Analyzing and Computing the Sustainability Gains of Building Automation

Smart home implementation in residential buildings promises to optimize energy usage and save significant amount of energy simply due to a better understanding of user's energy usage profile. Apart from the energy optimisation prospects of this technology, it also aims to guarantee occupants significant amount of comfort and remote control over home appliances both at home locations and at remote places. However, smart home investment just like any other kind of investment requires an adequate measurement and justification of the economic gains it could proffer before its realization. These economic gains could differ for different occupants due to their inherent behaviours and tendencies. Thus it is pertinent to investigate the various behaviours and tendencies of occupants in different domain of interests and to measure the value of the energy savings accrued by smart home implementations in these domains of interest in order to justify such economic gains. This thesis investigates two domains of interests (the rented apartment and owned apartment) for primarily two behavioural tendencies (Finland and Germany) obtained from observation and corroborated by conducted interviews to measure the payback time and Return on Investment (ROI) of their smart home implementations. Also, similar measures are obtained for identified Australian use case. The research finding reveals that building automation for the Finnish behavioural tendencies seems to proffers a better ROI and payback time for smart home implementations.

Implementation of a building automation system based on semantic modeling

This paper presents an Ontology-Based multi-technology platform designed to avoid some issues of Building Automation Systems. The platform allows the integration of several building automation protocols, eases the development and implementation of different kinds of services and allows sharing information related to the infrastructure and facilities within a building. The system has been implemented and tested in the Energy Efficiency Research Facility at CeDInt-UPM.

Front end development for building automation systems using JavaScript Frameworks

Automation technologies are widely acclaimed to have the potential to significantly reduce energy consumption and energy-related costs in buildings. However, despite the abundance of commercially available technologies, automation in domestic environments keep on meeting commercial failures. The main reason for this is the development process that is used to build the automation applications, which tend to focus more on technical aspects rather than on the needs and limitations of the users. An instance of this problem is the complex and poorly designed home automation front-ends that deter customers from investing in a home automation product. On the other hand, developing a usable and interactive interface is a complicated task for developers due to the multidisciplinary challenges that need to be identified and solved. In this context, the current research work investigates the different design problems associated with developing a home automation interface as well as the existing design solutions that are applied to these problems. The Qualitative Data Analysis approach was used for collecting data from research papers and the open coding process was used to cluster the findings. From the analysis of the data collected, requirements for designing the interface were derived. A home energy management functionality for a Web-based home automation front-end was developed as a proof-of-concept and a user evaluation was used to assess the usability of the interface. The results of the evaluation showed that this holistic approach to designing interfaces improved its usability which increases the chances of its commercial success.

Building intelligence open systems (BIOS)

Os edifícios estão a ser construídos com um número crescente de sistemas de automação e controlo não integrados entre si. Esta falta de integração resulta num caos tecnológico, o que cria dificuldades nas três fases da vida de um edifício, a fase de estudo, a de implementação e a de exploração. O desenvolvimento de Building Automation System (BAS) tem como objectivo assegurar condições de conforto, segurança e economia de energia. Em edifícios de grandes dimensões a energia pode representar uma percentagem significativa da factura energética anual. Um BAS integrado deverá contribuir para uma diminuição significativa dos custos de desenvolvimento, instalação e gestão do edifício, o que pode também contribuir para a redução de CO2. O objectivo da arquitectura proposta é contribuir para uma estratégia de integração que permita a gestão integrada dos diversos subsistemas do edifício (e.g. aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), iluminação, segurança, etc.). Para realizar este controlo integrado é necessário estabelecer uma estratégia de cooperação entre os subsistemas envolvidos. Um dos desafios para desenvolver um BAS com estas características consistirá em estabelecer a interoperabilidade entre os subsistemas como um dos principais objectivos a alcançar, dado que o fornecimento dos referidos subsistemas assenta normalmente numa filosofia multi-fornecedor, sendo desenvolvidos usando tecnologias heterogéneas. Desta forma, o presente trabalho consistiu no desenvolvimento de uma plataforma que se designou por Building Intelligence Open System (BIOS). Na implementação desta plataforma adoptou-se uma arquitectura orientada a serviços ou Service Oriented Architecture (SOA) constituída por quatro elementos fundamentais: um bus cooperativo, denominado BIOSbus, implementado usando Jini e JavaSpaces, onde todos os serviços serão ligados, disponibilizando um mecanismo de descoberta e um mecanismo que notificada as entidades interessadas sobre alterações do estado de determinado componente; serviços de comunicação que asseguram a abstracção do Hardware utilizado da automatização das diversas funcionalidades do edifício; serviços de abstracção de subsistemas no acesso ao bus; clientes, este podem ser nomeadamente uma interface gráfica onde é possível fazer a gestão integrada do edifício, cliente de coordenação que oferece a interoperabilidade entre subsistemas e os serviços de gestão energética que possibilita a activação de algoritmos de gestão racional de energia eléctrica.

