El Programa se articula de acuerdo a la siguiente organización:

 

Coordinador General: ejerce la función de responsable del programa científico y de la gestión administrativa en colaboración con el gestor del programa, el Comité de Gestión, y el organismo coordinador, frente a la Comunidad de Madrid.

Comité de Gestión: formado por el coordinador general y los responsables de los grupos y laboratorios del consorcio, y presidido por el coordinador del programa. Su función es la de planificar y tomar las decisiones con respecto a la ejecución del programa. Se reúne semestralmente para resolver los asuntos pendientes y discutir el progreso de las tareas de coordinación y de las actividades de investigación. Se reúne cada 6 meses.

Subcomité de infraestructuras: formado por los responsables de cada uno de los laboratorios participantes. La presidenta de este comité, fue designada por el Comité de Gestión al inicio del programa. Este subcomité vela por el uso coordinado y eficiente de los laboratorios e instalaciones experimentales de forma que no se produzcan duplicidades en cuanto a los gastos de materiales y equipos realizados durante el desarrollo del programa. Se reúne cada 6 meses.

Gestor: dependiente jerárquicamente del Coordinador General, realiza las tareas de apoyo para él. Su principal cometido es encargarse de la ejecución de los acuerdos tomados por los grupos de trabajo y velar por la gestión burocrática del proyecto.

Responsables grupos y laboratorios: actúan como coordinadores dentro de su propio grupo o laboratorio. Son los responsables de informar al resto de los miembros del Comité de Gestión de la marcha de los trabajos relativos a sus grupos o laboratorios así como de presentar las propuestas de los mismos para aquellas decisiones reservadas al Comité de Gestión.

Responsables de objetivos: gestionan de manera técnica la evolución de las tareas y subtareas incluidas en cada uno de los objetivos del programa de los que son responsables.

El Programa se estructura en torno a los siguientes objetivos científico-tecnológicos específicos:

• OBJETIVO 1: Desarrollo de sistema de medida no intrusivo para para la evaluación y optimización energética de edificios existentes que integren elementos constructivos avanzados en su envolvente. Ver más.

• OBJETIVO 2: Definición de requisitos metrológicos en función de los objetivos de la monitorización. Ver más.

• OBJETIVO 3: Desarrollo de una red de sensores inalámbricos auto-organizada de gran escala para la calificación energética de edificios. Ver más

• OBJETIVO 4: Desarrollo y validación de un marco de reconstrucción distribuida en WSN, escalable y resistente a fallos para evaluar la eficiencia energética en edificios. Ver más.

• OBJETIVO 5: Revisión y caracterización de las ventanas inteligentes. Ver más.

• OBJETIVO 6: Integración de las ventanas inteligentes, en un sistema de medida fiable para monitorización de la eficiencia energética, mediante sensores autónomos. Ver más.

• OBJETIVO 7: Caracterización térmica, óptica y eléctrica de ventanas y fachadas fotovoltaicas. Ver más.

• OBJETIVO 8: Demostración de la viabilidad mediante aplicación a diferentes casos de estudio. Ver más.

 

 

OBJETIVO 1: Desarrollo de sistema de medida no intrusivo para para la evaluación y optimización energética de edificios existentes que integren elementos constructivos avanzados en su envolvente.

Descripción:

El objetivo global de este proyecto es el desarrollo de sistema de medida de alta calidad metrológica y no intrusivo para la monitorización de la Eficiencia Energética en edificios construidos y en condiciones reales de uso, que permita integrar las medidas específicas referentes a elementos inteligentes, tecnologías energéticas de bajo consumo y sistemas solares activos integrados en los edificios.

