D11.2_EFICIEX SYSTEM. SAN LAZARO MONITORING. During 2014 a new San Lázaro monitoring system were developed by EDEA RENOV team. This new system’s name is EFICIEX. EFICIEX is a complete monitoring and advisor system based on Arduino and Raspberry Pi technologies that allows dwellers to know their power, gas and energy consumption also their indoor and outdoor temperature and moisture and indoor air quality. Finally we have developed a IOS and Android APP in order to give recommendations and alerts to the EFICIEX users when something important is happening such as high energy consumption, where open and close windows to improve air quality, recommendations to decrease their consumption, etc.

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ÍNDICE.

1. RESUMEN. ............................................................................................................. 3

2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA EFICIEX. ..................................................................... 4

3. ESQUEMA GENERAL DEL SISTEMA ........................................................................ 7

4. BASE DE DATOS Y SERVIDOR ................................................................................. 8

5. APLICACIÓN MÓVIL. ............................................................................................ 10

6. INSTALACIÓN Y MONTAJE ................................................................................... 14

7. LECTURAS Y RECOGIDA DE DATOS ...................................................................... 16

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1. RESUMEN. El Proyecto EDEA Renov tiene como objetivo principal mejorar y fomentar la eficiencia energética de las rehabilitaciones de las viviendas sociales existentes en el parque edificado de Extremadura. Para poder medir la eficacia real de las mejoras energéticas en las rehabilitaciones debemos de instalar un sistema de medición de los principales valores de consumo energético y confort térmico. Para conseguir un equipo que vaya más allá, que no sólo lea la información, sino que sea capaz de traducir los datos de los sensores a consejos útiles y fáciles de entender por los usuarios de las viviendas el equipo de EDEA RENOV ha desarrollado EFICIEX. EFICIEX es el primer sistema inalámbrico, de bajo coste y de código abierto, desarrollado por una institución gubernamental que tiene como objetivo reducir el consumo energético y de agua así como mejorar el confort de los usuarios de sus viviendas a través de la medición del consumo eléctrico, de gas, de agua y la medición de temperatura, humedad y calidad del aire. La combinación de todos estos datos da como resultado una serie de datos que pueden ser tratados para convertirlos en avisos y recomendaciones útiles para los usuarios. Algunas de estas recomendaciones nos avisan cuando abrir y cerrar las ventanas de casa para tener buena calidad del aire sin perjudicar la temperatura interior, cuando tenemos consumos elevados de energía, cuando pueden existir situaciones de emergencia en casa como incendios, cortes de electricidad o pérdidas de agua a través de las tuberías y otros muchos consejos más que se van desarrollando en cada nueva versión del software y las aplicaciones móviles en Android y IOS. EFICIEX es un resultado de EDEA Renov pero tiene una proyección más allá del proyecto. EFICIEX usa la experiencia de múltiples plataformas de código abierto como openenergymonitor.org, adafruit.com o arduino.com pero el ajuste de su programación e interfaz ha sido ideado para dar respuesta a las necesidades de usuarios de viviendas sociales en Extremadura y en Europa en general por lo que el objetivo es continuar con su desarrollo añadiéndole nuevas funcionalidades y mejorando sus software y hardware.

