Sistema simbiótico e inteligente para ahorro energético en edificación.

Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación.



El sistema consiste en una serie de autómatas (1) que envían y reciben datos de un concentrador (2) conectado a internet (3), utilizando como medio de visualización (5), comunicación a la vez que como mando a distancia cualquier ordenador, teléfono inteligente o tablet que pueda conectarse a internet. El sistema está previsto para su uso en el sector de la automatización y la domótica, y en concreto para monitorización de dispositivos eléctricos de un edificio o de un entorno urbano para el ahorro y la gestión de energía.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201431356.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: HERNANDEZ RAMOS,JUAN ANTONIO, DEL AMA GONZALO,FERNANDO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G05B15/02 SECCION G — FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 15/00 Sistemas controlados por un computador (G05B 13/00, G05B 19/00 tienen prioridad; controladores automáticos con características particulares G05B 11/00; computadores en sí G06). › eléctricos.
  • H02J13/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › Circuitos para proveer de indicación a distancia de las condiciones de una red, p. ej. un registro instantáneo de las condiciones de apertura o de cierre de cada seccionador de red; Circuitos para proveer el mando a distancia de medios de conmutación en una red de distribución de energía, p. ej. conexión o desconexión de consumidores de corriente por utilización de señales de impulsos codificados transmitidos por la red.
  • H02J3/14 H02J […] › H02J 3/00 Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna. › por interrupción o puesta en circuito de las cargas de la red, p. ej. carga equilibrada progresivamente.
  • H04Q9/00 H […] › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04Q SELECCION (conmutadores, relés, selectores H01H;   redes de comunicación inalámbricas H04W). › Disposiciones en sistemas de control a distancia o de telemetría para llamar selectivamente a una subestación a partir de una estación principal, subestación en la cual un aparato deseado es escogido para aplicar una señal de control o para obtener valores medidos.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificaciones, previsto concretamente para su utilización en el sector de la automatización y la domótica, y de forma concreta para la monitorización de dispositivos eléctricos de un edifico o de un entorno urbano para el ahorro y la gestión de la energía.

Uno de los objetos de la invención, es permitir la flexibilización en el control de cada aparato eléctrico cuyo consumo se pretende controlar, así como introducir la posibilidad de conmutación por software. Es igualmente objeto de la invención permitir el control sin necesidad de mecanismos especiales, pudiéndose realizar dicho control a través de una página web con una dirección IP, a través de cualquier tipo de dispositivo, permitiendo realizar un control manual sobre la instalación en el caso de fallar el control remoto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La instalación de sistemas domóticos en edificación se está implantando progresivamente debido a la capacidad que ofrecen a los usuarios de un edificio para eliminar la dependencia de desplazamiento obligatorio a las distintas zonas de una vivienda o local en que se encuentren los sistemas de control (seguridad, accesos, etc.), pudiendo realizar las funciones requeridas de manera centralizada.

La mayoría de los sistemas domóticos actuales requieren de un cableado para poder establecer comunicación con los distintos puntos previstos dentro de un edificio. También precisan de un hardware propio, por lo que estos sistemas no aprovechan plenamente todo el potencial que ofrecen las actuales tecnologías de la información (TIC) y los dispositivos más modernos como teléfonos inteligentes, tabletas, etc. Esto aumenta la inversión inicial

necesaria, y hace que su adopción sea muy difícil, especialmente en los edificios ya construidos.

Algunos de los sistemas de domótica solucionan el problema de los usuarios de una vivienda convencional, que sólo pueden realizar un seguimiento del consumo a través del contador, pero no pueden saber cual es el consumo instantáneo que se está produciendo en su vivienda así como tampoco pueden comprobar si los aparatos eléctricos conectados a la red consumen de acuerdo con las especificaciones del fabricante.

Algunas invenciones utilizan comunicación inalámbrica entre la centralita de control y los dispositivos, pero ante desvanecimientos de la señal el sistema queda inoperativo.