Tareas:

• Tarea 1.1: Definición de requisitos metrológicos en función de los objetivos de la monitorización y distinguiendo entre los diferentes ámbitos de trabajo, (comercial, normativo, investigación...). Se desarrolla mediante el Objetivo 2.
• Tarea 1.2: Desarrollo y validación de un marco de reconstrucción distribuida en redes de sensores inalámbricos (WSN), escalable y resistente a fallos, en el estudio de la eficiencia energética en edificios. Se desarrolla mediante los Objetivos 3 y 4.
• Tarea 1.3: Determinar mediante estudio de elementos disponibles a nivel comercial y análisis experimentales en laboratorio, qué tecnologías de ventanas inteligentes son de mayor interés para su uso en edificios, qué propiedades muestran y cuál es la fiabilidad y estabilidad de estos productos. Optimización de la integración de sensores en ventanas inteligentes para obtener medidas fiables. Se desarrolla mediante los Objetivos 5 y 6. 
• Tarea 1.4: Desarrollar métodos de ensayo, caracterización y modelado de módulos fotovoltaicos integrados en fachadas y ventanas de edificios, con el fin de avanzar en el conocimiento y mejora de la integración de fotovoltaica en edificios (con siglas BIPV, en inglés). Se desarrolla mediante el Objetivo 7.
• Tarea 1.5: Evaluación de la funcionalidad del sistema desarrollado a través de su implementación en un conjunto de edificios. Se considerarán diferentes casos de estudio cada uno de los cuales cubrirá unos objetivos determinados. Se desarrolla mediante el Objetivo 8.
• Tarea 1.6: Comparar el desempeño de del sistema desarrollado en este proyecto con el sistema de alta calidad disponible previamente. Para esta tarea se utilizará el Edificio 70 del CIEMAT en Madrid, uno de los edificios C-DdIs ARFRISOL, que ya equipado con un sistema de monitorización de alta calidad que se utilizará como referencia. Se desarrolla mediante el Objetivo 8.
• Tarea 1.7: Demostrar la viabilidad del sistema de monitorización desarrollado para evaluar experimentalmente el comportamiento energético antes y después de la inclusión de los diferentes sistemas constructivos avanzados considerados en el proyecto (ventanas electrocrómicas y módulos fotovoltaicos semitransparentes). Para esta tarea se utilizará el edificio monozona del LECE cuya simplicidad permite instalar los diferentes sistemas constructivos y evaluar e identificar con claridad el comportamiento energético antes y después de la inclusión de estos sistemas. Se desarrolla mediante el Objetivo 8.
• Tarea 1.8: Demostrar la viabilidad de utilizar el sistema de monitorización desarrollado en condiciones reales de uno y la no intrusividad de este sistema. Para ello se utilizará el Edificio del Centro de Especialidades de Fuenlabrada que es un edificio construido en los años 70, que en la actualidad tiene un pésimo comportamiento energético. La evaluación experimental de este edificio permitirá proponer recomendaciones a la propiedad para la mejora de su comportamiento energético, orientadas a reducir el consumo de energía empleado en climatización y optimizar sus niveles de confort térmico. Se desarrolla mediante el Objetivo 8.

Funciones de los socios:

• Se indican en el desarrollo de los objetivos 2 a 8 correspondientes al desarrollo de cada una de las tareas 1.1 a 1.8.

 

OBJETIVO 2: Definición de requisitos metrológicos en función de los objetivos de la monitorización.

Descripción:

Se partirá de los diferentes objetivos que tiene la monitorización energética y térmica de edificios. Para cada uno de estos objetivos se distinguirá entre los diferentes ámbitos de trabajo, (comercial, normativo, investigación...).

Para cada uno de estos casos se identificarán las variables necesarias para llevar a cabo cada uno de estos objetivos. Se considerarán los requisitos para garantizar la calidad en la medida y la adecuada representación del mesurando para cada una de las variables (posición de los sensores, elementos de integración y protección, exactitud de los sensores, exactitud de la conversión A/D, etc.), todo ello orientado a minimizar la incertidumbre de cada una de estas contribuciones sobre las medidas finales.

En esta fase es fundamental tener en cuenta las dificultades añadidas que aparecen al considerar como objeto de estudio un edificio construido, la presencia de usuarios, así como la inclusión de ventanas electrocrómicas y módulos fotovoltaicos semitransparentes como elementos constructivos avanzados.

