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Demostrador Educativo

I.E.S. Luis Vives

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Introducción

El cambio climático, entendido como variación de las condiciones climáticas globales a lo largo de períodos prolongados, es un fenómeno natural causado por:

  • Oscilaciones de la actividad solar —Cuando aumenta la actividad solar sube la temperatura del planeta—. (Ver Actividad solar).
  • Cambios del eje de inclinación del planeta y sus variaciones orbitales (Ver El ciclo de Milankovitch), que tienen una influencia apenas perceptible a corto plazo, pero producen grandes oscilaciones del clima a lo largo de milenios.
  • Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI),— principalmente CO2, CH4 (metano), N2O, y el vapor de agua, aunque existen más de 20 GEI—, que se producen debido a los ciclos naturales de actividad volcánica, deshielo, y evaporación atmosférica, facilitando la retención de energía procedente del sol en la atmósfera. Los GEI son los principales responsables de la elevación de la temperatura en la tierra.

Sin embargo, desde la revolución industrial, el aporte humano a las emisiones de C02 y Metano no ha dejado de crecer descontroladamente, provocando subidas de temperaturas con consecuencias para el clima como el deshielo de grandes masas, la subida del nivel del mar, la desalinización de los océanos y la desertificación, que ya son claramente apreciables y dificilmente reversibles.

Entre los 17 objetivos de desarrollo sostenible, un plan de acciones hasta 2030 acordado por las Naciones Unidas para corregir las principales carencias del paradigma mundial de desarrollo, hay 7 relacionados con la gestión del cambio climático y la mitigación de sus consecuencias. La Comisión Europea, por su parte, se plantea convertir a Europa en el primer continente climáticamente neutro mediante un ambicioso plan de acciones conocido como El Pacto Verde Europeo.

Las tecnologías avanzadas están haciendo una contribución significativa en esta batalla. Por ejemplo, se desarrollan nuevos materiales, como las placas fotovoltaicas acequibles y eficientes, que facilitan la generación de energía limpia, o las pinturas aislantes térmicas de cerámica, que contribuyen a la eficiencia energértica de las edificaciones. También se desarrollan y fabrican equipos de bajo consumo que mejoran la eficiencia energética de hogares y centros productivos.

Objetivos

Las tecnologías de la información y las comunicaciones son fundamentales para la adopción de nuevos paradigmas de comportamiento inteligente, que sean respetuosos con el legado ecológico a las generaciones futuras.

Desde la movilidad inteligente y la coordinación eficiente de la convivencia en grandes urbes, hasta el consumo racional y optimizado de recursos como el agua y la energía eléctrica, la revolución digital se manifiesta en todas las actividades y sectores de la vida cotidiana, ayudando a quienes apuestan por el planeta.

El proyecto EcoLab pone al alcance de estudiantes, trabajadores y visitantes del I.E.S. Luis Vives, de Leganés, la experiencia de un equipo de constructores, instaladores, ingenieros, investigadores, y consultores Madrileños,— con el apoyo de la Consejería de Educación de la Comunidad de Madrid—, para demostrar algunos de los avances tecnológicos de diferentes disciplinas que están siendo utilizados en la construcción, la gestión y la explotación de edificaciones más sostenibles, con el apoyo de tecnologías digitales.

Se trata de soluciones tecnológicas que contribuyen a la reducción de las emisiones GEI y la conservación de los recursos naturales, y que ya son una realidad al alcance de todos en nuestro entorno.

Contenedor EcoLab

El elemento central del demostrador es un contenedor marítimo con vistas al interior que ha sido modificado para mejorar su estanqueidad y aislamiento térmico y acoge en su interior la interfaz visual de los sistemas desplegados.

Es destacable que en la adecuación del contenedor se emplearon tablones de encofrado reciclados para el revestimiento de las paredes y otros materiales reciclados para la construcción del mobiliario del laboratorio.

El video muestra los primeros pasos del proceso de transformación de contenedor.

Componentes del EcoLab

El demostrador consta de seis bloques tecnológicos:

  1. Punto de carga para vehículos eléctricos.
  2. Generación de electricidad fotovoltaica y autoconsumo de energía solar.
  3. Aplicación de soluciones de medición, captura y procesado de datos, y tecnologías de Internet de las Cosas, para el seguimiento y control del consumo eléctrico.
  4. Control de la climatización y su eficiencia energética.
  5. Ventilación mecánica con recuperación de calor.
  6. Recuperación de aguas grises.

