30/06/2015

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Contenido

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 3

RESUMEN DE FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA Y SU CONTROL ........................... 3

RESULTADOS OBTENIDOS ................................................................................................... 4

INDICADORES ENERGÉTICOS ............................................................................................. 8

Índice de Ilustraciones

Fig. 1: Comportamiento del sistema de control ........................................................................................... 6 Fig. 2: Potencia de salida en los módulos 7 al 10 ......................................................................................... 6 Fig. 3: Evolución de la temperatura interior (arriba) y exterior (abajo) ....................................................... 7 Fig. 4: Iluminación registrada en el interior de la escuela y radiación exterior. ........................................... 7 Fig. 5: Potencia de salida en pu versus iluminación en % y radiación solar en W/m2. ................................ 7 Fig. 6: Potencia (media horaria y máxima horaria) de salida en un circuito, iluminación interior (medida y media horaria) y radiación solar (medida y media horaria). ...................................................................... 10 Fig. 7: Factores de utilización en los circuitos controlados por varios módulo. ......................................... 10 Fig. 8: Potencia media horaria en % frente a la iluminación interior media horaria en % (arriba) y frente a la radiación solar media horaria en W/m2. ................................................................................................ 11 Fig. 9: Temperatura interior (arriba) y temperatura exterior (abajo): valores medidos y valores medios horarios. ..................................................................................................................................................... 11

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INTRODUCCIÓN

La actividad referida en este informe se refiere al sub-proyecto Demo I dentro de la acción B4 desarrollado por el Grupo de Energía Eléctrica de la UVIGO (http://webs.uvigo.es/grupo_ene/).

En este sub-proyecto se propone la utilización de un PC reciclado para la monitorización y control de la iluminación y temperatura de la Escuela de Ingeniería Industrial, sede campus, (EEI) (en adelante “escuela”) de la Universidade de Vigo. Además de un PC, también se reutilizará la instalación de control de alumbrado existente, la cual, en el momento de proponer el proyecto, estaba en desuso.

Este documento es continuación de los entregables: “Acción B4 - Sub-proyecto Demo I - Propuesta de esquema de instalación” (28/12/2012), “Acción B4 - Sub-proyecto Demo I - Instalación de sensores y actuadores” (31/03/2014) y “Acción B4 - Sub-proyecto Demo I – Prototipo de módulo funcional” (31/03/2014), además se complementa con el entregable “Desarrollo de software de control” (31/03/2014).

En este documento se describen resultados más relevantes del sistema de control de alumbrado y monitorización de temperatura implantado en la escuela, así como indicadores de la eficiencia energética alcanzada con dicho sistema.

RESUMEN DE FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA Y SU CONTROL

El sistema a implementar tendrá como objetivo fundamental el control de la iluminación en las zonas comunes de la EEI y la monitorización de variables ambientales, como luz ambiente y temperatura, en zonas seleccionadas.

En función de los niveles de iluminación objetivo, se han definido tres tipos de días posibles para la escuela:

Laborables

Semi-laborables

No-laborables

A su vez, cada día tiene tres horarios de actuación posibles con su modo de actuación propio:

Horario de apertura, el nivel de iluminación está en su valor nominal

Horario de limpieza, el nivel de iluminación está en su valor mínimo

Horario de cierre, donde únicamente permanecen iluminadas aquellas zonas requeridas por los servicios de seguridad de la escuela

Si la escuela se encuentra dentro del horario de limpieza se pone toda la iluminación a nivel mínimo. Si está en horario de apertura se establecen dos modos de funcionamiento:

Automático: la iluminación se regula en función del aporte de luz natural en aquellas zonas de la escuela donde sea posible.

Manual: la iluminación permanece en un nivel preestablecido por el usuario.

Para poder afrontar todos las luminarias que tienen los pasillos de la escuela se necesitarán diez módulos de los antes mencionados los cuales se distribuirán en tres zonas como se detalla:

Planta baja Edifico Central:

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o Módulo 1: pasillo sur, donde se encuentran las aulas 6-10, departamento de física y de química y cafetería.

o Módulo 2: pasillo norte, incluye la zona de aulas 0-5, departamento de automática, rampa de acceso al edificio auxiliar.

o Módulo 3: entrada y pasillos a ambos lados de bedelería, además del pasillo que da acceso a dirección.

Primera planta Edificio Central:

o Módulo 4: pasillo sur, donde se ubican los departamentos de física, química dibujo y la entrada sur del salón de actos

o Módulo 5: pasillos de acceso a la sala de estudio o Módulo 6: pasillo norte, que comprende el departamento de organización, las

aulas 11-15, la entrada norte al salón de actos y la rampa superior de acceso al edificio auxiliar.