Open multi-technology building energy management system

Energy Efficiency is one of the goals of the Smart Building initiatives. This paper presents an Open Energy Management System which consists of an ontology-based multi-technology platform and a wireless transducer network using 6LoWPAN communication technology. The system allows the integration of several building automation protocols and eases the development of different kind of services to make use of them. The system has been implemented and tested in the Energy Efficiency Research Facility at CeDInt-UPM.

Estudo de tecnologias domóticas e a sua aplicação em projectos

Actualmente a área da domótica (automação de casas e edifícios) encontra-se em franca expansão, com principal relevância nos países mais desenvolvidos, com um crescimento de mercado de mais de 10% ao ano. Existem inúmeras razoes para a crescente implantação da domótica em edifícios, entre as quais a maior eficiência energética, o aumento da segurança e a redução do custo de aquisição das tecnologias. No que diz respeito as habitações particulares, acrescenta-se essencialmente o aumento do conforto devido ao grau de automação trazido pela domótica. Apesar da domótica não ser uma área cientifico-tecnológica recente, a rápida evolução das tecnologias associadas, nomeadamente a nível das redes de comunicação com e sem fios, foi uma das razoes fundamentais para a elaboração desta Tese. Acresce o facto de o candidato estar actualmente envolvido profissionalmente na área, pelo qual esta Tese assume uma particular importância. Realizou-se um estudo comparativo das tecnologias de domótica mais relevantes, escolhidas quer pelas suas características técnicas quer pela sua implantação de mercado e potencial futuro - KNX/EIB, LonWorks, HomePlug, ZigBee e Z-Wave. Destas, comprovou-se que as duas primeiras são aquelas que, actualmente, tem maior adequabilidade para serem aplicadas em projectos de domótica. Foi por isso efectuado um estudo mais elaborado das tecnologias LonWorks e KNX/EIB, incluindo a forma pratica de instalação/programação, a elaboração de dois demonstradores e de dois projectos (de acordo com um caderno de encargos real), usando as duas tecnologias. Concluiu-se que a tecnologia LonWorks apresenta vantagens no que respeita a escalabilidade (dimensão) dos sistemas. Em termos futuros, prevê-se a necessidade da interoperabilidade entre os nos/redes cablados (tradicionais) com nos/redes sem fio, seguindo a tendência para os ambientes inteligentes (“ambient intelligence/assisted living”, “smart spaces”, “ubiquitous computing).

Control ambiental de zonas de trabajo

Este proyecto viene motivado por la necesidad de reducir el gasto de mantenimiento producido por el aumento del precio de la energía, la necesidad de uso de dispositivos electrónicos (sistemas de climatización, iluminación...), las deficiencias de construcción (aislamientos, ventanales...), el ineficiente uso de las persianas y sistemas de ciere, y el innecesario uso de de la iluminación artificial.

Interfície d'usuari d'un hivernacle domotitzat

L'objectiu d'aquest projecte és el disseny i implementació de la interfície d'usuari vinculada a un hivernacle domotitzat. Mitjançant la utilització de qualsevol dispositiu connectat a la xarxa, l'usuari ha de poder rebre informació en temps real i realitzar comandes per modificar les condicions de l'hivernacle.