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2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA EFICIEX. EFICIEX se basa en 2 tecnologías de código abierto: Arduino y Raspberry Pi. Raspberry Pi es un ordenador de placa reducida o (placa única) (SBC) de bajo coste, desarrollado en Reino Unido por la Fundación Raspberry Pi, con el objetivo de estimular la enseñanza de ciencias de la computación en las escuelas. Este ordenador de tan sólo 30€ es perfecto para funcionar como estación base del sistema de monitorización. Esta base se conecta a internet y es capaz de enviar los datos en tiempo real al servidor http://eficiex.gobex.es y además también almacena los datos en su memoria. Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. Esta plataforma hardware sirve de base para diferentes sensores: calidad de aire, temperatura y humedad, consumo eléctrico, consumo de agua y de gas. Los dispositivos han sido diseñados basándose en diferentes plataformas de código abierto, destacando http://openenergymonitor.org como plataforma principal de código abierto utilizada para diseñar y generar el firmware de los dispositivos desarrollados. Sensores eficiex. De izquierda a derecha: Sensor de confort interior (temperatura, humedad y calidad del aire), Sensor de confort exterior (temperatura y humedad), estación base (Raspberry Pi), Sensor de consumo de agua-gas y sensor de consumo eléctrico. Los principales objetivos marcados al desarrollar estos dispositivos fueron: 1 – Abaratar el sistema de medición hasta conseguir un equipo de medida de coste inferior a 300€ por vivienda. 2 – Desarrollar un sistema de medición que reuniera todas las mediciones de confort y energía de la vivienda: Temperatura, Humedad, y Calidad del aire, Consumo eléctrico, Consumo de Agua y Consumo de Gas. El sistema debía integrar sensores de bajo coste y de bajo consumo. 3– Que todos los sensores sean inalámbricos para posibilitar su fácil instalación y su integración en la vivienda. En la mayoría de los casos los equipos son a pilas, excepto la estación base que va conectada al router de internet y el sensor de calidad del aire que debe estar enchufado.

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4 – Se ha desarrollado un servidor dedicado del Gobierno de Extremadura ubicado en http://eficiex.gobex.es el cual almacena todos los datos capturados por las viviendas monitorizadas con este sistema. Este servidor también contiene información actualizada sobre los precios de agua, electricidad y combustibles para poder aportar datos aproximados de precios a los usuarios.

Este servidor también facilita información en forma de gráficas a los usuarios más avanzados que quieran conocer datos a través de sus ordenadores. Esta información se configura en una consola con gráficas, datos en tiempo real, valores históricos e incrementales, según cada caso.

Ejemplo de consola de control de los datos de monitorización de un usuario: http://eficiex.gobex.es/davidcarvajaljusto

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5 – Para facilitar el uso del sistema de monitorización a cualquier usuario se han desarrollado 2 aplicaciones para dispositivos móviles (Android y iOS) con el objetivo de dar a los usuarios mejores funcionalidades para la consulta de datos de monitorización y dar un servicio de recomendaciones, avisos y alarmas destinado a maximizar el uso de los dispositivos EFICIEX. Algunos de los avisos y recomendaciones básicas son entre otros:

- Avisar de consumos exagerados, que pueden estar relacionados con fallos en el funcionamiento, averías o mal uso.

- Aviso de incendio gracias al sensor de confort interior. - Recomendaciones de cambio de equipos en el caso de consumos puntuales altos. - Recomendaciones para la disminución del stand-by del consumo eléctrico de la

vivienda. - Recomendaciones para el cambio de factura eléctrica o de gas, incluso para el cambio

de combustible según la valoración de precios y precios del mercado. La aplicación móvil tiene la funcionalidad de un asesor energético electrónico gracias a su programación y a los sensores que el sistema integra. El sistema es modular, de modo que se puede adaptar a viviendas muy pequeñas, integrando un número pequeño de sensores, pero también a viviendas grandes con varios consumos y múltiples sensores del mismo tipo.

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3. ESQUEMA GENERAL DEL SISTEMA El sistema EFICIEX se basa en 3 pilares fundamentales:

- Sistema de monitorización - Base de datos de la información recogida. - Aplicación móvil para IOS y Android.

1- SISTEMA DE MONITORIZACIÓN El sistema de monitorización propuesto es un sistema modular donde cada una de las bases del sistema puede albergar hasta 256 puntos a una distancia máxima aproximada de 20 metros de distancia. Cada usuario puede llegar a tener tantas estación base como sean oportunas, con la advertencia de que cada estación debe configurarse con la misma contraseña API (APIkey) para que puedan enviar datos a la misma cuenta en el servidor de la base de datos.