Edificio Anexo:

o Módulo 7: departamentos de mecánica y fluidos. o Módulo 8: departamentos máquinas y motores térmicos. o Módulo 9: departamentos de ingeniería electrónica y aula de grado. o Módulo 10: departamentos de ingeniería eléctrica y materiales.

RESULTADOS OBTENIDOS En este aparto se resumen el comportamiento de sistema de monitorización y control desde octubre de 2014 hasta julio de 2015.

En la Fig. 1 se muestra, a modo de ejemplo, el resultado de la actuación a lo largo de una semana (desde el 16/03/2014 al 24/03/2014), donde se puede ver las siguientes variables:

Medida de iluminación, es la medida de luz ambiental proveniente del exterior, cuyo valor varía entre el 0% y el 100%. En aquellos espacios con iluminación natural, el flujo lumínico de los sistemas de alumbrado se reduce en función de este valor.

Medida de radiación solar total en W/m2, valores obtenidos de la estación de Meteogalicia situada en el Campus Universitario

Potencia de salida de un módulo, a modo de ejemplo, se muestra, en porcentaje, la potencia de un circuito de alumbrado alimentado desde un módulo de control.

Estado de la escuela, estado de funcionamiento de la escuela (0: cerrada, 2: limpieza, 1: normal)

En la Fig. 2 se muestra la potencia de salida en los módulos que se ven afectados por los estados de la escuela y por la presencia de luz natural. Cabe destacar, que en el algunos de ellos la potencia de salida nunca es nula (ver módulo 8 en Fig. 2) aun con la escuela cerrada y fuera del horario de limpieza (Estado Escuela = 0), ya que por razones de seguridad hay zonas de la escuela que permanecen siempre iluminadas.

En la Fig. 3 puede verse la evolución de la temperatura interior de la escuela medida por el sistema de control y monitorización y la temperatura en el exterior de la escuela obtenida de los históricos de la estación meteorológica.

Con objeto de validar la medida de iluminación en el interior de la escuela, se ha comparado la evolución de la medición de iluminación frente a la radiación exterior en la Fig. 4. En ella puede observarse que la tendencia de ambas es comparable. Se ha de tener en cuenta que el medidor de iluminación se satura con niveles de radiación relativamente bajos, ya que se ha comprobado

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que para estos niveles se puede prescindir de iluminación artificial en algunas zonas de la escuela. Esto puede observarse en la Fig. 1, donde con la escuela en estado 1 (escuela abierta), la potencia de salida del circuito de alumbrado controlado por el módulo 10 es nula.

En la Fig. 5 puede verse que a medida que la radiación solar (gráfico superior) o que el nivel de iluminación aumenta (gráfico inferior) la potencia de salida del circuito de alumbrado disminuye.

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Fig. 1: Comportamiento del sistema de control

Fig. 2: Potencia de salida en los módulos 7 al 10

17-Mar-2015 18-Mar-2015 19-Mar-2015 20-Mar-2015 21-Mar-2015 22-Mar-2015 23-Mar-20150

50

100ILU %

1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:000

500

1000ILU %

Radiación Global W/m2

1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:000

0.5

1Potencia Módulo 10

1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:000

0.5

1

1.5

2Estado Escuela

1603 00:00:00 1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:00 2403 00:00:000

50

100Módulo 7

1603 00:00:00 1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:00 2403 00:00:000

50

100Módulo 8

1603 00:00:00 1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:00 2403 00:00:000

50

100Módulo 9

1603 00:00:00 1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:00 2403 00:00:000

50

100Módulo 10

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Fig. 3: Evolución de la temperatura interior (arriba) y exterior (abajo)

Fig. 4: Iluminación registrada en el interior de la escuela y radiación exterior.

Fig. 5: Potencia de salida en pu versus iluminación en % y radiación solar en W/m2.

1603 00:00:00 1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:00 2403 00:00:000

5

10

15

20

25

30TEMPERATURA

tem

p.

inte

rio

r ºC

1603 00:00:00 1703 00:00:00 1803 00:00:00 1903 00:00:00 2003 00:00:00 2103 00:00:00 2203 00:00:00 2303 00:00:00 2403 00:00:000

5

10

15

20

25

30TEMPERATURA

tem

p. e

xter

ior

ºC

0 20 40 60 80 1000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

nivel iluminación en %

Rad

iaci

ón

Glo

bal

en W

/mº

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

200

400

600

800

1000

nivel potencia en pu

Rad

iaci

ón

Glo

bal

en W

/m2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

20

40

60

80

100

nivel potencia en pu

niv

el

ilum

ina

ción

en

%

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INDICADORES ENERGÉTICOS Entre los objetivos del sistema de control empleado es el de establecer unos indicadores energéticos que permitan valorar la eficiencia del sistema de control de iluminación de alumbrado en lo relativo al consumo de energía eléctrica.