Ilmanvaihtokoneen ohjauksen taloudellisuusvaikutukset

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli luoda Insinööritoimisto Olof Granlund Oy:lle malliprojekti ilmanvaihtokoneen ohjauksen mahdollisesta sähköenergian säästöpotentiaalista. Insinöörityötä voidaan myöhemmin käyttää referenssinä tarjottaessa yrityksen palvelua asiakkaille energiakatselmointityössä kiinteistöihin, joissa on suuria ilmanvaihtokone-yksiköitä. Ensin työssä esitellään käytössä olevat, tutkittavat ilmanvaihtokoneet ja niiden toiminta. Sitten selvitetään ilmanvaihtolaitteiden ja niiden ohjauksen eri osien toiminta, sekä ohjausinformaatio, joka välittyy eri laitteiden välillä. Seuraavaksi työssä tutkitaan rakennusautomaation osuutta, sen hyötyä ja rakennetta kiinteistössä. Tämän jälkeen selvitetään hankkeen viranomaismääräykset. Sitten selvitetään, mistä koostuvat kustannukset ilmanvaihtokoneen ohjauksen uusimisessa. Lopuksi vielä tutkitaan, kuinka pitkä on tehtävän investoinnin takaisinmaksuaika, sekä mitkä ovat saneerauksen hiilidioksidi-päästövaikutukset. insinöörityön Lopputuloksena syntyi yrityksen sisäinen kansio. Kansion esimerkkilaskelmia ja laskentamenetelmiä on tarkoitus käyttää jatkossa referenssinä kiinteistönpito-osastolla sähkö- ja lvi-ryhmissä, niiden henkilöiden käytössä, jotka ovat tekemisissä energiakatselmointien kanssa.

Puhdastilojen suunnitteluprosessi ja teknisten järjestelmien validointi

Puhdastilojen suunnittelussa pyritään saamaan hallittu ja valvottu ilmanpuhtaus luokiteltuun tilaan.Luokittelu tapahtuu puhdastilastandardeilla, lisäksi lääkevalmisteita valmistettavassa tilassa GMP -säädösten mukaisin luokituksin. Puhdastilastandardi ISO 14644 käsittää seitsemän osaa, jossa on käsitelty puhdastilaa koskevia määräyksiä suunnittelusta käyttöön ja testaukseen. GMP-säädökset sisältävät yhdeksän kappaletta, joista kappale 3: 'Tilat ja laitteet' on keskeinen osa lääkeainevalmistuksen puhdastilasuunnittelua. Puhtaan ilman aikaansaamiseksi puhdastilaan merkittävimmät roolit ovat ilmanvaihdolla, puhdastilarakenteilla ja rakennusautomaatiolla. Ilma voidaan tuoda tilaan kolmella eri periaatteella. Ilmaa tuodaan tilaan yhdensuuntaisesti, turbulenttisesti tai sekavirtauksena HEPA -suodattimien kautta, joilla varmistetaan epäpuhtauksien korkea suodatusaste. Ilmapoistetaan rei'itettyjen, korotettujen lattioiden kautta tai tilan alaosassa olevien poistoilmasäleikköjen kautta, josta se johdetaan noin 75-90%:sti kierrätettynä takaisin tilaan. Lääketeollisuudessa rei'itettyjä, korotettuja lattioita eivoida käyttää kontaminaatiovaaran, vuoksi. Tilaan suunniteltuja olosuhteita ylläpidetään rakennusautomaation avulla ja monitorointijärjestelmällä valvotaan tilassa olevan ilman laatua. Kaikki GMP-luokituksen mukaiset puhdastilat tulee validoida. Validointiin kuuluu teknisten järjestelmien kvalifiointi ja koko prosessin validointi. Teknisten järjestel-mien kvalifiointi käsittää suunnitelmien tarkastuksen (DQ), asennus - ja käyttöönotto tarkastukset (IQ), toiminnan testauksen (OQ) ja suorituksen testauksen (PQ). Kvali-fiointi kuuluu yhtenä osa-alueena validointiin. Prosessin validointi on osa yrityksen laadunvarmistusta. Validoinnilla hankitaan dokumentoidut todisteet siitä, että tila tai prosessi todella täyttää annetut vaatimukset. Tässä työssä laadittiin esimerkinomainen kvalifiointisuunnitelma puhdastilan tekni-sille järjestelmille. Suunnitelma sisältää asennus- ja käyttöönoton mukaiset tarkastukset (IQ)ja toiminnan aikaiset testaukset (OQ).

