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IoT para Edificios Inteligentes: mudanças de paradigmas

Fonte: IoT for All - Autor: Matt Ernst

Até o momento, não houve nenhum motivo para conectar a internet aos sistemas de automação predial. HVAC, iluminação, proteção contra incêndio e outros sistemas funcionam por conta própria. Eles lêem diretamente entradas (sensores) e controlam diretamente as saídas (válvulas, ventiladores, fechaduras, luzes, etc.) para manter um prédio confortável e seguro.

Por que um gerente de instalação deve se preocupar com a "Internet das coisas" quando praticamente todos os edifícios existentes funcionam bem quando não estão conectados a nenhuma rede externa?

Assim, perguntamos se a IoT (Internet ds Coisas) e os "Edifícios Inteligentes" são apenas um hype de marketing ou podem realmente fornecer valor aos proprietários, gestores e operadores de edifícios? Por que a internet é valiosa para controlar e gerenciar edifícios? Aqui está uma perspectiva do veterano da indústria de automação de edifícios:

"No contexto de edifícios e BMS [sistemas de automação de edifícios], por um lado, temos uma instalação (ou muitas instalações) que são autônomas no sentido de que o seu BAS já opera e gerencia as instalações. O que gostaríamos de fazer é permitir que programas fora da instalação tenham acesso à informação e, possivelmente, até mesmo providenciem metas de alto nível aos controladores dentro das instalações. Em outras palavras, permitir que programas externos façam uso de nosso tesouro de informação. Existem muitos aplicativos para este tipo de acesso: mineração de dados, manutenção, otimização, planejamento, etc. O ponto da IoT não é dizer quais são essas aplicações, mas permitir o uso da Internet para obter acesso a ela. Ao mitigar as barreiras de tempo e de lugar, a IoT permite a criação de novas classes de aplicações que teriam sido extremamente difíceis ou impossíveis antes ". (Dave Fisher, Polarsoft)

No entanto, a indústria IoT em geral tem um ponto de vista radicalmente diferente. A definição de livro-texto da IoT é "a interconexão através da Internet de dispositivos informáticos incorporados em objetos cotidianos, permitindo que eles enviem e recebam dados".

Para muitas indústrias, o valor da Internet das coisas está em conectar e controlar o que ainda não está conectado e controlado. No entanto, a maioria dos edifícios existentes hoje possui redes internas robustas que se comunicam com dispositivos que estão executando funções úteis.

Então, por que os defensores do IoT incluem "edifícios inteligentes" como um caso de uso típico? Para a maioria na indústria de gerenciamento de instalações, os prédios não parecem um ajuste muito bom para o IoT.

Citação:"As previsões de crescimento de IoT tendem a mostrar os edifícios como um componente chave para o crescimento exponencial previsto dos dispositivos conectados." Bill Pardi, Microsoft

Ver gráfico abaixo



Essas previsões geram principalmente suspeitas no mundo dos gerentes de instalações. Para  que todos esses sensores conectados à Internet serão utilizados?

Ao contrário dos casos de uso em todo o resto da paisagem IoT, as "coisas" que compõem os componentes mecânicos e elétricos dos edifícios não são burras. Todos estão conectados e estão sendo usados ​​para fazer atividades úteis. A internet simplesmente não está envolvida de forma alguma. Como diz Dave Fisher,

"[Os edifícios] possuem equipamentos caros e que utilizam energia e muito mais. Esse equipamento contém muitos dispositivos de controle baseados em microcomputadores individuais que controlam e gerenciam todos os tipos de diferentes equipamentos físicos, mecânicos, iluminação, segurança, laboratórios, etc. Todos esses dispositivos precisam ser cuidadosamente comprados, instalados, comissionados, operados. e mantidos. Os seres humanos estão envolvidos em todas essas etapas, e isso não vai mudar em breve ... Há um equívoco comum sobre o IoT que, de alguma forma, é um substituto do BAS existente. Isso simplesmente não é verdade, e seria uma má idéia"

Então, se tudo estiver bem e bom, então por que o crescimento exponencial em dispositivos conectados? Que problemas eles poderiam resolver?

