Los edificios inteligentes, también conocidos como ‘Smart Buildings‘, representan una evolución de las construcciones tradicionales, equipados con tecnologías avanzadas y sistemas automatizados que optimizan tareas cotidianas. Estos edificios están diseñados para mejorar la eficiencia energética, la usabilidad y la seguridad de los espacios, convirtiéndose en entornos más confortables, seguros y productivos. A través del Internet de las Cosas (IoT) y otras tecnologías como la inteligencia artificial y los sistemas de gestión de edificios (BMS), los edificios inteligentes recogen, procesan y analizan datos en tiempo real para mejorar la eficiencia operativa, reducir el impacto ambiental y aumentar la seguridad en cada uno de sus espacios.
Figura 1: Edificio inteligente
Fuente: Domótica integrada
El concepto de inmótica
El concepto que se tratará en este insight es el de inmótica. La inmótica se enfoca en la automatización de edificios de gran envergadura, sean comerciales o industriales, gestionando sistemas complejos como climatización, seguridad, control de acceso o energía, entre otros, con el fin de mejorar la eficiencia y reducir costos operativos en grandes instalaciones. Por el contrario, la domótica es una disciplina menos compleja y a menor escala que se aplica en viviendas, permitiendo automatizar dispositivos como luces, electrodomésticos o termostatos, y generalmente se controla desde aplicaciones móviles, buscando mejorar el confort y la accesibilidad en el hogar en unos pocos minutos.
Building Automation vs Building Control
Los conceptos Building Control y Building Automation son complementarios pero diferentes entre sí, en el caso que nos ocupa hablaremos sobre Building Automation. Mientras que Building Control se refiere a la gestión y monitoreo de los sistemas de un edificio para asegurar que funcionen de manera eficiente y segura, abarcando el control de la temperatura, la iluminación, la ventilación, la seguridad y el consumo energético por parte de una persona humana, pudiendo supervisar estos sistemas en tiempo real y permitiendo ajustar parámetros manualmente según las necesidades en cada momento, el concepto de Building Automation va más allá, al automatizar tareas y procesos dentro de un edificio, tomando decisiones de manera autónoma según parámetros predefinidos como temperatura, ocupación o luz por ejemplo. Este sistema actúa de forma autónoma mediante el uso de sensores, actuadores y algoritmos que permiten que los sistemas del edificio respondan a cambios en el entorno o a las necesidades de los usuarios sin intervención manual constante.
¿Cómo funcionan los edificios inteligentes?
La inmótica requiere de una fuerte inversión económica, por lo que no tiene cabida en edificios de menos de 5.000m2 según afirma Eduardo Brito de Leniolabs. Sus usos más extendidos van desde la automatización de sistemas de ventilación, riego e iluminación hasta la implementación en los sistemas de seguridad más avanzados. Para ello existen los protocolos de comunicaciones, los cuales son un conjunto de reglas y estándares que permiten la interoperabilidad entre dispositivos y sistemas diferentes dentro de un entorno de automatización. Estos protocolos definen cómo los dispositivos deben intercambiar datos, cómo se deben organizar las redes de comunicación y cómo los sistemas deben procesar y responder a las señales. Uno de los protocolos más utilizados para implementar estas soluciones en Europa es KNX, y en este apartado se van a dar unas nociones básicas para entender su funcionamiento.
Estructura centralizada y descentralizada
La tecnología KNX utiliza una topología de bus descentralizada, esto quiere decir que tiene diferentes controladores que se encargan de atender a diferentes partes del sistema, haciendo que la red sea más flexible, escalable y eficiente, ya que cada controlador puede gestionar de manera independiente su área asignada sin depender de un único punto central.
Figura 2: Esquema de arquitectura centralizada y descentralizada
Fuente: masqueinformación
Además, una de sus características es que permite combinar diversos medios de comunicación sin que ello afecte al funcionamiento. Los medios de transmisión que se pueden utilizar son:
Twisted Pair: Es un tipo de cable de cobre con dos hilos retorcidos entre sí, utilizado para transmitir datos mientras reduce la interferencia electromagnética, comúnmente usado en redes de datos. Se trata del medio de comunicación que produce menos interferencias en su funcionamiento y puede conectar dispositivos en una distancia de hasta 1000 metros.
Power Line: Utiliza las líneas eléctricas existentes en un edificio para transmitir señales de comunicación, eliminando la necesidad de cables adicionales.
Radio Frequency (RF): Se basa en ondas de radio para la comunicación inalámbrica entre dispositivos, permitiendo una instalación más flexible sin necesidad de cables.