Esquema general del sistema de monitorización

(http://prezi.com/q1hesd1ncitb/?utm_campaign=share&utm_medium=copy&rc=ex0share) El sistema de monitorización propuesto esta basado en el trabajo realizado por la comunidad http://openenergymonitor.org y ha sido completado con diferentes mejoras: Sensor de consumo de agua, sensor de consumo de gas, sensores de calidad del aire entre otras. En casos en los que no exista internet en la vivienda a monitorizar se ha experimentado con diferentes posibilidades como la conexión de internet mediante GPRSM/3G o la realización de radio enlaces wifi a través de antenas que transmiten internet a través de barrio completos. Esta experiencia ha sido probada tanto en el Barrio de San Lázaro como en el de Santa Engracia con excelentes resultados.

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4. BASE DE DATOS Y SERVIDOR Para la gestión y servicio del sistema de monitorización se ha alojado la aplicación “emoncms” desarrollada por el colectivo http://openenergymonitor.org dentro de un servidor propio del Gobierno de Extremadura. Este servidor tiene la siguiente http://eficiex.gobex.es y desde el mismo se pueden realizar las siguientes gestiones:

1- Dar de alta a nuevos usuario del sistema EFICIEX. Esta labora debe realizarse por los administradores del servidor.

2- Consultar los datos actuales del sistema de monitorización. Esta información está

reservada a los usuarios del sistema de monitorización y requiere un usuario y contraseña para su consulta.

3- Consultar lo datos actuales e históricos mediante gráficas en el panel de mandos de la

propia herramienta. Este panel de mandos ha sido configurado por los técnicos del proyecto EDEA Renov y puede ser editado por cualquier usuario, aunque no es recomendable su edición. El panel de mando se configurará como público, pero en caso de necesidad puede ser una información privada. Se puede consultar un ejemplo del aspecto de este panel en: http://eficiex.gobex.es/davidcarvajaljusto

4- El servidor también alberga datos importantes para la aplicación móvil del sistema

EFIEX, algunos de los datos almacenados son: a. Precio actualizado de los combustibles en Extremadura según el cada caso:

kWh eléctrico normal, kWh eléctrico TUR, kWh gas, kWh butano, etc... Los precios almacenados se expresan en céntimos de euro por kWh [c€/ kWh].

b. Precios fijos relacionados con la energía como: Tarifa fija gas, tarifa fija eléctrica, término de potencia contratada, alquiler de contador etc... Los precios almacenados se expresan en céntimos de euro al día (c€/día).

Todos los precios y tasas son actualizados periódicamente por el equipo de la Consejería de Fomento según se vayan actualizando cada uno de los costes recogidos en la plataforma, con el objetivo de que siempre se le dé al usuario la aproximación más precisa.

Este servidor también albergará futuras mejoras del sistema EFICIEX que contemplen nuevas funcionalidades que actualmente no tiene el sistema. Algunas de las mejoras contempladas por EFICIEX una vez finalizado su prototipo son:

1- Actualización de los precios de la energía eléctrica de manera automática según datos de la oficiales de precios voluntarios para el pequeño consumidor publicados por Red Eléctrica Española (http://www.esios.ree.es/web-publica/pvpc/) u otras fuentes de actualización automática de precios.

2- Análisis avanzado de usos y consumos de los usuarios para poder otorgar consejos

a largo plazo, algunos ejemplos de los consejos que se podrían dar gracias a estas mejoras son:

a. Cuándo y cómo reemplazar sistemas constructivos, instalaciones o

electrodomésticos basándonos en los datos recogidos por los sensores.

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b. Análisis de datos de confort, consumo y preferencias del usuario para recomendar hábitos de uso combinados para ahorro energético: Horarios diarios precisos para abrir y cerrar ventanas, encendido y apagado de calefacción o refrigeración, iluminación artificial, etc.

c. Análisis de curvas de consumo para determinar comportamientos

complejos en la vivienda. Ejemplo: determinar el arranque y paro de un electrodoméstico concreto de alto consumo (por ejemplo lavadora o secadora) y poder dar recordatorios de su funcionamiento.

