CURSO 07-08 1 JULIÁN DOMENE GARCÍA
¾ Introducción. Reflexiones sobre el tema ¾ Los edificios inteligentes ganan importancia
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En el entorno doméstico, los usuarios demandan cada vez más: Un aumento de la seguridad, como: - el control de accesos al edificio - los sistemas de seguridad en viviendas Mayor control en los equipamientos domésticos: - sistema de climatización - lavadora - frigorífico - horno, etc. Que nos producen mayor confort y el consiguiente ahorro de energía. 3
Otros elementos que van siendo habituales son: Los mandos a distancia para el control de: - Persianas motorizadas - Regulación de la iluminación, etc. La posibilidad de controlar el equipamiento por: - Medio del teléfono - PDA - PC tablet - Internet - Etc.
La consecuencia de todas estas demandas requiere que la instalación eléctrica sea más compleja de lo habitual.
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Los avances tecnológicos que se vienen realizando en las áreas de: telecomunicación informática electrónica Han propiciado el desarrollo de productos y sistemas para el control y la supervisión de los equipamientos de viviendas, edificios y naturalmente en las distintas actividades industriales, permitiendo de esta manera una mayor comunicación bidireccional entre éstos y sus usuarios.
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El aumento del nivel de vida actual esta provocando un fenómeno sin precedentes: Con la llegada de Internet en banda ancha (ADSL, cable, etc.) se ofrecen gran cantidad de servicios y aplicaciones en: Actividades industriales y empresariales Ocio Entornos residenciales, etc. Esta comunicación nos permite por lo tanto la transmisión y recepción de: • Voz • Datos • Imagen • Control desde dentro y fuera del edificio 6
¾ Introducción. Reflexiones sobre el tema ¾ Los edificios inteligentes ganan importancia ¾ Domótica e inmótica
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Para gestionar todas y cada una de las funciones e instrucciones que se deben realizar en el edificio, aparece una nueva disciplina llamada de varias formas: • Gestión técnica doméstica (GTD) • Gestión técnica del edificio (GTE) • Casa inteligente (smart house) • Automatización de viviendas (home automation) • Sistemas domésticos (home system) • Domótica • Casa digital 8
La utilización de ésta tecnología a los edificios del sector terciario se denomina INMÓTICA.
La domótica y la inmótica, ofrecen pues, beneficios a todos los agentes que intervienen en su desarrollo, como promotores, constructores, proyectistas e instaladores, así como a la Administración pública.
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El nuevo R.E.B.T. y la I.C.T., pretenden dar respuesta a todas las necesidades de normalización de estas instalaciones, aunque muchos de los servicios estén aún por definir, por lo que la Legislación no tiene todavía claros algunos conceptos. La instrucción ICT-BT- 051, define estas instalaciones, no incluyendo las de telecomunicaciones, de protección contra incendios, etc., que se regulan por sus propios reglamentos. 10
Valoración de las prestaciones que debe cumplir un sistema domótico.11
Gestión del confort
Gestión de la seguridad
DOMÓTICA
Gestión energética
Gestión de las comunicaciones
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Área de gestión de la seguridad: Control de intrusión Simulación de presencia Control de accesos Gestión de alarmas técnicas Alarmas médicas
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Área de gestión de la confortabilidad: Control de persianas y toldos Control y regulación de la iluminación Control y regulación de la climatización Control del riego automático
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Área de gestión de la energía: Programación y zonificación de la climatización Racionalización de cargas eléctricas Gestión de tarifas Regulación de la iluminación
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Área de gestión de las comunicaciones: Telecontrol telefónico instalados en la vivienda Telecontrol vía Internet Transmisión de alarmas
de
los
equipos
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¾ Introducción. Reflexiones sobre el tema ¾ Los edificios inteligentes ganan importancia ¾ Domótica e inmótica ¾ Automatización de los equipamientos
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Para automatizar todos los equipamientos de una vivienda, necesitamos que exista comunicación entre ellos y, a su vez con el sistema de control
DVD
VIDEO
SISTEMA DE CONTROL
TELEVISIÓN
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La comunicación entre los elementos se realiza por medio de una red de comunicaciones y una serie de señales codificadas de una forma determinada, por medio de protocolos de comunicación
DVD
VIDEO
TELEVISIÓN
SISTEMA DE CONTROL
Redes de Comunicación
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Cada una de estas instalaciones se realiza con soportes físicos distintos, por lo que se hace necesario definir un nuevo concepto llamado: “red domestica”. “Se define como un proceso o sistema que usa diferentes métodos y equipamientos y provee de la habilidad de mejorar el estilo de vida en el hogar”
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De esta manera la red doméstica se divide en cuatro subredes: Red de potencia Red de datos Red de entretenimiento Red domótica
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RED DE DATOS: Voz (teléfono) Datos (ordenador)
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RED DE ENTRETENIMIENTO: Televisión Audio y vídeo Etc.