Mensajes IP: Usa el protocolo de Internet (IP) para enviar datos a través de redes como Ethernet o Wi-Fi, permitiendo la comunicación y control remoto de dispositivos en la red.
Figura 3: Medios de comunicación en KNX para intercambiar datos entre dispositivos del sistema
Fuente: Intelect
Por poner un ejemplo, en un edificio de oficinas, combinar distintos medios de transmisión permitiría adaptar la instalación a cada espacio. Twisted Pair (TP) se usaría en interiores para funciones clave como iluminación o climatización, debido a su fiabilidad. La Radiofrecuencia sería ideal donde no se pudiera cablear, como en fachadas acristaladas, para controlar toldos o sensores solares sin obra. Power Line aprovecharía la red eléctrica en zonas como garajes, evitando cables nuevos. Por último, IP permitiría integrar el sistema con la red del edificio para gestión remota y supervisión centralizada.
Concepto de líneas y áreas
Es importante entender los conceptos de línea y área, puesto que son fundamentales para organizar y gestionar cómo se conectan y comunican los dispositivos en un edificio. Estos conceptos ayudan a dividir la red en partes más pequeñas y manejables, lo que facilita la distribución de tareas entre los dispositivos y evita que la información se congestione en un solo lugar.
Una Línea es un conjunto de dispositivos interconectados dentro de una misma zona o sección de la red KNX. En KNX, cada línea puede conectar hasta 64 dispositivos y tiene un límite de distancia. Si se desean conectar más dispositivos o cubrir un área mayor, se pueden utilizar repetidores para ampliar la red, los cuales no solo amplifican la señal, sino que también permiten agregar más líneas a la instalación, haciendo que el sistema sea más grande y flexible sin perder rendimiento y ampliando el límite de dispositivos hasta los 255.
Figura 4: Esquema de dispositivos conectados a una línea sin repetidores
Fuente: Leniolabs
Figura 5: Esquema de dispositivos conectados a una línea con repetidores
Fuente: Leniolabs
El concepto de área es la unión de varias líneas dentro de un área, y es aquí especialmente donde se ve una diferencia con respecto a domótica. El sistema KNX admite hasta un total de 15 áreas, en un área puede haber hasta 15 líneas, y en cada línea a su vez se pueden insertar hasta 15 líneas propias, por lo que si puede haber hasta 3800 dispositivos conectados a un área, en el total de 15 áreas podrán haber conectados más de 57.000 dispositivos.
Figura 6: Esquema de dispositivos y líneas conectadas a un área
Fuente: Leniolabs
Uno de los beneficios que tiene la existencia de varias áreas en un sistema KNX es que se puede organizar mejor la red, dividiéndola en partes más pequeñas y fáciles de manejar. Esto hace que sea más fácil ampliar el sistema y mejorar la comunicación entre los dispositivos, ya que se distribuye el tráfico entre las distintas áreas. Además, si algo falla en una parte, las otras áreas seguirían funcionando, lo que hace que el sistema sea más confiable.
La importancia del acoplador de línea y acoplador de área
El acoplador de línea es un sistema que consiste en la conexión de líneas dentro de un área para que los dispositivos se puedan comunicar entre sí, estableciendo una coherencia en la comunicación entre los diferentes dispositivos (Por ejemplo, la señal que envía un sensor de movimiento a la luz que se tiene que encender de ese mismo piso, y que se encuentra conectada a una misma área).
Por otra parte, existe el acoplador de área, que permite que los dispositivos de diferentes áreas se comuniquen entre sí, como, por ejemplo, en el caso de que un sensor de movimiento de una planta situado en un área quiera activar la luz de otro piso que está situada en otra área. Sin el acoplador de área, los dispositivos de distintas áreas no podrían intercambiar información, impidiendo que se realicen acciones coordinadas entre ellas.
Figura 7: Acoplador de líneas y áreas
Fuente: Curso Didáctico KNX
¿Cómo de inteligente puede ser un edificio?
Uno de los máximos exponentes en la automatización de edificios es ‘The Edge’ en Amsterdam, considerado como uno de los edificios más inteligentes del mundo. El edificio cuenta con más de 28.000 sensores que le permiten monitorizar, automatizar e incluso tomar decisiones basadas en datos.
