El 22 de noviembre de 2019, Llorenç Burgas presentó su tesis doctoral: Multivariate statistical modelling and monitoring of smart buildings. Un trabajo excelente!

Resumen:

En este mundo moderno, la energía se ha convertido en un bien necesario por no decir esencial en toda sociedad desarrollada. A medida que se han ido haciendo los avances tecnológicos y científicos de los que disfrutamos hoy en día, hemos podido ir constatando como estos dependen en mayor o menor medida de la generación, almacenamiento y distribución de las diversas energías que hoy en día se utilizan. Es por todo ello que, a lo largo de los años, la demanda de energía ha ido aumentando.

Últimamente surgen serias preocupaciones por la sostenibilidad del sistema, ya que desgraciadamente no todas las fuentes de energía que utilizamos son renovables y también hay que tener en cuenta que su uso puede producir efectos no deseados, como por ejemplo, las ya conocidas por todos emisiones de CO 2. Esta problemática ha hecho que muchos esfuerzos de investigadores en los últimos años hayan ido encaminados a mejorar los usos que hacemos de la energía, mejorar la eficiencia de los múltiples procesos ligados a la energía, o también la búsqueda de nuevas fuentes más limpias y eficientes. También ha ayudado a avanzar hacia un futuro más sostenible las nuevas regulaciones y directivas, creadas tanto por parte de la Unión Europea como de los diversos gobiernos en todo el mundo. Estas nuevas regulaciones fomentan el uso de energías renovables y tratan de incentivar la mejora de los usos que se hacen de la energía. En esta tesis nos centraremos en los usos que se hacen de las diversas energías que podemos encontrar en edificios, centrándonos especialmente en el control y la monitorización de estos usos diversos.

Una fuente de derroche de energía ha sido a menudo la falta de supervisión o control de los usos que hacemos de las energías. Muchas veces esta dejadez ha sido provocada por la complejidad que puede llegar a tener monitorizar todas las energías que se utilizan y todos los posibles usos que se hacen de estas. Incluso si acotamos el problema sólo en el marco de los edificios, aparece una clara falta de herramientas. El hecho de no tener herramientas suficientemente versátiles y potentes ha provocado desajustes en los múltiples usos que se hace de la ingente cantidad de fuentes de energía que tenemos a nuestro alcance.

Con el fin de reducir estos desajustes entre el consumo real y el esperado, en esta tesis se explora el uso de PCA (las siglas en Ingles de Análisis de Componentes Principales) como herramienta de modelado para edificios. PCA es una técnica estadística que permite modelar sistemas complejos y posteriormente monitorizarlos para detectar comportamientos anómalos respecto a las condiciones modeladas inicialmente. Los trabajos de esta tesis incluyen la adaptación de PCA para poder aprovechar todo su potencial en edificios y la verificación de la adaptación realizada mediante la aplicación en varios casos de uso.

Esta tesis se ha dividido en tareas encaminadas a conseguir una nueva metodología y una nueva herramienta para monitorizar edificios. Los resultados obtenidos durante la realización de estas tareas han derivado en tres publicaciones que han permitido la presentación de esta tesis en formato de compendio de artículos. En cada una de las publicaciones se han realizado las siguientes aportaciones al estado del arte.

En la primera publicación, se parte de la variante de PCA, MPCA (siglas en Inglés de Análisis de Componentes principales Multilineal) o Unfold-PCA que permite analizar procesos batch para adaptarla a la monitorización de edificios. En esta publicación se definen los 2 tipos de redundancia que podemos tener presentes en edificios. La redundancia en patrones temporales (diario, semanal, estacional, anual) y la redundancia en espacios físicos (habitación, apartamento, planta, edificio).

Considerando estas redundancias y asimilándolas a la redundancia temporal que tienen los procesos batch se consigue obtener nuevas maneras de modelar edificios o partes de este considerando el edificio como un todo y no como un conjunto de sistemas independientes.

La segunda publicación, se parte de la primera, donde se descubre que los edificios presentan 2 tipos de redundancias útiles para modelar. En esta segunda publicación se define el concepto de sistema granular. Un sistema granular en nuestro caso un edificio, es un sistema que presenta una o varias redundancias en el tiempo (granularidad) y/o en las variables/estructura (modularidad). Para permitir PCA, o también otras técnicas de datamining que necesitan una entrada bidimensional, aprovechar esta peculiaridad inherente en los datos se define matemáticamente una técnica de doblado y desdoblado (forma de organizar los datos en arrays N-dimensionales) que permite obtener las datos estructurados para conseguir un modelo que capture los comportamientos deseados.

La tercera publicación actualmente enviada a revista describe la implementación de las herramientas y métodos desarrollados en esta tesis como servicios web e incluidos en una aplicación web. Esta aplicación web permite totalmente en línea crear modelos PCA con los datos históricos de edificios. También permite una vez creado un modelo la posterior monitorización de datos nuevos a medida que éstos van llegando. Esta herramienta está integrada como un módulo externo a la plataforma desarrollada en el proyecto europeo HIT2GAP y permite a usuarios no expertos en PCA llevar a cabo las tareas de control y detección utilizando los modelos previamente creados por usuarios expertos en modelización.

Durante la tesis y como parte de las publicaciones se ha verificado el correcto funcionamiento de la metodología utilizando datos reales provenientes de varios edificios. A modo de resumen, se ha utilizado datos de 3 edificios diferentes (tanto arquitectónicamente como en cuanto a usos y soluciones técnicas que disponen) facilitados por el patronato de la vivienda de Barcelona, los edificios del campus de Montilivi de la Universidad de Girona y el AHU (del Inglés Air Handling Unit, equipo de climatización) del edificio Alice Perry de la Universidad Nacional de Irlanda, Galway. La colaboración con esta Universidad permitió hacer una estancia de 3 meses y solicitar la mención de doctorado internacional para esta tesis.