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RED DOMÓTICA: Se encarga de integrar los dispositivos y elementos necesarios para la automatización y el control de la vivienda
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De todo lo expuesto, podemos observar la necesidad de disponer de algún dispositivo capaz de relacionar las tres subredes anteriores. Este elemento de denomina “pasarela residencial” y en la actualidad se encuentra en fase de desarrollo.
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“Se define como el dispositivo que permite la comunicación entre las redes exteriores de telecomunicación con las redes interiores de la vivienda o edificio” Bus de datos PASARELA RESIDENCIAL
Bus multimedia
ADSL
Bus domótica 26
Así pues, al estar cambiando los conceptos utilizados hasta hoy, han aparecido nuevos términos como: HOGAR DIGITAL Telefónica, en su “libro blanco del hogar digital y las infraestructuras comunes de telecomunicaciones”, lo define como: Aquel que dispone de las siguientes infraestructuras:
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Aquel que dispone infraestructuras:
de
las
siguientes
¾ Conexión a banda ancha ¾ Red de datos ¾ Red multimedia ¾ Red domótica ¾ Pasarela residencial
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Por medio de estas infraestructuras, los usuarios podrán acceder a: ¾ Acceso a Internet desde cualquier punto de la vivienda ¾ Teletrabajo ¾ Teleducación ¾ Comercio electrónico ¾ Video telefonía ¾ Videoconferencia ¾ Audio/video/TV bajo demanda ¾ Televigilancia ¾ Telemedicina ¾ Control domótico ¾ Otras aplicaciones que pueden surgir en el futuro
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Automatización de viviendas y edificios
Domótica
Inmótica
Áreas funcionales
Seguridad
Confort
Ahorro energía
Comunicaciones
Redes domésticas
Potencia
Datos
Multimedia
Domótica
Pasarela residencial Hogar digital
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1.- CARACTERÍSTICAS, FUNCIONES Y TIPOLOGÍA
En principio, la red de potencia (instalación eléctrica) es la primera que debemos planificar de acuerdo con el REBT.
A continuación, se elegirá el sistema técnico más apropiado a: • Características de la vivienda • Prestaciones solicitadas por los usuarios
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Composición de los sistemas técnicos en domótica
Temperatura Humedad Presencia Viento
Medio de transmisión CONTROLADOR
Ultrasonido Electroválvulas
Actuadores
Sensores
Motores
Volumétricos Ópticos
Etc.
Etc. 33
Los sistemas de control utilizados están basados en la utilización de microprocesadores. Su arquitectura está compuesta por: Unidad de control (CPU) Memorias. RAM, ROM, EEPRON, etc. Periféricos de entrada Periféricos de salida Módulos de transmisión y recepción Fuente de alimentación.
