Estrategias avanzadas de control del confort para edificios energéticamente eficientes (advanced comfort control techniques for energy efficient buildings)
- Autores: María del Mar Castilla Nieto
- Directores de la Tesis: Francisco de Asís Rodríguez Díaz (dir. tes.), José Domingo Alvarez Hervás (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Eduardo de Barros Ruano (presid.), Manuel Berenguel Soria (secret.), Carlos Bordóns Alba (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En la actualidad, existe un incremento considerable del consumo de energía y de las emisiones de gases invernadero derivado principalmente de las actividades realizadas por los seres humanos. Esto es un problema de gran importancia que debe tratarse de forma adecuada. Asimismo, aproximadamente el 40% del consumo energético mundial es utilizado por los edificios, principalmente por los sistemas de climatización, y además, también son responsables del 35% de las emisiones de CO2. Por este motivo, la reducción del consumo asociado con la construcción y uso de edificios, el incremento de la eficiencia energética en el acondicionamiento climático y la integración de las energías renovables son términos que están siendo estudiados tanto desde el punto de vista científico¿técnico como por parte de las empresas.
Por otro lado, la mayor parte del tiempo las personas desarrollan sus actividades cotidianas en el interior de los edificios. Por lo tanto, la eficiencia energética no debe poner en riesgo el bienestar de los usuarios, siendo necesario alcanzar un compromiso entre el confort de los usuarios y el ahorro de energía. Para conseguir dicho compromiso, una de las opciones más utilizadas es la construcción de edificios bioclimáticos, que incorporan estrategias pasivas y hacen uso de energías renovables. Sin embargo, en algunos casos, y debido fundamentalmente al clima típico de la zona donde el edificio está situado, esto puede ser insuficiente. En estos casos, es necesario el uso de estrategias de control adecuadas, capaces de proporcionar ambientes confortables desde el punto de vista del confort térmico y la calidad de aire, reduciendo, al mismo tiempo, el consumo de energía. Por lo tanto, el principal objetivo que se quiere alcanzar con la realización de esta tesis, es el diseño, desarrollo e implementación de una arquitectura de control multivariable avanzada capaz de mantener el confort (térmico y de calidad de aire) de los usuarios de un edificio minimizando, al mismo tiempo, el consumo de energía. Para llevarlo a cabo se ha requerido el cumplimiento de algunos objetivos específicos como el estudio de metodologías para la evaluación del confort en el interior de edificios, el estudio y modelado de las principales variables climáticas en el interior de edificios que afectan al confort de los usuarios, así como el diseño, desarrollo y prueba de algoritmos de control dichas variables climáticas.
Como solución integrada se ha propuesto un sistema de control jerárquico de dos capas capaz de mantener el confort de los usuarios y reducir el consumo de energía. La capa superior o capa de optimización, en función del confort de los usuarios y los costes energéticos derivados de alcanzar o mantener dicho confort, resuelve un problema de optimización que minimiza una función objetivo mediante técnicas de control predictivo no lineal. Esta capa proporciona una serie de consignas que se deben seguir para alcanzar o mantener una situación de confort óptima para los usuarios al mínimo coste posible. La capa inferior o capa de control incluye los controladores necesarios para que se alcancen las consignas calculadas en la capa superior.
La presente tesis no se ha limitado simplemente al desarrollo de modelos y estructuras de control, sino que ha requerido una importante labor de experimentación en un edificio real con la finalidad de obtener datos necesarios para la calibración y validación de modelos, así como para ensayar diversos algoritmos de control. Más concretamente, se ha utilizado el edificio bioclimático CDdI-CIESOL-ARFRISOL, el cual se encuentra situado en el campus de la Universidad de Almería y se ha construido con criterios de arquitectura bioclimática, para lo cual cuenta con una amplia red de sensores y sistemas de climatización que hacen uso de frío solar.