Vehículo Eléctrico

Se puede comparar el impacto medioambiental de los vehículos eléctricos de baterías (VEB) con el de sus homólogos de combustión de gasolina o diésel (VC), considerando las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI) producidas por ambos tipos de vehículos en cada etapa de su vida, desde la fabricación y transportación, durante su explotación, hasta su retirada de circulación con la conrrespondiente gestión de desechos.

En el artículo "Aspectos medioambientales del vehículo electrico", investigadores de la Universidad Pontificia de Comillas analizan la huella ecológica del VEB en comparación con el VC, apoyados por datos recopilados en diversos estudios internacionales.

Debido al uso de baterías, las emisiones producidas en la fabricación de un VE son superiores a las de un VC. En cambio, El VC emite GEI con cada litro que quema durante el uso, lo cual se añade a las emisiones producidas por la extracción, refinado y transportación del combustible a las gasolineras.

Dependiendo de cómo se haya producido la electricidad, el VEB es mucho más limpio a la hora de conducirlo. Con la incorporación cada vez más notable de energías renovables a la producción de electricidad en España y Europa, la diferencia resulta muy significativa a favor del VEB, llegando a emitir menos de la mitad de GEI que el VC a lo largo de toda su vida útil.

En cuanto a la etapa del final de su vida útil, el VEB contiene más componentes, incluidas las batería, que se suelen reciclar, en línea con las estrategias de la economía circular. Para más información metodológica sobre estos estudios que muchas compañías están realizando para desarrollar sus productos y operaciones de forma mucho más sostenible, consulta los detalles del Análisis del Ciclo de Vida (Metodología LCA)

Cuantificación de las Emisiones

Para cuantificar el impacto positivo generado con la carga eléctrica que estamos entregando a los vehículos, realizamos un cálculo simplificado basado en los siguientes valores medios:

  • El consumo medio de los VEB se estima en 14 KWh/100Km.
  • Para las emisiones medias del mix de generación eléctrico se toman 0.19 KgC02/KWh, en correspondencia con la estimación para el mix eléctrico español de 2019, según el Informe de Red Eléctrica Española, publicado en mayo 2020.

De los valores anteriores se infiere que un vehículo eléctrico promedio emite 2.66 Kg de C02 por cada 100 Km de recorrido.

Para el VC promedio, asumimos emisiones de 13,3 Kg de C02 cada 100 Km de recorrido, de acuerdo con la estimación del Ministerio para la Transición Ecológica en el documento Factores de emisión.

Partiendo de la distancia que puede recorrer un VEB con la carga proporcionada, calculamos la diferencia entre sus emisiones y las que corresponderían a un VC recorriendo la misma distancia, obteniendo un indicador de la cantidad de C02 que hemos evitado emitir.

Equivalencia en Árboles

Como la presencia de C02 en la atmosfera es un factor determinante para el calentamiento global, tenemos dos alternativas para combatir el cambio climático:

  1. Reducir las emisiones de C02 mediante la mejora tecnológica de nuestra actividad productiva y de desarrollo con soluciones más inteligentes y eficientes, o bien,
  2. Aumentar los sumideros de C02, que son depósitos que absorben carbono de la atmosfera y contribuyen a reducir la cantidad de C02 del aire.

Actualmente, los principales sumideros naturales son los océanos y los bosques. La cantidad de C02 que absorbe un árbol difiere de una variedad a otra, de una región a otra, incluso de un árbol a otro de la misma variedad, dependiendo de su edad, su diámetro y altura, etc. Se han realizado estudios que cuantifican esas cantidades para determinadas masas forestales, existiendo tablas de referencia por especie. Se puede consultar la "Guía para la estimación de absorciones de C02", del Ministerio para la transición ecológica.

Para cuantificar de manera más tangible el impacto positivo generado por nuestras soluciones, tanto la carga de vehículos como la generación de energía fotovoltaica, hemos considerado la estimación base de 20Kg de C02 por año que puede absorber un pino piñonero —Pinus pinea— como los que se encuentran en los bosques naturales en torno al pantano de San Juan, al sur de nuestra comunidad. Este es un indicador ampliamente aceptado como referencia para nuestra región.

En base a esta referencia, calculamos cuántos árboles serían necesarios para capturar la cantidad de C02 cuya emisión estimamos haber evitado en un periodo de tiempo similar al de nuestra medición de la carga entregada.

En la lámina a continuación presentamos los resultados de nuestra instalación de carga de vehículos eléctricos. Estos resultados están siendo medidos en línea y entregados automáticamente a nuestra web, por lo que se podrá seguir la evolución de estos indicadores en el tiempo.