3- Control domotizado de circuitos eléctricos, electrodomésticos e iluminación desde

el sistema EFICIEX (aplicación web y aplicación móvil). 4- Que el sistema contemple la posibilidad de acometidas eléctricas trifásicas e

intensidades eléctricas por encima de 100ª

5- Mejoras en la protección de datos y gestión de cuentas de usuario.

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5. APLICACIÓN MÓVIL. Para facilitar y popularizar el uso de la herramienta EFICIEX se ha desarrollado un aplicación móvil para los sistemas operativos más populares (iOS y Android). Esta aplicación pone al alcance de cualquier usuario, mediante preguntas sencillas, información sobre su consumo energético convertido a euros. La información que requiere la aplicación de parte del usuario son:

1- Contraseña API de 32 dígitos de su sistema de sensores EFICIEX. 2- Potencia eléctrica contratada (actualmente sólo se contemplan instalaciones

monofásicas). 3- Tipo de combustible para calentamiento de ACS o calefacción: gas natural, propano,

butano, gasóleo o biomasa. Si no se especifica combustible se entenderá que la vivienda sólo consumo energía eléctrica.

Con esta información, la aplicación gestionará la base de datos remotamente gracias a sus permisos otorgados por la contraseña API de 32 dígitos facilitada por el usuario. Si existiera algún problema durante la configuración la aplicación tiene un correo de contacto eficiex@gobex.es donde poder hacer cualquier tipo de consulta.

Introducción de contraseña API Menú principal de EFICIEX

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Datos instantáneos de las viviendas Menú de datos históricos

Datos históricos mensuales Datos históricos mensuales (arriba) y diarios (abajo)

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Menú de gastos Gasto de electricidad por meses de un año

Gastos de electricidad por días de un mes Gastos eléctrico diario.

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Menú de configuración Datos eléctricos a configurar

Datos de combustible a configurar Contacto y soporte

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6. INSTALACIÓN Y MONTAJE El montaje de los sensores inalámbricos es especialmente sencillo. Los únicos equipos que necesitan montaje son los sensores de consumo eléctrico y de consumo de agua y gas.

Instalación de sensor de consumo eléctrico en cuadro existente. La medición de consumo eléctrico se realiza mediante una pinza amperimétrica de pequeñas dimensiones que se aloja en el cuadro,

Instalación de sensor de consumo de agua y consumo de gas en caldera de butano convencional. Todo el montaje es enroscado, no requiere soldadura ni obra. Es compatible tanto con calentadores de combustible como con termos eléctricos. Se instala también en contadores de agua de cualquier tipo con el mismo sistema.

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La instalación del sensor de confort interior consiste en enchufar el sensor directamente en un enchufe (la señal se envía inalámbricamente). La instalación del sensor de confort exterior es inalámbrico y a pilas, sólo requiere alojarse donde se desee. La autonomía mínima de los sensores a pilas es de al menos 1 año y las pilas que consume pueden ser recargables. Los dispositivos a pilas consumen 2 pilas AA (sensor de consumo de agua y gas, y sensor de confort exterior) o 3 pilas AA (sensor de consumo eléctrico). El tiempo aproximado de montaje son 45 minutos por vivienda y las herramientas necesarias son 1 llave inglesa y un destornillador.

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7. LECTURAS Y RECOGIDA DE DATOS Debido a la optimización en el desarrollo de todo el sistema EFICIEX y la búsqueda de la generar un sistema completo: hardware, software, y aplicación móvil. La captura de datos de las viviendas del Barrio de San Lázaro que han servido como piloto para el testeo de los equipos han estado monitorizadas sólo 3 meses (desde finales de septiembre 2014 a Diciembre 2014). Durante estas fechas se han recogido los siguientes datos: TEMPERATURA Y HUMEDAD (comparativa interior y exterior)

La temperatura media de finales de Septiembre y principios de Octubre estaba en torno a los 25ºC, tanto en el interior, como en el exterior. A partir de finales de octubre la temperatura bajo hasta los 15ºC de temperatura exterior de media, en esta situación, las viviendas redujeron su temperatura a los 20ºC de media. En Diciembre la temperatura exterior media baja hasta los 10ºC y la temperatura de la vivienda, que no tienen sistema de calefacción centralizado, tienen una temperatura media de 15ºC.