Con objeto de valorar el impacto del aprovechamiento de la luz proveniente de exterior se han representado en la Fig. 6, la potencia media horaria de salida en uno de los circuitos con más aprovechamiento de luz natural (módulo 10). Tal y como se puede ver, en las horas centrales del días, cuando tanto la iluminación interior como la radiación exterior son máxima, la potencia requerida por el circuito de alumbrado cae por debajo del 20%, lo cual implica que si hay suficiente iluminación exterior este circuito puede llegar a desconectarse.

En relación al comportamiento energético de los sistemas de alumbrado establecen los siguientes indicadores:

Factor de uso de la instalación de alumbrado (FUt), valor que se obtiene como cociente entre la energía consumida y la potencia nominal de la instalación suponiendo que está a potencia máxima durante todas las horas de uso. Mediante este indicador se valora el impacto del aprovechamiento de la luz natural en la energía demanda por el circuito en horario de apertura y el establecimiento de niveles de iluminación reducidos en horario de cierre y limpieza.

Factor de uso de la instalación de alumbrado en horario de apertura (FUa), igual que el anterior pero sólo considerando los períodos de escuela en horario de apertura. Mediante este indicador se valora el impacto del aprovechamiento de la luz natural en la energía demanda por el circuito.

Los resultados para el sistema de control de alumbrado pueden verse en la Tabla 1 y en la Fig. 7. Los factores de utilización son proporcionales a la energía consumida en cada circuito con respecto a la potencia nominal del alumbrado instalado. De este modo, por ejemplo, para el módulo 10 el ahorro combinado debido al aprovechamiento de la luz natural y al establecimiento de horarios de uso es del orden del 55%, mientras que para el módulo 7 el ahorro se debe exclusivamente al establecimiento de horarios y está en torno al 25%.

Tabla 1: Factores de utilización

Módulo FUa FUt 1 1 12 1 13 1 14 1 15 1 16 1 17 0,999 0,5828 0,999 0,7719 0,457 0,318

10 0,457 0,466

Tal y como se puede observar de los resultados mostrados, en aquellas partes del edificio donde se controla la iluminación aprovechando la radiación solar exterior (por ejemplo, los circuitos de los módulos 9 y 10) hay una dependencia marcada entre la potencia de salida de los circuitos y

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la iluminación, tal y como se puede observar en la Fig. 8. En dicha gráfica se representa en la parte superior la evolución de la potencia media horaria de salida en función de los valores de iluminación medios horarios. Dicha tendencia se puede ajustar con una recta obteniéndose coeficientes de correlación superiores a 0.98. En consecuencia se puede definir un factor de dependencia solar (FDS) como la pendiente de la recta de ajuste, de este modo para los módulos 9 y 10 se obtienen valores de (FDS)=-0.95, lo cual implica una fuerte dependencia de la potencia de salida con respecto a los niveles de iluminación. Por otra parte, para el resto de los módulos es prácticamente nulo, lo cual implica que no hay aprovechamiento de luz natural.

Por último, con objeto de valorar el confort térmico de los espacios comunes del edificio se ha representado la temperatura interior media horaria y así como la exterior, ver Fig. 9. En este caso se puede observar que los valores medios de temperatura interior se mantienen relativamente constantes a pesar de las variaciones de la temperatura exterior.

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Fig. 6: Potencia (media horaria y máxima horaria) de salida en un circuito, iluminación interior (medida y media horaria)

y radiación solar (medida y media horaria).

Fig. 7: Factores de utilización en los circuitos controlados por varios módulo.

7 8 9 100.2

0.4

0.6

0.8

1

Módulo

Fac

tor

de

util

izac

ión

en

pu

FUaFUt

11

Fig. 8: Potencia media horaria en % frente a la iluminación interior media horaria en % (arriba) y frente a la radiación

solar media horaria en W/m2.

Fig. 9: Temperatura interior (arriba) y temperatura exterior (abajo): valores medidos y valores medios horarios.

0 20 40 60 80 1000

20

40

60

80

100

Iluminacion en %

Pot

en

cia

en

%

medidamediaajuste recta

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

20

40

60

80

100

Radiación en W/m2

Pot

en

cia

en

%

medidamedia