 

• UiE3-CIEMAT: Requisitos metrológicos en cuanto a cada una de las variables y otros requisitos derivados de las necesidades del análisis de datos experimentales de acuerdo a los diferentes objetivos y ámbitos de aplicación identificados.
• GMPF-CIEMAT: Participará en las tareas referentes a la integración y medida de ventanas electrocrómicas.
• IFVE-CIEMAT: Participará en las tareas referentes a la medida de módulos fotovoltaicos semitransparentes.
• SPANS-URJC: Compatibilización de todos los requisitos identificados por el resto de los grupos con los sistemas de medida inalámbricos a desarrollar.

 

OBJETIVO 3: Desarrollo de una red de sensores inalámbricos autoorganizada de gran escala para la calificación energética de edificios.

Descripción:

Se propondrán, analizarán teóricamente e implementarán en hardware dedicado, algoritmos de organización jerárquica de las WSN con fuentes correladas sencillas. La red resultante estará orientada a la calificación energética en edificios mediante detección de eventos energéticamente ineficientes.

• Tarea 3.1 Desarrollo y planteamiento de algoritmos de auto organización para WSN de gran escala.
• Tarea 3.2 Desarrollo e implementación en hardware dedicado (nodos sensores inalámbricos) de sistema de procesado de señal a bordo orientados a la reconstrucción de parámetros ambientales (temperatura, humedad, iluminación, presencia...) en edificios.

• Grupo SPANSURJC: Desarrollo e implementación de la red WSN autoorganizada.
• Grupo UiE3-CIEMAT: Descripción de los requisitos necesarios de los nodos sensores, monitorizado y adquisición de los datos para evaluar el comportamiento energético del edificio. Descripción de la precisión de las medidas agregadas (Objetivo 2).
• Grupo GMPF-CIEMAT: Análisis de la integración de la monitorización y control de las ventanas inteligentes en los nodos sensores inalámbricos (Objetivo 6, Tarea 6.2).
• Laboratorio 161: Pruebas de calidad de enlace y cobertura de la red inalámbrica.
• Laboratorio 129: Propuesta de las pruebas de durabilidad de nodos exteriores en cámara climática (Objetivo 5).
• Laboratorio 136: Dimensionamiento y diseño de la alimentación de los nodos inalámbricos mediante ventanas PV (Objetivo 6, Tarea 6.3).

 

OBJETIVO 4: Desarrollo y validación de un marco de reconstrucción distribuida en WSN, escalable y resistente a fallos para evaluar la eficiencia energética en edificios.

Descripción:

Se planteará el problema de la reconstrucción de un campo de medidas dispersas a través de la aplicación de las técnicas de CS y separación ciega de fuentes (análisis de componentes independientes). Propondremos, analizaremos teóricamente e implementaremos en hardware dedicado, algoritmos de reconstrucción viables que tengan en cuenta la dispersión de las medidas y los múltiples sensores involucrados en las mismas. La aplicación final estará orientada a la evaluación de la eficiencia energética de edificios.

Tareas:

• Tarea 4.1: Implementación, en la WSN desarrollada en el Objetivo 3, de algoritmos de sensado comprimido para reconstrucción de las medidas multiparamétricas de los nodos sensores.
• Tarea 4.2: Implementación, en la WSN desarrollada en el Objetivo 3, de algoritmos de análisis de componentes independientes para reconstrucción de las medidas multiparamétricas de los nodos sensores.
• Tarea 4.3: Análisis de prestaciones de los algoritmos de reconstrucción distribuida con los requisitos de precisión, dependientes de la densidad espacial de nodos y frecuencia de muestreo temporal, definidos en el Objetivo 2.
• Tarea 4.4: Despliegue y calibración de la WSN en el edificio monozona LECE.
• Tarea 4.5: Despliegue y calibración de la WSN en el edificio ARFRISOL.
• Tarea 4.6: Despliegue de la WSN en el edificio del centro de especialidades de Arroyo dependiente del Hospital de Fuenlabrada.

Funciones de los socios:

• Grupo SPANS-URJC: Desarrollo y validación de un marco de reconstrucción distribuida en WSN, escalable y resistente a fallos.
• Grupo UiE3CIEMAT: Descripción y evaluación de las medidas obtenidas por la red WSN, así como su contraste con la red de sensores cableada del edificio y con las simulaciones realizadas.