Carga de Vehículos Eléctricos

actualizado: 01-12-20 - 15:30

ENERGÍA ENTREGADA

IMPACTO GENERADO

Energía fotovoltaica. Autoconsumo Solar

Producir y consumir localmente energía eléctrica para consumo propio tiene grandes ventajas para el medio ambiente, por ejemplo, se evitan pérdidas de energía que ocurrirían durante el transporte de electricidad a través de la red, y se contribuye a evitar problemas como caídas de tensión cuando surgen dificultades para abastecer grandes picos de demanda en extensas regiones.

Si además se entrega a la red la energía producida localmente y no consumida, las ventajas se multiplican. Además, al utilizar como fuente a la luz solar, que es gratuita, inagotable y limpia, estamos haciendo una gran contribución a la batalla contra el cambio climático.

Ver Energía solar fotovoltaica para más detalles.

El EcoLab cuenta con dos instalaciones de autoconsumo solar. La primera alimenta al punto de carga de vehículos eléctricos, mediante placas solares instaladas en la marquesina sobre el aparcamiento. La segunda suministra al EcoLab energía eléctrica producida con las placas situadas en la cubierta del edificio. En ambos casos, la energía producida que no es consumida in situ se entrega a la red, para ser consumida por el propio centro.

Las opciones para orientar las placas solares en la instalación de la marquesina del aparcamiento se vieron limitadas por la arquirectura de la ubicación. En cambio, la instalación en la cubierta del edificio se pudo orientar de forma óptima.

En las láminas a continuación se muestran los datos sobre la generación de energía fotovoltaica para cada una de nuestras instalaciones de autoconsumo solar, apreciádose la diferencia de rendimiento entre ellas, producto de la orientación de los paneles.

También se pueden observar las variaciones en la producción de energía según la hora del día, y hacer seguimiento de la producción mensual y a lo largo de un año. Además, se cuantifica el impacto de la energía limpia producida para autoconsumo como alternativa al consumo de energía eléctrica procedente de la red nacional.

Como todos los datos de EcoLab visualizados en esta presentación, los datos de producción de energía fotovoltaica están siendo obtenidos en línea, directamente desde nuestras instalaciones en Leganés.

Producción de Energía Fotovoltaica

6 Horas de Generación (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

EN LA CUBIERTA

EN LA MARQUESINA

Producción Fotovoltaica Acumulada

Rendimiento Comparado

30 DÍAS (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

12 MESES (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

Impacto del Autoconsumo Fotovoltaico

actualizado: 01-12-20 - 15:30

EN 30 DIAS   305237,22 KWh

EN 12 MESES 305237,22 KWh

Consumo eléctrico

El siguiente módulo del EcoLab permite monitorizar el consumo de energía eléctrica en los circuitos de iluminación y las tomas de corriente. También proporciona información de seguimiento anual, y visualiza la proporción de energía consumida que pudo ser cubierta por la producción de autoconsumo solar.

Esta monitorización nos ayuda a mejorar la gestión energética, proporcionando información sobre la electricidad que se está consumiendo en cada momento —incluida la detección de mal funcionamiento—, y facilitando la comparación de consumos para diferentes períodos y niveles de agregación.

El demostrador EcoLab ilustra cómo la creación de una red de objetos físicos y sensores —como nuestro equipamiento de medición—, en combinación con diferentes tecnologías como las interfaces de programación de aplicaciones (API) y las herramientas de gestión de bases de datos, permiten conectar los objetos físicos a internet e intercambiar información. Es lo que se conoce como un escenario de Internet de las cosas o IoT, por las siglas en ingles de "Internet of Things".

Los gráficos e informaciones que estamos visualizando en las láminas de esta presentanción web, se basan en datos obtenidos cada pocos segundos de las instalaciones físicas del EcoLab, en nuestro instituto de Leganés. Simultaneamente, se presentan resumidamente en la aplicación panel de control, también accesible en la red.

Consumo Eléctrico

Iluminación y Tomas de Corriente

3 HORAS (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

12 MESES (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

Acumulado de Consumo Eléctrico

Iluminación y Tomas de Corriente

CONSUMO

EN 12 MESES (del 01-11-20 al 01-12-20)
23.456,03 KWh

Desde Inicio (del 01-11-20 al 01-12-20)
23.456,03 KWh

CONSUMO vs PRODUCCIÓN

Del 01-11-20 al 01-12-20, el consumo de tomas e iluminación fue un 20 % de la energía fotovoltaica producida por el propio EcoLab.