Tulospalkkausjärjestelmän kehittäminen projektiorganisaatiossa: tapaustutkimus

Tutkielman päätavoitteena oli selvittää, miten kohdeyritykselle kehitetään uusi tulospalkkausjärjestelmä. Kohdeyritys on projektiorganisaatio, jonka toimialana on rakennusautomaatiourakointi. Alatutkimusongelmina oli selvittää, mitä erityispiirteitä projektiorganisaation henkilöstöjohtamiseen liittyy, mikä on palkitsemisjärjestelmien rooli henkilöstöjohtamisessa ja millainen on toimiva tulospalkkausjärjestelmä. Henkilöstöjohtaminen on eräs ydinprosesseista projektiorganisaatiossa. Erilaisten palkitsemisjärjestelmien tarkoituksena on tukea projektiorganisaatiota sen strategisten tavoitteiden saavuttamisessa henkilöstöresurssien avulla. Tulospalkkausjärjestelmän avulla on mahdollista lisätä henkilöstön työmotivaatiota ja kannustaa henkilöstöä kasvattamaan työpanostaan palkitsemalla heitä hyvistä työn tuloksista. Tästä syystä yhä useamman työntekijän peruspalkkaa täydentää tavoitteiden saavuttamisen ja/tai yrityksen taloudellisen menestymisen perusteella maksettavat tulospalkkiot.

Uuden teknologiayrityksen kärkikäyttäjälähtöinen tuotekonseptointi

Työssä haluttiin tuottaa tietoa päätöksenteon tueksi tuotesuunnittelun tarpeisiin sekä vähentää päätöksentekoon liittyvää epävarmuutta. Koska kiinteistöautomaatio oli nähty erityisen kiinnostavana alueena, haluttiin ensinnäkin tietoa siitä, mitkä tekijät lisäävät järjestelmien kysyntää. Toiseksi tarvittiin esimerkkejä eli konsepteja siitä, millaisiksi uusiksi tuotteiksi teknologiset mahdollisuudet ja markkinoiden haasteet voivat konkretisoitua. Teoriatarkastelussa saatiin tunnistettua viisi kiinteistöautomaatiojärjestelmien kysyntää lisäävää päätekijää: teknologioiden ja palveluiden kehitys, ilmastonmuutos ja energiavarojen väheneminen, kulttuurimuutokset, muutokset koko arvoketjussa sekä valtion toimet. Kysyntää lisäävät syyt jaettiin edelleen makrotrendeihin sekä niitä seuraaviin mikrotrendeihin. Varsinaisessa kärkikäyttäjätutkimuksessa kehitettiin tunnistamattomiin käyttäjätarpeisiin perustuen kolme tuotekonseptia: kiinteistöautomaatiojärjestelmä, vedenlaadun tarkkailujärjestelmä sekä murtohälytysjärjestelmä. Kaikki näistä perustuvat samaan tuotealustaan. Kiinteistöautomaatiojärjestelmä soveltuu kiinteistöjen kokonaisvaltaiseen ja helppokäyttöiseen ohjaukseen sekä energiasäästöjen saavuttamiseen. Tuote räätälöidään erikseen jokaiseen kohteeseen lukuun ottamatta esimerkiksi valmistalojen yhteydessä toimitettavia vakiopaketteja. Vedenlaadun tarkkailujärjestelmä soveltuu puolestaan tilanteisiin, joissa tarvitaan nopea todennus veden puhtaudesta, mutta joissa epäpuhtauksien välitön erittely ei ole tarpeellista. Tuote sopii esimerkiksi kaivos- ja paperiteollisuusyritysten käyttöön. Kolmatta tuotekonseptia, murtohälytysjärjestelmää, voidaan hyödyntää useassa eri kohteessa samanaikaisesti. Järjestelmä on kylmyyden- ja kosteudenkestävä ja sen ensisijaisia käyttökohteita ovat vapaa-ajan asunnot, veneet sekä matkailuautot ja -vaunut.