 

OBJETIVO 5: Revisión y caracterización de las ventanas inteligentes.

Descripción:

A lo largo del proyecto OMEGA-CM se pretende realizar una revisión del estado actual de las tecnologías de ventanas inteligentes. Dentro de esta revisión se identificarán los distintos tipos de ventanas inteligentes que están disponibles comercialmente, entre los cuales se realizará una selección teniendo en cuenta las propiedades que se desean en cuanto a iluminación y control de la energía solar en edificios. Los dispositivos seleccionados se adquirirán y se someterán a una caracterización inicial completa en el laboratorio. Posteriormente se determinará su durabilidad respecto a pruebas normalizadas de ciclado y exposición continuada a radiación, calor y humedad. El objetivo es averiguar qué tecnologías son de mayor interés para su uso en edificios, qué propiedades muestran y qué tal es la fiabilidad y estabilidad de estos productos.

Tareas:

• Tarea 5.1 (3 meses): Revisión bibliográfica, selección y adquisición de diversas ventanas inteligentes. En primer lugar se realizará una revisión del estado actual de las distintas tecnologías de ventanas inteligentes que están disponibles comercialmente, lo que nos permitirá realizar una selección de acuerdo a las especificaciones técnicas que se consideren adecuadas para su aplicación en edificios. Los dispositivos seleccionados se adquirirán y se someterán a una caracterización completa en el laboratorio.
• Tarea 5.2 (5 meses): Caracterización óptica de las ventanas inteligentes. Con el fin de cuantificar y comparar las características de las diferentes ventanas seleccionadas se realizará la medición y el cálculo de los factores de acristalamiento más importantes , incluyendo la transmitancia solar ultravioleta (en el rango de longitudes de onda l= 300-380 nm), transmitancia solar visible (l= 380-780nm), transmitancia solar global (l= 300-2500 nm), reflectancia solar visible externa, reflectancia solar visible externa, absorbancia solar global, emisividad, factor solar y factor de rendimiento de color.
• Tarea 5.3 (5 meses): Caracterización eléctrica de las ventanas inteligentes. En cuanto a la caracterización eléctrica, se determinarán el consumo de energía, la memoria y el tiempo de conmutación de los dispositivos seleccionados. El consumo de energía para un ciclo completo, incluyendo los estados de coloración y decoloración de la ventana, representa un valor importante con respecto al ahorro energético global y el rendimiento de los dispositivos. Por otra parte el factor de memoria, es decir la capacidad de mantener los estados blanqueado y coloreado sin ninguna tensión aplicada, es también importante. No obstante, cuanto menor sea el consumo de energía necesario para el paso de blanqueo y de coloración, menor será la importancia del factor de memoria. Respecto al tiempo de conmutación, en principio cuanto más corto sea mejor, sobre todo para aplicaciones de visualización que requieren en general tiempos del orden de pocos segundos. Sin embargo, para aplicaciones de ventanas, tiempos de conmutación de algunos minutos pueden ser aceptables.
• Tarea 5.4 (10 meses): Pruebas de durabilidad climática. Las pruebas de durabilidad climática incluyen diversos factores de exposición al que pueden ser sometidas las ventanas durante su vida, incluyendo el período de producción, el transporte, la instalación y el funcionamiento hasta que se produzca la demolición planificada. Entre los factores de exposición al clima se estudiarán el efecto de la irradiación solar (es decir ultravioleta, visible e infrarrojo cercano), ciclos de calor-humedad (la temperatura y humedad elevadas aumenta la velocidad de las reacciones de degradación química) y cambios de temperatura (ciclos de temperatura alta-baja que aumentan las tensiones térmicas). Los efectos de los diversos factores de exposición se evaluarán comparando las características ópticas eléctricas obtenidas antes y después de cada prueba.
• Tarea 5.5 (10 meses): Pruebas de durabilidad de ciclado. Con las pruebas de durabilidad de ciclado se determinará la capacidad que presentan las ventanas a ser sometidas a sucesivos ciclos entre los estados de blanqueo coloración, manteniendo sus características ópticas y eléctricas sin degradación significativa. Se determinará la durabilidad de ciclado para los distintos dispositivos antes y después de ser sometidos a las diversas pruebas climáticas.