Consumo vs Producción

actualizado: 01-12-20 - 15:30

Climatización y Eficiencia Energética

Un aparato, proceso o instalación es energéticamente eficiente cuando consume una cantidad inferior a la media de energía para realizar una actividad. El EcoLab implementa un seguimiento independiente de la electricidad consumida por el sistema de climatización porque este es el factor determinante para analizar la eficiencia energética de un edificio.

En las próximas láminas se muestra el consumo eléctrico ocasionado por la climatización del Labs. Se puede ver la información sobre el consumo de las últimas horas, también se provee información anual, útil para controlar el consumo teniendo en cuenta la estacionalidad de la climatización.

Nuestro objetivo de eficiencia energética es abastecer el sistema de climatización, al máximo posible, con la energía limpia producida por el propio sistema fotovoltaico del EcoLab. Por eso visualizamos la proporción de energía consumida por este concepto que pudo ser cubierta con nuestra electricidad de autoconsumo solar.

Finalmente se establece una comparación con el exigente estándar Passivehaus, que promueve la construcción de casas con bajo consumo energético, nulo si es posible, mediante:

  • Estanqueidad, conseguida gracias a la calidad térmica de los materiales utilizados en la construcción y aislamiento de paredes, ventanas, puertas, fachadas, soleras, cerramientos y cubiertas;
  • aprovechamiento de las fuentes de calor internas —por ejemplo, los dispositivos eléctricos que están en uso en el interior de la casa—, combinando una alta compacidad de la edificación con orientación y protección solar óptimas;
  • minimización de pérdidas de energía por ventilación, equipando la vivienda con un sistema mecánico de ventilación con recuperador de calor.

Lo que persiguen las construcciones “pasivas” es no hacer esfuerzos energéticos —como quemar combustible—, para producir y crear una temperatura ambiente confortable. El EcoLab cuenta con un buen aislamiento térmico debido al sellado proporcionado durante la adecuación del contenedor.

Consumo Eléctrico

Climatización

3 HORAS (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

12 MESES (actualizado: 01-12-20 - 15:30)

Acumulado de Consumo Eléctrico

Climatización

CONSUMO

EN 12 MESES (del 01-11-20 al 01-12-20)
23.456,03 KWh

Desde Inicio (del 01-11-20 al 01-12-20)
23.456,03 KWh

CONSUMO vs PRODUCCIÓN

Del 01-11-20 al 01-12-20, el consumo de tomas e iluminación fue un 20 % de la energía fotovoltaica producida por el propio EcoLab.

Consumo vs Producción

actualizado: 01-12-20 - 15:30

Eficiencia Energética Climatización

actualizado: 01-12-20 - 15:30

ECOLAB (01-11-20 - 01-12-20)

CONSUMO ANUAL: 23.456,03 KWh

ÍNDICE DE EFICIENCIA ANUAL: 23.456,03 KWh/m2

ESTANDARD PASSIVHAUS

VALOR ANUAL DE REFERENCIA: 15 KWh/m2

Ventilación Mecánica con Recuperación de Calor

El sistema de ventilación mecánica con recuperación de calor realiza un aporte signigfiativo a la eficiencia energética del EcoLab, aprovechando la propia energía del aire circulante para regular la temperatura del espacio interior.

Además, garantiza la renovación y saneamiento del aire, protegiéndonos de contaminantes de tipo biológico como virus, bacterias, mohos, hongos, y patógenos microscópicos que pueden vivir suspendidos en el aire viciado de los espacios cerrados, así como de otros contaminantes interiores, incluidos la humedad excesiva, los compuestos orgánicos volátiles, los productos de la combustión, el radón, o las propias partículas de polvo, que pueden contaminar el aire y afectar severamente la salud.

A continuación se muestran los parámetros y el estado de funcionamiento de nuestro sistema de ventilación mécanica con recuperación de calor y los parámetros de calidad del aire en el interior del contenedor EcoLab.

Ventilación Mecánica con Recuperación de Calor

actualizado: 01-12-20 - 15:30

FLUJO DE AIRE DE VENTILACIÓN

Temperatura Exterior: 18,8 oC

Temperatura Interior: 19,3 oC

CALIDAD DEL AIRE EN EL LAB

Temperatura Ambiente: 18,8 oC

Nivel Concentración C02: 973 PPM

Humedad Relativa: 49 %

 OFF     ENERGÍA RECUPERADA: 15.03 KWh

Energía Recuperada en 12 meses

actualizado: 01-12-20 - 15:30

Recuperación de Aguas Grises


La gestión de aguas residuales es una de las vías en el campo del reciclaje, donde las tecnologías pueden jugar un papel muy importante, contribuyendo a la gestión racional del agua mediante sistemas novedosos que permiten su reutilización.