Básicamente se utilizan tres tipos de arquitectura de control: Sistemas de control centralizado Sistemas de control descentralizado Sistemas de control distribuido 34
SISTEMA DE CONTROL CENTRALIZADO
E1
E2
E3
E4
CPU
S1
S2
S3
S4 35
SISTEMA DE CONTROL CENTRALIZADO, BASADO EN CENTRAL DOMÓTICA
BUS MÓDULO DE ENTRADAS
BUS
CPU
MÓDULO DE SALIDAS
BUS MÓDULO DE COMUNICACIONES 36
Estos sistemas reciben el nombre de Centrales domóticas, existiendo gran variedad en el mercado, como: Central Vivimat+ de Dinitel D-82 de Domaike Empower de Home System VIS de Simón Etc.
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SISTEMA DE CONTROL DESCENTRALIZADO
E1
E2
E3
E4
BUS
S1
S2
S3
S4 38
En estos sistemas se utilizan tantos nodos como elementos se conectan a la red. Por lo tanto cada uno de ellos debe disponer de una Unidad de Control (UC), con capacidad de proceso y comunicación. Requiere pues la programación de cada uno de ellos de forma independiente. El sistema más utilizado es el denominado KNX, fabricado por: Siemens ABB Jung Merten, etc.
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SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO
Los sistemas más utilizados son: Domolon de Isde Dialogo de BJC VIT@ de Simón Etc.
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SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO E1-1
E2-1
E1-N
BUS
UC-1
UC-N
NODO
S1-1
E2-N
NODO
S2-1 E1-2
S1-N
E2-2
BUS
S2-N
BUS UC-2 NODO
S1-2
S2-2
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ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS
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Son dispositivos que están compuestos por: Transductor Acondicionador de señal Etapa de salida
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En función de la señal de salida, se clasifican en: Analógicos Digitales Todo-Nada
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Existen para medir todas las magnitudes físicas, químicas o biológicas que tengamos: Temperatura Humedad Humo Luminosidad Gas Agua Infrarrojos Movimiento Proximidad Radiofrecuencia Velocidad Posición
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Son elementos de salida que modifican su estado según la señal recibida: Analógicos Digitales Todo-nada
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Electroválvula de gas, actuada mediante un relé, 48
Configuración de las redes domésticas
Quedan definidas por: • La topología de la red • Los medios de transmisión utilizados • Los protocolos de acceso y comunicación a la red
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Puede ser: ¾ Estrella ¾ Anillo ¾ Bus
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Básicamente existen dos tipos: Transmisión por conductores Transmisión sin conductores
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Las características que hay que tener en cuenta son: Topología que soporta Velocidad de transmisión Ancho de banda que puede transmitir Influencia de las interferencias Fiabilidad y vulnerabilidad Economía y facilidad de instalación.
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Los soportes físicos más empleados son: • • • •
Pares trenzados Cable coaxial Fibra óptica Corrientes portadoras
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Compuestos por dos conductores eléctricos, aislados entre si, y trenzados para evitar las interferencias electromagnéticas. Se utilizan en redes de telefonía y en distribución de audio.
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Otros tipos de cables trenzados utilizados son: 9 UTP (par trenzado sin apantallar)
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Otros tipos de cables trenzados utilizados son: 9 UTP (par trenzado sin apantallar) 9 STP (par trenzado apantallado)
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Se utilizan en transmisión de datos a alta velocidad y a grandes distancias. En edificios se utiliza para llevar la señal de televisión. 57
Está compuesta por una fibra flexible, muy fina y capaz de conducir energía óptica. Las fibras de mayor calidad son de sílice, dispuestas en capas concéntricas, donde se distinguen: • Núcleo •Cubierta •Revestimiento La propagación de energía electromagnética se basa en la diferencia de índice de refracción entre el núcleo y la cubierta. 58
La transmisión de señales por fibraFotodiodo óptica requiere de silicio de Diodo LED, o Láser un emisor y un receptor al principio y al final de la fibra que se utiliza.