Funciones de los socios:

• Todas las tareas previstas para cumplir este objetivo serán llevada a cabo por el grupo GMPF-CIEMAT. Para la Tarea 5.1 también contará con la colaboración del grupo UiE3-CIEMAT en cuanto a temas de integración en edificios. Así mismo se contará con el Laboratorio 129 para las tareas 5.2 a 5.5 y con el laboratorio 136 para las tareas 5.4 y 5.5.

 

OBJETIVO 6: Integración de las ventanas inteligentes, en un sistema de medida fiable para monitorización de la eficiencia energética, mediante sensores autónomos.

Descripción:

Se propondrá un sistema fotovoltaico y su dimensionado para alimentación autónoma de la ventana y la realización de un prototipo de demostración que se integrará con otros elementos desarrollados en el presente proyecto, como los Nodos "Mota" (sensores inalámbricos). La unión ventana inteligente-sensor facilitará la caracterización del comportamiento térmico del dispositivo en distintos estados de funcionamiento, al mismo tiempo que permitirá monitorizaciones de edificios para una amplia variación de parámetros de comportamiento pasivo.

Tareas:

• Tarea 6.1 (8 meses): Dimensionado de sistema fotovoltaico para alimentación autónoma Se utilizarán los resultados de la tarea 5.3 en cuanto a consumo energético del sistema de control de la ventana seleccionada, para el dimensionado de un sistema de alimentación fotovoltaico que incluiría módulos (semitransparentes, orgánicos...) y baterías (ion-litio, metal-aire) o supercondensadores de última generación para su integración en una ventana.
• Tarea 6.2 (10 meses): Realización y prueba de funcionamiento de un prototipo de ventana inteligente+sensor inalámbrico de temperatura con alimentación autónoma. La tarea anterior se completa con la realización de un prototipo de demostración que se integrará con otros elementos desarrollados en el presente proyecto, como los Nodos "Mota" (sensores inalámbricos), que compartirán alimentación autónoma y proporcionarán, así mismo, control inalámbrico para todo el dispositivo. El grupo de SPANSURJC proporcionará datos de consumo de sus nodos en diferentes condiciones de funcionamiento que a su vez han sido fijadas por el grupo UiE3CIEMAT. Se realizará una prueba de autonomía en entorno controlado de laboratorio para las condiciones de funcionamiento anteriores.
• Tarea 6.3 (12 meses): Integración del conjunto Ventana Inteligente-Nodo Mota en un sistema de medida de calidad y Caracterización térmica del dispositivo. Se evaluará la viabilidad de integrar el conjunto Ventana Inteligente-Nodo Mota en un sistema de medida de calidad instalado en el Edificio monozona del LECE. Si considera viable se definirán todas las especificaciones técnicas para llevar a cabo la integración desde todos los puntos de vista constructivo, eléctrico, sistema de medida, etc. Finalmente se llevará a cabo la integración y se evaluará experimentalmente el comportamiento energético antes y después de la inclusión de este sistema.

Funciones de los socios:

• Tarea 6.1 y 6.2: serán desarrolladas por el grupo GMPF-CIEMAT en colaboración con el grupo SPANS-URJC y el laboratorio 136.
• Tarea 6.3: será desarrollada por el grupo GMPF-CIEMAT en colaboración con el grupo SPANS-URJC y el grupo UiE3-CIEMAT.

 

OBJETIVO 7: Caracterización térmica, óptica y eléctrica de ventanas y fachadas fotovoltaicas.