Vapastii ohjelmoitavan automaatioyksikön suunnitteluprosessi

Rakennusautomaatiossa tulee esiin sovelluksia, joissa järjestelmän ohjaus-, säätö- tai valvontaratkaisun toteuttaminen ohjelmoitavilla logiikoilla ei ole riittävän edullista. Tällöin vaihtoehtona on oman laitteen suunnittelu. Työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa kustannustehokas CAN-väylään liitettävä vapaasti ohjelmoitava automaatioyksikkö. Suunnittelua ohjasivat asiakkaan laatimat vaatimusmäärittelyt. Niistä laitteen konfigurointimahdollisuudet ja piirilevyn tavoitekoko asettivat suurimmat haasteet laitteen suunnittelulle. Työn tuloksena toteutettiin asiakkaan tarpeisiin soveltuva automaatioyksikkö. Tavoitteisiin päästiin komponenttivalinnoilla ja hyödyntämällä tehokkaasti mikro-ohjaimen integroituja ominaisuuksia. Näiden avulla pystyttiin karsimaan monia yksiköitä, joita tavanomaisesti toteutetaan erilliskomponenteilla. Työssä perehdyttiin sulautetun järjestelmän elektroniikan tuotekehitysprosessiin ideasta prototyyppiin. Samalla on kuvailtu valittuja ratkaisuja sekä suunnittelussa tapahtuneita virheitä ja miten ne on ratkaistu.

Kiinteistöautomaatio osana älykkäitä sähköjärjestelmiä

Työssä tarkasteltiin älykkäiden sähköverkkojen näkökulmasta, millaisia toiminnallisuuksia kiinteistöautomaatiojärjestelmiltä odotetaan ja miten markkinoilla olevat järjestelmät vastaavat näihin odotuksiin. Lisäksi arvioitiin, kuinka taloudellisesti kannattavia valittuihin automaatiojärjestelmiin kuuluvat energian käytön hallintaan liittyvät toiminnallisuudet ovat sähkönkäyttäjien näkökulmasta. Lopuksi tehtiin lyhyt katsaus kiinteistöautomaatiojärjestelmien tulevaisuuden näkymiin. Kiinteistöautomaatiolla voidaan vaikuttaa energian käytön tehokkuuteen ohjaamalla esimerkiksi valaistusta, ilmanvaihtoa, ilmastointia, lämmitystä ja sähkölaitteita. Eräs vaihtoehto on toteuttaa ohjauksen avulla markkinapohjaista kysyntäjoustoa, jossa kiinteistön sähköjärjestelmän toimintaa säädetään sähkön hinnan perusteella. Kiinteistössä tulee myös voida tehdä laitekohtaisia energiankulutuksen mittauksia, jotka antavat tietoa sähkönkäyttäjille eri laitteiden sähkönkulutuksesta. Kiinteistöautomaation ja sähkön pientuotannon yleistymisen myötä on myös etähallittavien virtuaalivoimaloiden toteuttaminen tulossa mahdolliseksi. Lisäksi laskettiin sähkönkäyttäjän kannalta lämmityksen, valaistuksen ja ilmanvaihdon ohjauksen kannattavuutta ja selvitettiin, että tutkituissa esimerkkijärjestelmissä suurin säästöpotentiaali on lämmityksen ohjauksessa.

Security, trust and privacy supported by context-aware middleware

Driven by new network and middleware technologies such as mobile broadband, near-field communication, and context awareness the so-called ambient lifestyle will foster innovative use cases in building automation, healthcare and agriculture. In the EU project Hydra1 highlevel security, trust and privacy concerns such as loss of control, profiling and surveillance are considered at the outset. At the end of this project the Hydra middleware development platform will have been designed so as to enable developers to realise secure ambient scenarios especially in the user domains of building automation, healthcare, and agriculture. This paper gives a short introduction to the Hydra project, its user domains and its approach to ensure security by design. Based on the results of a focus group analysis of the building automation domain typical threats are evaluated and their risks are assessed. Then, specific security requirements with respect to security, privacy, and trust are derived in order to incorporate them into the Hydra Security Meta Model. How concepts such as context security, semantic security, and virtualisation support the overall Hydra approach will be introduced and illustrated on the basis of a technical building automation scenario.