Ejemplo de gráfico de Humedad (arriba) y Temperatura (abajo) interior y exterior en una de las viviendas de San Lázaro durante el mes de Diciembre.

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La humedad relativa tiene un comportamiento similar a la temperatura. Tiene un comportamiento idéntico durante los meses de Septiembre y Octubre en el interior y el exterior, oscilando en torno al 55% de humedad. A partir del mes de Noviembre la humedad exterior sube hasta el 75% de media y la humedad interior oscila en torno al 60%. En el mes de Diciembre la humedad exterior sube en algunos días hasta el 85% y la humedad interior sube hasta el 65% en algunos casos.

CALIDAD DEL AIRE. La calidad del aire de las viviendas ha ido empeorando según se iba acercando el invierno. Durante el mes de Octubre la calidad del aire raramente superó los 1000 p.p.m. A partir de Noviembre, la calidad del aire empeoró por encima de los 1200 p.p.m. a diario, esto era debido a que la ventilación en las viviendas descendió para protegerla de las bajas temperaturas. En Diciembre la calidad del aire empezó a superar los 3000 p.p.m en algunos momentos del día.

La calidad del aire en las viviendas fluctúa claramente a lo largo del día. Durante la noche asciende linealmente hasta situarse en su máximo sobre las 7:00. Entre las 8:00 y las 10:00 las familias suelen ventilar la vivienda de 1 a 2 horas diariamente y la concentración de CO2 desciende, pero también desciende la temperatura drásticamente (unos 5ºC en los días de invierno).

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EFICIEX es un dispositivo muy útil para avisar a los usuarios cuando ventilar su vivienda, mejorar el confort para no sobre ventilar la vivienda y mejorar la calidad del aire en la vivienda evitando problemas de salud a largo plazo. CONSUMO ELÉCTRICO. El consumo eléctrico de las viviendas estudiadas en el Barrio de San Lázaro es bajo (unos 200 kWh/mes de media anual). Tanto la cocina como el ACS se calientan mediante gas butano, por lo que el consumo eléctrico principalmente se gasta en resistencias eléctricas para calefacción y electrodomésticos. El consumo durante los 3 meses de estudio ha presentado un aumento estacional durante los meses de invierno al ser la calefacción eléctrica.

El consumo diario aproximado durante los meses de invierno es de 10 kWh en los días de mayor consumo, y de 5 kWh en los días de menor uso de la vivienda. Existen picos de consumo entre 1500 y 2000 W debido a consumos puntuales de resistencias eléctricas (radiadores, secadores de pelo, freidoras o planchas) y el consumo base se sitúa en torno a 50W. Se observan consumos intermitentes de televisión y frigorífico en torno a los 200W.

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EFICIEX permite además valorar económicamente el gasto económico del usuario, por lo que puede descender su factura gracias a disminuir el término de potencia, reducir los consumos en los momentos de mayor gasto y evaluar sus hábitos para reducirlos. EFICIEX además les da una serie de avisos para disminuir su consumo facilmente al informarlos de variaciones bruscas en los consumos, al superara una potencia prefijada o un consumo diario preestablecido. CONSUMO DE COMBUSTIBLE. El consumo de combustible de las viviendas de San Lázaro se destina al agua caliente sanitaria de la casa (ACS) tanto para aseo personal como para cocina y limpieza. El uso que tiene es intermintente y principalmente durante uso diurno. Los consumos más altos han sido de unos 0.5 kWh por minuto. El reemplazo de botella de butano ha sido de 1 al mes aproximadamente. El consumo medio mensual de combustible de las viviendas ha sido de 139 kWh (aproximadamente 1 bombona de media al mes).

El sensor de consumo de combustible ha sido el que más avance a tenido y sobre el que se sigue trabajando para optimizar su funcionamiento y aumentar sus prestaciones.