Diseño de un sistema de automatización para optimizar el consumo de energía en el sistema de aire acondicionado e iluminación de un edificio corporativo de oficinas en Lima

Abstract

El mercado global de edificios inteligentes se tasó en $ 12,371 millones en 2017 y se proyecta que alcance los $ 42,649 millones para 2024. Actualmente los diseños de control de edificios reducen la intervención del hombre mediante el uso de controles horarios preestablecidos u otros controles similares. Por otro lado, el ahorro de energía es una tendencia actual y como ingenieros debemos proporcionar las mejores soluciones para el control de los edificios. El objetivo del presente trabajo es la evaluación de diversas estrategias de control en un edificio y predecir su consumo de energía eléctrica anual utilizando un modelamiento energético mediante los programas Design Builder y Energy Plus. Se evaluó: el uso de variadores de frecuencia en la bomba secundaria de agua helada, en el motor del ventilador de las torres de enfriamiento y en los ventiladores de aire fresco; la optimización de la secuencia de operaciones de chiller respecto a la demanda instantánea; y controles de iluminación de luz natural y presencia. Además, se realizó el diseño de cada estrategia de control para el funcionamiento de los controladores de campo y principal. También, se comparó el ahorro de electricidad con el costo de implementar el sistema de control y se estimó el tiempo de retorno de inversión. Finalmente, se demostró que un diseño de control en edificios proporciona un ahorro de energía mayor al 17% y que el diseño de control en el edificio proporciona un adecuado confort térmico interior para los ocupantes del edificio y un retorno de inversión de 2 años.

The global smart building market was valued at $ 12,371 million in 2017 and is projected to reach $ 42,649 million by 2024. Currently, building control designs reduce human intervention through the use of pre-established time controls or other similar controls. On the other hand, energy saving is a current trend and as engineers we must provide the best solutions for the control of buildings. The aim of present work is the evaluation of various control strategies in a building and to predict its annual electricity consumption. Energy modeling has been used to calculate energy consumption through the Design Builder and Energy Plus programs. The evaluation includes: frequency drivers in the secondary pump of the chilled water demand circuit, in the fan motor of the cooling towers and in the outdoor air fans; optimization of the sequence of chiller operations with respect to instantaneous demand; and lighting controls for natural light and presence. Furthermore, the design of each control strategy and the sequence of operation of each of the field controllers and the main controller were performed. Also, the electricity savings were compared with the cost of implementing the control system and the time of return on investment was estimated. Finally, we will see that a control design in buildings provides an energy saving greater than 17% and it was demonstrated that the control design in the building provides adequate interior thermal comfort for the occupants of the building and a return on investment of 2 years.