Descripción y tareas:

• Tarea 7.1 (2 meses): El trabajo partirá de una revisión de los métodos de ensayo y los modelos de comportamiento existentes, relativos a módulos fotovoltaicos convencionales y específicos para su integración en edificios. Se identificarán las lagunas y los puntos débiles y se propondrán mejoras que permitan una caracterización completa de los módulos para integración en edificios, y en particular de las ventanas y fachadas fotovoltaicas, así como un más correcto modelado de sus propiedades térmicas, ópticas y eléctricas.
• Tarea 7.2 (2 meses): Paralelamente a la tarea 7.1 se realizará la búsqueda de módulos existentes para integración en edificios, en especial aquéllos indicados para fachadas. Se hará una selección de los más representativos y los más singulares y se tramitará su compra y adquisición.
• Tarea 7.3 (1 mes): Puesta en marcha de los ensayos a realizar en el Laboratorio de Fotovoltaica del CIEMAT (Lab 136). Caracterización eléctrica de los módulos adquiridos y obtención de sus propiedades eléctricas en condiciones estándar de medida.
• Tarea 7.4 (10 meses): Caracterización óptica en laboratorio: medida de las reflectancia y transmitancia espectrales. Caracterización óptica en exterior: Medida del comportamiento de pérdidas angulares por reflexión.
• Tarea 7.5 (10 meses): Caracterización térmica en laboratorio: modelización adaptada a BIPV del comportamiento térmico, basada en parámetros constructivos (materiales, factor de recubrimiento, disposición de células...), ópticos (reflectancia y transmitancia espectral), eléctricos (curvas características y de eficiencia) y ambientales/climáticos. Estudio de sensibilidad a variaciones (modelos estacionarios) y de predicción y seguimiento térmico (modelos dinámicos).
• Tarea 7.6 (18 meses): Montaje y ensayos de los módulos FV en las celdas PASSYS del Laboratorio LECE para monitorización de sus propiedades térmicas, lumínicas y eléctricas. Realización de ensayos combinados.
• Tarea 7.7 (10 meses): Tratamiento y análisis de los datos de las variables monitorizadas. Extracción de parámetros y elaboración de modelos de comportamiento. Mejora y ampliación de los modelos.

Funciones de los socios:

• Esta actividad será llevada a cabo por el grupo IFVECIEMAT. La Tarea 7.3 con la colaboración del Laboratorio 136. La Tarea 7.6 se llevará a cabo en colaboración con el grupo UiE3CIEMAT y el laboratorio Lab-UiE3-CIEMAT.

 

OBJETIVO 8: Demostración de la viabilidad mediante aplicación a diferentes casos de estudio.

Descripción

El sistema desarrollado se implementará en un conjunto de edificios para evaluar su funcionalidad a través los diferentes casos de estudio. Cada uno de los casos de estudio cubrirá unos objetivos determinados como se explica a continuación:

• Edificio CDdI ARFRISOL (Edificio 70 en el CIEMAT, Madrid): Se trata de un edificio que ya ha sido evaluado experimentalmente en condiciones reales de uso y se continúa monitorizando con un sistema de medida que proporciona datos de alta calidad. Este caso de estudio permitirá comparar el desempeño de del sistema desarrollado en este proyecto con el sistema de alta calidad disponible previamente.
• Edificio monozona en el LECE: Se trata de un edificio cuya simplicidad permite instalar los diferentes sistemas constructivos avanzados considerados en el proyecto y demostrar la viabilidad del sistema de monitorización desarrollado para evaluar experimentalmente el comportamiento energético antes y después de la inclusión de estos sistemas.
• Edificio Centro de Especialidades de Fuenlabrada: Se trata de un edificio construido en los años 70, que en la actualidad tiene un pésimo comportamiento energético. Permitirá demostrar la viabilidad de utilizar el sistema de monitorización desarrollado en condiciones reales de uno y la no intrusividad de este sistema. La evaluación experimental de este edificio permitirá proponer recomendaciones a la propiedad para la mejora de su comportamiento energético, orientadas a reducir el consumo de energía empleado en climatización y optimizar sus niveles de confort térmico.

Funciones de los socios:

Esta actividad se desarrollará por la UiE3-CIEMAT con la colaboración de todos los grupos participantes en la propuesta. Concretamente:

• GMPF-CIEMAT: Participarán en todas las tareas referentes a la medida de ventanas electrocrómicas.
• IFVE-CIEMAT: Participarán en todas las tareas referentes a la medida de módulos fotovoltaicos semitransparentes.
• SPANS-URJC: Participará en el diseño del experimento, acopio de material, instalación y puesta a punto del sistema de monitorización, y monitorización durante al menos un año en condiciones reales de uso para cada uno de los casos de estudio.