Garantiza el confort y la salud de los ocupantes, contribuye a la sostenibilidad y reduce el consumo energético y costes operativos

A los desafíos inherentes al diseño y ejecución de las instalaciones HVAC se suman factores externos que complican aún más su gestión óptima. Entre los principales retos se encuentran:

1. Normativas cada vez más restrictivas: En Europa, el sector de la edificación consume cerca del 40% de la energía total y es responsable de aproximadamente el 36% de las emisiones de CO2. La Directiva de Eficiencia Energética en Edificios (EPBD) y el Código Técnico de la Edificación (CTE) en España exigen infraestructuras más eficientes, fomentando edificios de consumo de energía casi nulo (nZEB) y renovaciones para reducir el impacto ambiental.

En concreto, en la normativa EPDB se da importancia no sólo a la necesidad de disponer de un sistema BMS (Building Management System) para la gestión de las instalaciones, sino sobre la necesidad de hacer un seguimiento en la explotación de las mismas.

Por su parte, el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) prescribe no sólo la obligación de realizar una inspección inicial de las instalaciones para su puesta en marcha, sino también en la Instrucción Técnica 4 se indican las inspecciones periódicas a realizar por el titular de la instalación para verificar la eficiencia energética de la instalación térmica.

2. Falta de continuidad entre diseño, ejecución y explotación de las instalaciones: No siempre se involucra a la ingeniería que diseña las instalaciones en la dirección de su ejecución, y rara vez en su explotación para asegurar que no se hace un uso inadecuado de las mismas. Todo esto hace que se reduzca la eficiencia energética y también la vida útil de las instalaciones.

3. Falta de personal de mantenimiento cualificado: A menudo el personal de mantenimiento no dispone de la cualificación técnica necesaria para la explotación de las instalaciones HVAC, y tampoco suele estar debidamente formado en el uso del sistema de control.

Del BMS al Smart Building

Los sistemas BMS han sido históricamente el pilar central en la gestión de las instalaciones. Su función principal es centralizar el control de sistemas como HVAC e iluminación. Sin embargo, a menudo funcionan de forma aislada y no permiten una integración completa entre subsistemas.

El desarrollo de nuevas tecnologías (por ejemplo, sensores IoT, REST API, MQTT) ha posibilitado el desarrollo de plataformas Smart Building en las que no sólo se gestionen las instalaciones de HVAC en un silo aislado del resto del edificio, sino que se integren otra información relevante del mismo en una única plataforma (p.ej. sensores de calidad del aire interior inalámbricos con comunicación LoraWan, ocupación, sistema de control y accesos, megafonía, etc.).

De las herramientas de simulación energética al gemelo digital

Con las innovaciones tecnológicas se pueden realizar gemelos digitales del edificio que no sólo sirvan para el diseño inicial de las instalaciones, sino que también faciliten la explotación de las mismas.

Existen distintas herramientas para la simulación energética de los edificios, las más conocidas son: HULC, HAP, Design Builder y CYPE, las dos últimas herramientas utilizan el software Energy Plus como motor de cálculo de la simulación.

Desde la Asociación Española de Ingenierías e Ingenieros Consultores de Instalaciones (AEDICI) se hizo un estudio comparativo con tres de estas herramientas cuyos resultados se recogieron en un documento editado en la página de la Asociación.

Con las innovaciones tecnológicas se pueden realizar gemelos digitales del edificio que no sólo sirvan para el diseño inicial de las instalaciones, sino que también faciliten la explotación de las mismas.

El gemelo digital de un edificio es una representación digital detallada y precisa que incluye información geométrica, estructural y funcional del edificio, así como datos sobre su funcionamiento y rendimiento en tiempo real.

Esquema Gemelo Digital: los datos son capturados y transmitidos a una plataforma digital, que a su vez realiza un análisis en tiempo real para optimizar el diseño y el rendimiento. Fuente: M. Elagiry based on Deloitte University Press

Cuando se trata de un edificio en fase de proyecto, el gemelo digital sirve para ver el edificio en 3D, cambiar acabados, colores y texturas mediante renderizados, realizar recorridos de instalaciones, resolver conflictos entre instalaciones y arquitectura, hacer secciones, etc.; hacer simulaciones de consumos energéticos con distintas soluciones de climatización e iluminación; y simular escenarios para evaluar el impacto de diferentes soluciones de HVAC.

Cuando se trata de un edificio existente, el gemelo digital ayuda a cambiar distribuciones en los espacios, llevar un Libro de mantenimiento de equipos, predecir comportamiento en el consumo de energía cuando se varían algunos de sus parámetros como temperatura ambiente, ocupación, horarios, etc; optimizar el rendimiento energético ajustando parámetros basados en datos operativos y realizar análisis predictivos para planificar mantenimientos y renovaciones.

Del mantenimiento correctivo al mantenimiento predictivo mediante FDD

La transformación digital también está ayudando a evolucionar el mantenimiento de las instalaciones HVAC mediante las soluciones FDD (Fault Detection and Diagnosis).

Tanto si se dispone de un BMS o una plataforma Smart Building, las aplicaciones de FDD (Fault Diagnosis Detection) llevan la gestión de las instalaciones un paso más allá al identificar problemas antes de que se conviertan en fallos críticos. Mediante el análisis predictivo, estas herramientas detectan ineficiencias en el funcionamiento de los equipos, reducen costos de mantenimiento al prevenir averías graves y aumentan la vida útil de los sistemas HVAC.

Esquema funcionamiento FDD. Fuente: Clockworks Analytics.

La aplicación de la inteligencia artificial a la gestión de las instalaciones

Actualmente, existen soluciones que se conectan a los sistemas de control (p.ej. mediante protocolo abierto Bacnet), que incluye en el modelo no solo datos del edificio (por ejemplo, ocupación) sino que también pueden incorporar datos externos (por ejemplo,  predicciones meteorológicas, precios de la energía del mercado eléctrico).

Estas soluciones necesitan un tiempo para que el modelo aprenda sobre el funcionamiento del edificio, y luego pueden tomar decisiones en la gestión de instalaciones (por ejemplo, modificación de consignas, encendido y apagado de equipos) para adelantarse a cambios meteorológicos o decidir cuando es conveniente consumir o almacenar energía en el edificio.

La implicación de la ingeniería es esencial para garantizar que las soluciones digitales se implementen y utilicen de manera efectiva, alineándose con las necesidades específicas del edificio y sus ocupantes

Aunque las tecnologías anteriormente mencionadas son herramientas poderosas, su verdadero potencial sólo puede alcanzarse si la ingeniería que diseña las instalaciones y que asegura su correcta ejecución, está involucrada en la explotación de las mismas. Este enfoque integrado asegura la continuidad operativa, ya que los ingenieros que participaron en el diseño tienen un conocimiento profundo de los objetivos y limitaciones del sistema. Además, también permite la optimización basada en datos, pues la experiencia técnica permite ajustar las operaciones según los datos recopilados por las plataformas digitales. Finalmente, también proporciona una mayor eficiencia energética; una colaboración estrecha entre diseño y operación maximiza el rendimiento y minimiza las pérdidas.

La implicación de la ingeniería también es clave para garantizar que las soluciones digitales se implementen y utilicen de manera efectiva, alineándose con las necesidades específicas del edificio y sus ocupantes. Este es el horizonte de la ingeniería de las instalaciones en los edificios para los próximos años.

Este cambio de paradigma, por el que se está trabajando intensamente desde Aedici junto con otras asociaciones, traerá una mayor eficiencia y sostenibilidad a los edificios y sus instalaciones térmicas.