Bem, a primeira pergunta que precisa ser feita é: quais são os problemas que precisam ser resolvidos? A maioria dos edifícios atende seu objetivo de proporcionar ambientes de trabalho e de vida saudáveis, seguros e confortáveis para seus ocupantes?

A resposta em muitos casos é não. Há uma série de maneiras pelas quais os edifícios podem melhorar.

Conforto:
A maioria dos edifícios ainda são desconfortáveis ​​para seus ocupantes. Pesquisas e estudos recentes sugerem que a maioria dos edifícios não atende ao padrão da indústria para o conforto dos ocupantes (ASHRAE 55). Se você já trabalhou em um prédio de escritórios comercial que é de alguma forma muito frio no verão e muito quente no inverno, você pode ter chegado a esta mesma conclusão.

Manutenção:
O equipamento mecânico e elétrico quebra e permanece quebrado por longos períodos de tempo, às vezes sem que a equipe da instalação fique ciente que está quebrado. Isso combina com uma variedade de questões.

O equipamento em condições precárias pode potencialmente criar preocupações com a saúde e segurança, especialmente para instalações críticas, como hospitais e laboratórios. Alguns estudos sugerem que a manutenção reacionária ou corretiva atormenta tanto pessoal de manutenção que leva até 98% por cento do tempo, deixando apenas uma pequena fração para a manutenção preventiva.

Consumo de energia:
Os edifícios representam 40% das emissões globais de GEE e permanecem teimosamente ineficientes. A comunidade de engenharia buscou agressivamente novas tecnologias e abordagens para reduzir o consumo de energia dos edifícios desde a década de 1970 e conseguiu fazer melhorias incrementais. No entanto, há um longo caminho a percorrer.

Uma lista completa das críticas à indústria poderia ser o tema de muitos artigos, mas vou parar e pular para propor soluções. Existe claramente um ímpeto para identificar novas maneiras de melhorar os resultados dos sistemas de edifícios (HVAC, iluminação, proteção contra incêndio, segurança).

A indústria possui capacidade de evolução e melhoria. Por exemplo, considere que há 15 anos, o primeiro edifício em Chicago foi certificado LEED. Agora, há  mais de mil edifícios certificados LEED em Chicago que estão fazendo avanços em direção a práticas operacionais mais sustentáveis ​​e centradas nos ocupantes. Essa é uma boa taxa de adoção sustentada de uma abordagem inovadora para os edifícios operacionais.

Então, se houver espaço para melhorias, e a indústria mostrou que está disposta a adotar novas práticas, então, quais são as melhores maneiras de resolver os problemas que a indústria enfrenta? As forças inovadoras maiores de outras indústrias podem se mover para o espaço de construção? A Internet ou "Internet das coisas" fazem com que os edifícios funcionem melhor?

Sim! Claro! Mas as abordagens semelhantes a IoT serão muito diferentes das outras indústrias. Aqui está uma coleção das melhores idéias "IoT" que eu tenho ouvido no setor. Observe que você não verá "adicionar novos sensores em tudo e conectá-los à internet".

Abrindo o "tesouro" da construção de dados operacionais

A execução de um edifício precisa se tornar um processo direcionado por dados. As plataformas de análise como SkySpark, CopperTree e outros podem extrair dados de equipamentos existentes e produzir informações úteis para que os gerentes de instalações tomem melhores decisões operacionais. O próximo passo lógico para operar de forma mais eficiente é usar a grande quantidade de dados operacionais que atualmente não são utilizados pelos sistemas de controle de construção existentes.

A enorme massa de dados gerada pelos sistemas de automação de edifícios pode ser constantemente monitorada e analisada para encontrar problemas operacionais em andamento (áreas problemáticas a quente, equipamentos ineficientes, sensores ou válvulas quebrados, equipamentos que não desligam).