Actualmente están publicados modelos de utilidad y patentes que solucionan algunas de estas necesidades. Dichas invenciones se agrupan en dos tipos:

Primero, existen dispositivos y elementos auxiliares que se conectan entre el aparato que consume electricidad y una toma de corriente y que permiten controlar el encendido y apagado de ese aparato, así como controlar su consumo eléctrico.

Segundo, existen diferentes sistemas domóticos aplicables a edificios y que comprenden, de forma generalizada, una unidad central que es la encargada de controlar el sistema y de gestionar los diferentes elementos asociados al mismo.

Entre las invenciones pertenecientes al primer tipo puede citarse el dispositivo definido por el documento ES 1082529 U tiene el cometido de presentar un dispositivo inteligente accionado mediante radiofrecuencia que permita la conmutación o corte de la corriente eléctrica y que sea compatible con el resto de dispositivos de corte y conmutación existentes en la actualidad presentes en las instalaciones eléctricas de los edificios manteniendo la funcionalidad de estos últimos. Sin embargo este dispositivo necesita un elemento que recoja los datos suministrados por cada módulo y que envíe órdenes al aparato eléctrico que controla.

Otro documento, el ES 1080 879 U tiene por objeto conseguir ampliar la funcionalidad de los Cuadros Generales de Mando y Protección para lograr extraer información relativa a consumos eléctricos totales y de cada uno de los circuitos de la vivienda o local. Se coloca

en el cuadro general de mando y protección y solo permite obtener datos del consumo total o de cada circuito, pero no de cada aparato de la instalación.

La invención ES 2073 070 T3 se refiere a los conectadores eléctricos movibles que están destinados a ser instalados entre un aparato de consumo eléctrico y una toma de corriente mural del tipo hembra conectada a la red eléctrica y que presenta una cubierta o embellecedor de apoyo mural. Es un elemento que se añade a una clavija y que sobresale de la pared.

Entre las invenciones pertenecientes al segundo tipo caben citar:

El documento ES 2 126 525 A1, que propone un sistema de domótica y seguridad por control remoto cuya finalidad es hacer posible, desde un elemento móvil, la operación de todos aquellos elementos que lo integran, e informa, no sólo de la energía consumida por la totalidad de la instalación, sino por cada uno de los aparatos eléctricos a ella conectados. Sin embargo, tiene la desventaja fundamental que debe realizar una instalación eléctrica específica con este fin y por lo tanto no puede incorporarse en viviendas cuya estructura de instalación eléctrica sea diferente.

El documento ES 2 223 298 A1 se refiere a un sistema multifuncional de aplicación domótica, del tipo de los que comprenden una serie de circuitos que se distribuyen en diversos lugares del edificio, siendo todos ellos comandados por una unidad central encargada del control del sistema y de una serie de unidades periféricas.

El documento ES 2 166 600 T3 se refiere a un dispositivo programable para el control del consumo eléctrico, que tiene por objeto facultar la vigilancia automática y en tiempo real del consumo eléctrico de cualquier edificio. Ambos presentan el inconveniente de que es preciso un hardware específico y no se pueden utilizar dispositivos móviles existentes en una vivienda para visualizar el estado.

El documento ES 2 246 740 A1 se refiere a un módulo de medida y a una instalación que comprende al menos uno de dichos autómatas y que permite medir y gestionar el consumo eléctrico de una serie de aparatos de manera individualizada, de manera que a partir de la

medición de su consumo permite diagnosticar su estado de actividad, monitorizar la información obtenida, tanto de forma individual como agregada e interactuar con ellos. El documento ES 2 255 835 A1 también se refiere a un sistema modular de control para gobernar, de forma inteligente, cualquier dispositivo eléctrico, recibir información de cualquier tipo de sensor o dispositivo externo, de forma cableada o inalámbrica, y actuar de manera inteligente, en función de la información recibida, sobre dispositivos eléctricos. Estos sistemas se caracterizan por una topología en estrella de notable rigidez.