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Es apropiado en largas distancias y últimamente se emplea en edificios. Su inconveniente es la trasformación de la señal eléctrica en óptica. Sin embargo sus beneficios son: 1. Permite mayor ancho de banda 2. Menor tamaño y peso 3. Menor atenuación 4. Aislamiento electromagnético 5. Mayor separación entre repetidores 60
La transmisión de información se realiza por medio de emisores que emiten sobre la red de potencia (eléctrica) una señal modulada y codificada a una frecuencia determinada que es captada por los receptores, permitiendo la comunicación entre ellos y realizando las actuaciones que le indique el emisor. Es muy fácil de implantar, pero tiene el inconveniente de ser muy sensible a las inducciones electromagnéticas.
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También llamada inalámbrica, está basada en el envío y recepción de ondas electromagnéticas, que utilizan el aire para su propagación.
No se necesita pues tendido de ningún cable. Los sistemas más utilizados son: 1. Radiofrecuencia 2. Infrarrojos 62
Basada en el envío y recepción de ondas electromagnéticas, que utilizan el aire para su propagación. Estas ondas se propagan en el vacío a la velocidad de la luz.
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Actualmente es uno de los métodos más utilizados en la interconexión en redes domésticas. Los sistemas más utilizados son: Bluetooth Home RF Wi-Fi
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Utiliza diodos láser o LED, que emiten luz en la banda de infrarrojos. Se sigue necesitando un emisor y un receptor, pero deben estar uno a la vista del otro. No puede haber obstáculos entre ellos.
Las aplicaciones son mandos a distancia, TV, vídeo, DVD, regulación de persianas, iluminación, etc.
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Se define como Protocolo de comunicaciones, el conjunto de normas que clasifican el formato que van a tener las órdenes o paquetes de información entre los controladores o nodos de la red, con la mayor eficacia posible.
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Creada en 1999 Es el resultado de la convergencia de tres sistemas: 1.- Batibus 2.- EIB 3.- EHS Para crear un sistema estándar único. Crean además la asociación KONNEX, de donde aparece el nombre de la tecnología estudiada. Sistema europeo, para competir con los americanos y japoneses Sistema normalizado por CENELEC (EN50090) 69
Respecto al medio de transmisión, el nuevo estándar KNX podrá funcionar utilizando las norma de los sistemas anteriores, sobre: 1.- Par trenzado (TPO) de Batibus 2.- Par trenzado (TP1) de EIB 3.- Ondas portadoras (PL100) de EIB 4.- Ondas portadoras (PL132) de EHS 5.- Ethernet del sistema EIB.net 6.- Radiofrecuencia del sistema EIB.RF
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Es de las más antiguas. 1976-78 (Escocia) Su objetivo es transmitir datos por las líneas de B.T. a baja velocidad y costes bajos. Utiliza la red de potencia de la vivienda No es un protocolo propietario Cualquier fabricante puede producir dispositivos X-10. Los más importantes son: 1.- Netzbus 2.- Timac 3.- Home System. 71
Su facilidad de instalación y de uso lo hacen lider en el mercado residencial y de pequeñas empresas de los EEUU. Es la más asequible por lo tanto para realizar una instalación domótica que no resulte muy compleja.
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No hay una tecnología común No necesita cables Permite pues una gran movilidad La falta de compatibilidad hace que se necesiten muchos mandos a distancia. Las características de transmisión más importantes, son:
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Son aquellos que han sido construidos: 1.- Por un solo fabricante 2.- Aplicando tecnología propia 3.- Utilizando una estructura de control 4.- Medios de transmisión y protocolos diseñados por una sola empresa
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Existen gran cantidad, que realizan todas las funciones que se necesitan implantar en el entorno doméstico.
Entre algunos podemos observar los siguientes:
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MODOS DE CONFIGURACIÓN DE KNX
Existen tres modos de configuración distintos: • S-Mode (modo sistema) • E-Mode (modo fácil) • A-Mode (modo automático) La herramienta de software para la programación de los componentes, independiente del fabricante, se denomina ETS3. 79
Las especificaciones de KNX se han convertido en la primera norma europea para la gestión técnica de viviendas y edificios inteligentes.