El EcoLab cuenta con un sistema de almacenamiento, tratamiento y reciclaje que permite recuperar y tratar el agua procedente de los Talleres de Peluquería y Tratamientos Estéticos para reutilizarla en las cisternas de los baños.

En la próxima lámina se puede ver la información relativa al consumo de agua enviada por el EcoLab. Se puede comparar el consumo de agua procedente de la red municipal con el volumen de agua reciclada que ha sido consumido. También se facilitan los valores de consumo y ahorro durante los últimos 30 días, y el acumulado histórico desde la puesta en funcionamiento del sistema de recuperación de aguas grises en el EcoLab.

Recuperación de Aguas Grises

Consumo y Ahorro

8 HORAS (actualizado 01-12-20 - 12:23)

Consumo Red Municipal: 100 Litros

Reciclado EcoLab: 80 Litros

Ahorro: 44 %

30 DÍAS (09-11-20 - 09-12-20)

Consumo Red Municipal: 100 Litros

Reciclado EcoLab: 80 Litros

Ahorro: 44 %

DESDE INCIO (09-11-20 - 09-12-20)

Consumo Red Municipal: 100 Litros

Reciclado EcoLab: 80 Litros

Ahorro: 44 %

Red vs Reciclado este mes

actualizado: 01-12-20 - 15:30

Una cosa más...

En este proyecto hemos demostrado los fundamentos de la digitalización de la gestión inteligente de las instalaciones del I.E.S Luis Vives, sentando las bases para la obtención fluida y automática de información sobre su eficiencia y rendimiento.

Añadiendo otras tecnologías de inteligencia artificial, como las analíticas predictivas y el aprendizaje automático, en la medida en que se vaya obteniendo un volumen significativo de datos, se puede pasar a un nivel superior de sostenibilidad: La identificación de patrones de uso y rendimiento de las instalaciones que conduzcan una una gestión automática del balance entre eficiencia y confort.

Logo de la COmunidad de Madrida

Un esfuerzo colaborativo

El proyecto es una inciaitiva del IES Luis Vives que ha sido posible gracias al apoyo de la Consejería de Educación e Investigación de la Comunidad de Madrid.

Para el diseño y la ejecución del proyecto hemos tenido el honor de contar con los esfuerzos y las competencias de cuatro entidades madrileñas igualmente comprometidas con la excelencia de sus prácticas profesionales y empresariales, y con su deseo de ser socialmente responsables. Las entidades participantes son:

Logo de Zimenta
Zimenta Obras y Proyectos
ha coordinado a las entidades colaboradoras y ha llevado a cabo las tareas constructivas requeridas para el despliegue de todos los elementos del sistema, incluyendo el transporte y la adecuación del contenedor marítimo. También ha realizado la reforma del contenedor para convertirlo en el aula EcoLab, habiendo realizado el aislamiento térmico para mejorar su eficiencia energética y la fabricación de los elementos de mobiliario con materiales reciclados

Comunidad de Madrid
Zetus Soluciones Energéticas
ha estado a cargo del diseño y la ejecución de las instalaciones tecnológicas, incluidas la estación de carga de vehículos eléctricos con dos puntos de carga, la solución de auto-consumo solar con dos instalaciones de producción de energía fotovoltaica, los sistemas de climatización, de ventilación con recuperación de calor, y de recuperación de aguas grises, la instalación eléctrica, y el cableado eléctrico y de comunicaciones.

Comunidad de Madrid
AtaOyo
ha desarrollado e instalado las soluciones de medición, recogida y consolidación de datos procedentes de cada uno de los sistemas, incluyendo la gestión de una base de datos NoSQL y el envío de datos al servidor de visualización y análisis. Además, desarrolla algoritmos de inteligencia artificial que aprenderán del uso de la sala para adaptar sus condiciones ambientales a un balance óptimo entre el confort de la misma y los criterios de optimización energética.

Comunidad de Madrid
Digital Columba
ha estado a cargo de la integración del proyecto, incluyendo la interfaz de programación de aplicaciones (API) para los puntos de datos y el desarrollo de un servidor para su análisis y visualización en línea. También ha desarrollado la metodología para la cuantificación del impacto, y los contenidos metodológicos y didácticos expuestos en la presentación web del proyecto. Además, ha llevado a cabo el diseño y desarrollo de la presentación web del proyecto y el panel de control.