctricas, así como suministros de gas y electricidad.
• El sistema de seguridad protege a las personas, los bienes materiales y la información. En la seguridad de las personas se destacan los sistemas de detección de humo y fuego, red de rociadores, extracción automática de humo, señalización de salidas de emergencia y el voceo de emergencia. Para la seguridad de bienes materiales o de información se tiene el circuito cerrado de televisión, la vigilancia perimetral, el control de accesos, el control de rondas de vigilancia, la intercomunicación de emergencia, la seguridad informática, el detector de movimientos sísmicos y el de presencia.
• El sistema de ahorro de energía es el encargado de zonificar la climatización, el intercambio de calor entre zonas, incluyendo el exterior, el uso activo y pasivo de la energía solar y otras fuentes renovables de energía, la identificación del consumo, el control automático y centralizado de la iluminación, el control de horarios para el funcionamiento de equipos, el control de ascensores y programas de emergencia en momentos críticos de la demanda.


Edificios de energía cero y casi cero

Uno de los beneficios más prometedores derivados de los edificios inteligentes y redes inteligentes, es la coordinación y la integración de muchos tipos de recursos energéticos. Los sistemas de fuentes renovables, el almacenamiento de energía, las aplicaciones combinadas de calor y potencia, y las demandas energéticas de las cargas, pueden unirse de una manera muy significativa. El resultado es una gran disminución del consumo de energía y de las huellas de carbono. A medida que los edificios se vuelven más inteligentes, se generan más instancias de edificios de energía neta cero, protagonista clave de la economía de bajo carbono del futuro.

Estos edificios son muy eficientes desde el punto de vista energético y funcionan principalmente con energía generada por una fuente renovable en el mismo sitio. Comúnmente utilizan electricidad de la red en ciertos momentos del año, cuando la energía generada por fuente renovable no es suficiente para satisfacer la demanda. Sin embargo, en otros momentos, la energía generada en el lugar es mayor que la que el edificio necesita. Entonces, el exceso de energía eléctrica se exporta a la red del servicio público. En el mundo existe un número relativamente pequeño de estos edificios, pero esta cantidad va en aumento y se han elaborado (fundamentalmente en los países más desarrollados) políticas, programas, normas y certificaciones para brindar sostén a su adopción más amplia.

Se suele denominar edificio de energía cero o casi nulo, a aquel edificio que sin ser de energía cero, tiene un nivel de eficiencia energética muy alto, en el cual la energía requerida deberá estar cubierta, en muy amplia medida, por aquella procedente de fuentes renovables, incluida la producida in situ o en el entorno.


Edificios verdes

Los edificios verdes pueden ser inteligentes, de estructuras específicamente diseñadas para reducir el impacto negativo en la salud humana y el medio ambiente del entorno construido. Sus objetivos son:

• El uso eficiente de la energía, el agua, la tierra y los materiales.
• Proteger la salud de los ocupantes y mejorar la productividad de los trabajadores.
• Reducir los residuos y la contaminación generada por el edificio.

Los edificios verdes logran un alto rendimiento dentro de todo su ciclo de vida, con la selección del terreno, la construcción, la operación, el mantenimiento, la renovación y la demolición. La construcción verde es, por tanto, una práctica de crear estructuras y utilizar procesos que son medioambientalmente responsables y eficientes en el uso de recursos a través del ciclo de vida de las edificaciones. El ahorro en los costos de mantenimiento y gestión del inmueble debe justificar el costo de la inversión inicial.


Una consideración final

Por las potencialidades que los edificios inteligentes presentan para obtener beneficios económicos, larga vida útil y una importante reducción del impacto ambiental, resultaría conveniente llevar a cabo en Cuba algunos proyectos demostrativos donde se utilicen varias fuentes renovables de energía que permitan evaluar los aspectos asociados a las condiciones económicas, laborales y ambientales de Cuba. La prioridad sería construir edificios sostenibles, e incorporarles tecnologías energéticas amigables con el entorno, además de los sistemas automatizados de control.

* Ingeniero electricista, Doctor en Ciencias Técnicas, Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente, Universidad de Cienfuegos, Cuba.
e-mail: pviego@ucf.edu.cu
** Estudiantes de la Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales,
Universidad de Cienfuegos, Cuba.