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Esquema básico de KNX/EIB/TP1
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El KNX/EIB es un sistema bus de control descentralizado y controlado por eventos
Pulsadores
cambio luminosidad
SENSOR
Mensaje
ACTUADOR
Detecta sucesos Acuse de recibo Etc. Cambio temperatura
Ejecuta la orden del mensaje Cambio humedad
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La potencia se calculará sabiendo que cada componente de la consume se 150alimentan mW En el instalación sistema KNX/EIB, todos los componentes a 24 VDC, por lo que se necesita una F.A.:
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El sistema se organiza en tres niveles de conexión: Zona Línea Componente
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Se denomina así al conjunto de FA y componentes bus que cumpla con: Máximo nº componentes: 64 Máximo nº FA: 2 Distancia máxima de la FA al componente: 350 m Distancia máxima entre componentes: 700 m Longitud máxima de conductor: 1000 m
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Se denomina así al conjunto de varias líneas hasta un máximo de doce. Cada una dispone de un máximo de 768 componentes. Para configurar una zona se unen las líneas por medio de los acopladores de líneas, constituyendo la denominada Línea principal
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El sistema puede ser ampliado mediante la unión de varias líneas, hasta un máximo de 15, utilizando los Acopladores de zonas, para formar las Líneas de zona. Podemos trabajar pues con los siguientes componentes: 768 x 15 = 11520 Correspondiendo a la topología básica del sistema
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El sistema puede seguir amplificadores, de esta manera:
creciendo
utilizando
La línea puede ampliarse hasta un máximo de 256 componentes, con lo que el total puede llegar a ser 46080. Cada zona, por otra parte, podemos ampliarla 15 líneas, lo que supone en capacidad máxima un total de 57600 componentes.
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Los componentes se identifican mediante un direccionamiento que utiliza dos formas: La dirección física La dirección de grupo
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Se utiliza para identificar de una manera clara el componente bus, describiendo su localización dentro de la topología (zona, línea, componente). Ejemplo: 1.2.64 Indica el componente 64 de la línea 2 y de la zona 1. Consta de tres campos con el formato siguiente: • Zona: identifica una de las 15 zonas (4 bits) • Línea: identifica una de las 12 (4 bits) • Componente: 64 posibles (8 bits)
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La dirección se asigna una vez a cada componente bus. Está se hace por medio del software ETS,
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0011
1111
0010 0111
Componente: 39 Línea: 15 Zona: 3
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Enciende L11, L12 y L13
Enciende/apaga las lámparas más cercanas a la ventana, dependiendo de la iluminación exterior
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En primer lugar creamos las direcciones de grupo (2 niveles), Gr- grupo y SGr- subgrupo: DG 1/1 encender/apagar L11, L12 y L13 DG 1/2 encender/apagar L21, L22 y L23 DG 1/3 encender/apagar L11 y L21 Asignaremos al pulsador P1 y a sus correspondientes actuadores de las lámparas la dirección 1/1. Al P2 y a sus actuadores, la dirección 1/2. Al sensor S1 y a sus actuadores, la dirección 1/3.
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La topología de la instalación y las direcciones de grupos y subgrupos son las que podemos ver a continuación:
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100
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BIB LIO GR A
FÍA
¾ R.I.C.T. R.D. 401/2003 ¾R.E.B.T. 2002 ¾ Instalaciones automatizadas en viviendas y edificios. L. Molina. Editorial Mc Graw Hill. 2005. ¾ Técnica inteligente para viviendas y edificios. G. Deip. Editorial Marcombo.2004 ¾ Domótica. A. Creus Solé. Editorial CEYSA. 2006 ¾ Cuaderno de divulgación Domótica. AENOR Ediciones CEDOM. 2008 ¾Revista Domótica&Inmótica. Casa digital. Ideas editoriales 3003.S.L. 103