Figura 8: Edificio ‘The Edge’
Fuente: Fotografía realizada por Dirk Verwoerd a través de Archilovers
El edificio, principalmente ocupado por la consultora Deloitte es capaz de tomar decisiones basadas en el comportamiento de sus trabajadores. El propio sistema reconoce las matrículas de los coches de sus empleados y abre automáticamente las puertas del garaje guiándoles hacia el aparcamiento más cercano disponible al ascensor. Como punto destacado, está el hecho de que tiene menos escritorios que empleados, en concreto tiene 900 escritorios para sus más de 2600 empleados, entonces, ¿Cómo es posible que todos los empleados puedan acudir a su puesto de trabajo? Lo principal es aclarar que en este edificio no existen puestos de trabajo tradicionales, en su lugar se emplea el denominado “hot desking”, puestos de trabajo rotatorios y específicos para cada uso, los cuales fomentan el ahorro de espacio y las relaciones interpersonales. En el edificio se pueden encontrar desde escritorios comunes para sentarse, escritorios de pie, cabinas de trabajo, salas de reuniones o salas de concentración, cada uno está pensado para un uso específico con el objetivo de ahorrar espacio, energía y fomentar la movilidad de los empleados.
Figura 9: Espacios de trabajo individuales en ‘The Edge’
Fuente: Bloomberg
The Edge, centraliza muchas de las funciones en una app del móvil, desde la que cada trabajador realiza múltiples elecciones a lo largo del día.
A través de la app, los trabajadores deben reservar las salas en función de sus necesidades, y en las diversas salas individuales y de reuniones, cada usuario puede elegir la temperatura y luminosidad deseada con la app, cuyo algoritmo se encarga de aprender de los gustos y preferencias de los trabajadores para dar prioridad a las salas con el ambiente más parecido al deseado por cada trabajador para ahorrar energía. Por otro lado, la cantidad de gente trabajando en el edificio es tal que resulta complicado encontrar a la persona que se busca, por lo que a través de la app se puede saber en todo momento en que sala está la persona que se está buscando, al haber un registro de reservas público.
Esta app también sabe cómo le gusta el café a cada persona y agiliza el proceso. Por otro lado, es consciente del volumen de trabajadores que van a trabajar cada día y puede cerrar ciertas zonas del edificio para optimizar las tareas de limpieza, dando prioridad a que el personal de limpieza (el cual tiene un mapeo diario de las zonas a limpiar) se centre en las zonas de mayor tránsito. Por si fuera poco, también cuenta con robots de limpieza autónomos que actúan por las noches y que utilizan estos mapas para limpiar las zonas transitadas el día anterior. La cantidad de sensores en el edificio es tal, que incluso el papel disponible en los baños y el café que queda en las maquinas está monitorizado.
Por si fuera poco, The Edge es también un ejemplo de eficiencia energética, ya que cuenta con paneles solares que generan más electricidad de la que consumen y aprovecha el movimiento generado por algunas maquinas del gimnasio para generar electricidad. Además, para reducir al máximo el gasto en calefacción, en los meses de verano, el edificio envía agua caliente a una profundidad de más de 400 pies a su acuífero subterráneo, donde se almacena hasta el invierno, época en la que se extrae nuevamente para ser ligeramente calentada y contribuir a la calefacción radiante del edificio. El sistema creado para The Edge es considerado como el almacenamiento de energía térmica en acuíferos más eficiente a nivel mundial.
Figura 10: Sistema de suministro de calefacción y refrigeración radiante en ‘The Edge’
Fuente: Bloomberg
Otro ejemplo de edificio inteligente es el PTK1 de la empresa Intel, en Israel. Construido en 2019 cuenta con algunas funcionalidades similares a The Edge. Por poner algunos ejemplos, el edificio adapta las condiciones de diversas salas al gusto de los asistentes, cuenta con paneles solares para el autoabastecimiento y sistemas de climatización eficiente. El PTK1 cuenta con una variedad de áreas abiertas para fomentar la colaboración y está equipado con 14,000 sensores que generan datos para optimizar el espacio y mejorar la eficiencia. El propio diseño del edificio también reduce el consumo de agua en un 75% y al finalizar el día las pantallas del edificio muestran datos sobre las opciones de transporte disponibles para sus empleados. En definitiva, el PTK1 está diseñado para proporcionar una experiencia de trabajo innovadora, eficiente y personalizada, centrada en la sostenibilidad y la comodidad del empleado.
Estos son solo algunos ejemplos de la capacidad que tienen algunos edificios para ser autónomos y facilitar la vida a sus empleados, pero hay muchos otros alrededor de todo el mundo.
Unidad de Inteligencia Competitiva del ITC-AICE
