Sistema de control y monitoreo de consumo energético para equipos de climatización orientado a internet de las cosas (IOT)

Abstract

HVAC systems (Heating, Ventilating and Air Conditioning) consume 40% of total domestic energy, with more than 25% of energy demand in homes and offices in Colombia. According to what has been studied in the state of the art, there are various factors that influence the efficiency of these systems. Some of the factors that influence the behavior of air conditioning systems are: the efficiency inherent to the manufactured system (intrinsic characteristics), the environmental conditions of each region (extrinsic conditions, such as external temperature), the responsible use by the end users, and the perception of comfort on the part of the occupants of the enclosure where the system operates, among others. This research addresses the problem of energy consumption of HVAC systems, from the view of rational consumption based on their operating conditions. The above implies to analyze and correlate the behavior of HVAC systems with changes in the behavior of environmental (external) temperature conditions. In addition, integrate control and monitoring solutions to the Internet of Things (IoT) technologies to manage valuable information based on real time data analysis. Thus, this document summarizes the development of a control system and monitoring of energy consumption for an air conditioning (AC) system oriented to IoT. With the implementation of IoT-based technologies, a significant contribution is made to the monitoring tools, data acquisition and therefore, monitoring for the evaluation of the control techniques of these systems. The monitoring action generates large amounts of data that may be of interest to users, researchers or distribution and marketing companies of air conditioning systems. The document defines the requirements and control techniques for the development of an embedded device using an architecture based on the MQTT protocol applied to the air conditioning system. As well as the stages considered during the implementation in a conventional mini-split HVAC system are described. Finally, the results of the control and monitoring system are compared with the data of the same system without the embedded device in order to validate operation, implementation and integration ith the system

Los sistemas de climatización, o HVAC por sus siglas en inglés (Heating, Ventilating and Air Conditioning), consumen el 40% de la energía domestica total, siendo para Colombia más del 25% de la demanda energética en hogares y oficinas. De acuerdo a lo estudiado en el estado del arte, son diversos los factores que influyen en la eficiencia de estos sistemas. Algunos estos de los factores que influyen en el comportamiento de los sistemas de climatización son: la eficiencia propia del sistema fabricado (características intrínsecas), las condiciones ambientales de cada región (condiciones extrínsecas, como la temperatura externa), el uso responsable por parte de los usuarios finales, y la percepción del confort por parte de los ocupantes del recinto donde opera el sistema, entre otras. En esta investigación se aborda la problemática del consumo energético de los sistemas HVAC, desde la visión del consumo racional basado en las condiciones de funcionamiento de los mismos. Lo anterior, implica analizar y correlacionar el comportamiento de los sistemas HVAC con los cambios en el comportamiento de las condiciones de la temperatura del medio ambiente (externa). Además, integrar soluciones de control y monitoreo a las tecnologías de internet de las Cosas (IoT) para gestionar información valiosa a partir del análisis de datos en tiempo real. Es así que, el presente documento resume el desarrollo de un sistema de control y monitoreo de consumo energético para un sistema de aire acondicionado (AC) orientado a IoT. Con la implementación de tecnologías basadas en IoT se logra un aporte significativo a las herramientas de monitoreo, adquisición de datos y por ende, de seguimiento para la evaluación de las técnicas de control de estos sistemas. La acción de monitoreo genera grandes cantidades de datos que pueden interesarle a los usuarios, investigadores o empresas distribuidoras y comercializadoras de sistemas de climatización. Dentro del documento se definen los requisitos y técnicas de control, para el desarrollo de un dispositivo embebido usando una arquitectura basada en el protocolo MQTT aplicada al sistema de climatización. Al igual que se describen las etapas consideradas durante la implementación en un sistema HVAC tipo mini-split convencional. Finalmente, los resultados del sistema de control y monitoreo son comparados con los datos del mismo sistema sin el dispositivo embebido a fin de validar funcionamiento, implementación e integración con el sistema