Las patentes americanas US 6750781B1, US 6759946B2 y US 6750781B1 describen sistemas PLC (Power Line Communications). Con estos sistemas se utiliza la red eléctrica de alterna como medio físico para el envío de información entre los dispositivos domóticos. En los sistemas PLC el fallo de uno de los mecanismos deja sin operación el dispositivo que controlaba y el usuario no puede actuar manualmente, sobre él. Los protocolos PLC no son compatibles directamente con los protocolos TCP/IP y en particular con la red Internet, requiriendo un interfaz de adaptación adicional para su conexión a una red IP. Además, un sistema domótico PLC requiere la instalación de mecanismos especiales para sustituir a los convencionales enchufes, interruptores simples o conmutados, etc. Por lo tanto, los sistemas PLC no se pueden implementar en una red eléctrica convencional sin cambiar todos los mecanismos por otros mecanismos especiales.

Estos sistemas y dispositivos resuelven parcialmente los problemas detectados. Existen invenciones que permiten el control por radiofrecuencia, pero no conservan la fiabilidad del control manual en una instalación existente. Otros elementos permiten evaluar el consumo eléctrico total de una instalación, pero no de cada elemento conectado a ella por separado. La mayoría de ellos precisan de hardware propio y son incompatibles con ordenadores personales, tablets y smartphones.

Todos los sistemas estudiados requieren de una inversión inicial muy alta para desarrollar toda su potencialidad. No permiten añadir elementos fácilmente, conforme a las necesidades y a las posibilidades del cliente en cada momento.

Por todas estas razones ninguno de los sistemas y dispositivos estudiados ha tenido un gran éxito en el mercado español de vivienda, principalmente por la dificultad para

integrarlos en envolventes preexistentes en el domicilio.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema...

 


Reivindicaciones:

1a.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, basándose en la monitorización y el análisis de consumo y comprendiendo una pluralidad de autómatas (1) escalables y plenamente integrables en cualquier instalación eléctrica (7), caracterizado porque comprende un conjunto de autómatas (1) conectados a las líneas de fase y neutro de una instalación eléctrica (7), en combinación con un concentrador (2) de datos de información, estando el concentrador (2) conectado a internet, todo ello en combinación con un medio de visualización y comunicación (5), susceptible de materializarse en un mando a distancia, habiéndose previsto que cada autómata (1) comprenda : Una placa miniaturizada (10) con circuito impreso; un microcontrolador (11); una fuente de alimentación miniaturizada (2), un circuito integrado de radiofrecuencia (13); cables de alimentación (14), cables de estado (15) conectados a un interruptor; cables de tensión (16) conectados a un aparato eléctrico, y un puerto digital (17) conectado a sondas de temperatura, de humedad relativa y de C02, mientras que el concentrador (2) comprende: un conector de alimentación (18); un puerto Ethernet (19), un conector ICSP (20), un conector JTAG (21), dos salidas correspondientes a convertidores analógico y digital (22); un botón de reinicio (23), un microcontrolador (24), dos conjuntos de buses (25) y (26) para conexión de sensores digitales y analógicos (6), un reloj (27), una pareja de conectores USB (28) y un dispositivo buzzer (29).

2°.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, según

reivindicación 1a, caracterizado porque los componentes de cada autómata (1) van dispuestos sobre una placa miniaturizada (10), insertándose en la toma de corriente de la instalación eléctrica, conectando los cables (14) a la fase y al neutro de la propia instalación (7).

3a.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, según

reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el microcontrolador (11) de los autómatas (1) es configurable por el módulo de radiofrecuencia (13).

4a.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, según

reivindicación 1a, caracterizado porque los medios de visualización y comunicación (5),

presentan medios de comunicación bidireccional con el concentrador (2) vía WIFI.

5a.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, según

reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el concentrador (2) cuenta con un software 5 configurable por WIFI desde los medios de visualización (5), permitiendo que la red de autómatas (1) sea totalmente conexa y que cada autómata (1) sea reconocido por el concentrador (2).

6a.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, según

reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de visualización y comunicación (5) contienen un software que lo convierte en un mando a distancia y en visualizador de estado de los componentes del sistema.

7a.- Sistema simbiótico inteligente para ahorro energético en edificación, según

reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye medios de comunicación con otros dispositivos de radiofrecuencia en modo simbiótico.


 

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