Edificios inteligentes y sostenibles: arquitectura de percepción y control para la gestión de energía

El sector de los edificios consume entre el 30% y el 40% de la energía mundial. En el caso de la Unión Europea, para satisfacer las necesidades del usuario, del total de energía usado en este tipo de instalaciones el consumo térmico representa más del 60%. Por otro lado, el cambio climático, la explosión demográfica, el incremento de la esperanza de vida, y la predicción de que dentro de un par de décadas el 80% de la población se concentrará en ciudades, son factores que exigen un nuevo paradigma que interconecte en tiempo real las redes de energía, agua, transporte, residuos, salud, etc., y gestione eficientemente los recursos, disminuyendo en las próximas décadas los efectos nocivos provocados, entre otras causas, por las emisiones de CO2. Una parte de la solución podría estar en el uso de energías renovables, que permiten la generación de calor o electricidad, y son respetuosas con el medio ambiente. Es evidente que también ayudaría una gestión eficiente de la energía. En el panorama energético mundial se están empezando a vislumbrar cada vez más aplicaciones orientadas a facilitar esta gestión, con mayores funcionalidades, motivadas en parte por el continuo crecimiento y reducción de tamaño de los dispositivos electrónicos, con mayores capacidades de procesamiento, almacenamiento y canales de comunicación. Facilitar el acceso y control del consumo de energía desde este tipo de instrumentos al usuario, gestor, o proveedor, es un factor clave para dar soporte a las actividades diarias del ser humano. Es un hecho que este acceso se está viendo influenciados por el desarrollo de estándares y tecnologías de la WWW, donde en el mundo del internet ha permitido interconectar millones de páginas relativas a prácticamente todos los aspectos de la vida moderna. En este trabajo de investigación se propone e implementa una arquitectura de percepción y control inteligente para la gestión eficiente de la energía en un edificio. Esta arquitectura incluye técnicas de computación suave y algoritmos de aprendizaje automático, además de usar una nueva generación de sensores virtuales que hacen uso de tecnologías de la web semántica. Esta nueva generación de dispositivos hace posible percibir el entorno a través de sensores virtuales y proveer servicios conscientes del contexto, enriqueciendo la percepción y retroalimentación del usuario con información para la toma de decisiones. La necesidad de representar el conocimiento entre dispositivos o servicios con una semántica para el intercambio de información se ha facilitado mediante el uso de ontologías y tecnologías de la web semántica. Con las ontologías se definen de manera explícita las características y propiedades de los sensores, así como los perfiles de comportamiento y agenda de actividades de los usuarios. El contar con un modelo que interconecte a los diferentes actores involucrados: usuario, gestor y proveedor de la energía, conduce a la búsqueda de correlaciones entre datos provenientes de diversas fuentes, y permite una toma de decisiones inteligentes tanto analíticas como heurísticas. Los algoritmos de aprendizaje automático, al extraer patrones en grandes volúmenes de datos, facilitaron la toma de decisiones mediante la obtención de predicciones que permiten adelantarse a posibles escenarios en los que el estado del entorno puede verse afectado por factores internos (necesidades del usuario) o externos (condiciones meteorológicas)..