Encontrar problemas usando um sistema de automação existente é uma tarefa que não só requer um conjunto de habilidades especial, mas assume um grande compromisso de tempo contínuo dos operadores. A maioria dos operadores de edificações não tem tempo para encarar a tela do computador BMS durante todo o dia e pesquisar dados históricos de tendências.

Ao automatizar a análise desses dados e transformá-los em idéias acionáveis, os operadores e gestores podem ser liberados para se concentrar em solucionar problemas, não procurando encontrá-los.

Usando a nuvem para melhorar a infraestrutura do sistema de automação de edifícios

Existe um grande potencial em gerenciar edifícios de forma conjunta. Universidades, governos, grandes instalações comerciais, entre outros, realizaram gestões mais eficientes assim por anos. A maioria precisa ter uma central de comando do sistema de automação onde eles empregam um operador em tempo integral que identifica problemas operacionais e aciona equipes de acordo com a necessidades. A maioria dos edifícios comerciais independentes não tem essa vantagem.

Virtualização - Há muitos edifícios que usam um computador desktop para ser um servidor e um cliente. Um computador tão antigo quanto o edifício geralmente executa o aplicativo, os gráficos e o banco de dados do sistema de automação. Sem mencionar, se a instalação é gerenciada por uma organização com um grupo de TI, muitas vezes desconhecem esse computador autônomo e raramente é corrigido. Isso pode se tornar uma grande ameaça à segurança cibernética. Por que não virtualizá-lo na nuvem? Esta tornou-se uma tendência emergente, mas ainda não conseguiu se tornar efetiva.

Segurança cibernética - a maioria dos sistemas de automação de edifícios são antigos. Eles geralmente não são atualizados até que um upgrade importante seja absolutamente necessário ou algo quebra. A vulnerabilidade da IoT pode causar medo suficiente aos proprietários dos edifícios para fazer algo sobre a segurança cibernética, mas a verdade é que os últimos 30 anos de sistemas de automação não garantidos já deveriam ter sido suficientes para fazê-lo.

Padronização de dados e aplicativos - Se você pode padronizar a saída de dados dos sistemas de automação, você pode começar a escrever aplicativos comuns para analisar esses dados de maneiras úteis. Existem inúmeros fornecedores de BMS (Honeywell, Johnson Controls, Siemens, etc.) e eles não atuam muito bem em conjunto. Eles mantêm seus dados do sistema de automação proprietários ou tornam difícil extrair seus dados de maneira útil. A comunidade de integração de sistemas colocou muito trabalho nos últimos 20 anos para criar soluções para esse problema mas os resultados ainda são incipientes

Novas entradas - Expandir o alcance de BMS

As novas fontes de informação podem ser digitalizadas e usadas para informar a operação de edifícios de novas formas inovadoras? Um exemplo disso é o aplicativo Comfy.

Operadores gastam uma quantidade significativa de seu tempo respondendo a chamadas, importantes ou não, de usuários em seus prédios. O processo de tratamento das reclamações de conforto dos ocupantes sempre foi o mesmo. A equipe da instalação recebe um telefonema, depois coloca-a em uma lista, e vai e investiga o problema potencial.

Novas tecnologias revolucionaram a experiência do usuário de ser um ocupante do prédio, além de rastrear e analisar chamadas quentes / frias. Anteriormente, os ocupantes tinham pouco ou nenhum controle direto sobre seu ambiente e os operadores da edificações tinham pouco ou nenhum dado para entender o quão confortável estavam seus ocupantes. Agora se torna possivel atender ambos requisitos.

A capacidade de um ocupante usar um aplicativo para controlar diretamente a HVAC do prédio é a coisa mais próxima da definição de livros didáticos do IoT para edifícios inteligentes que existe. Não é necessário nenhum novo dispositivo conectado.

Há uma grande oportunidade para que os edifícios adotem novas tecnologias para resolver alguns dos problemas mais irritantes da indústria. No entanto, o valor no IoT para edifícios inteligentes provavelmente não estará na adição de milhões de novos sensores conectados à Internet, mas em novas aplicações de software que usam dados já disponiveis dos equipamentos existentes para que os edifícios funcionem melhor.

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