Sin dallo sviluppo del termostato meccanico a strisce bimetalliche alla fine del 1800 da parte di Warren Johnson, fondatore della futura Johnson Controls, l'uomo è alla ricerca di modi per ottimizzare il comfort all'interno degli ambienti. La semplice regolazione della temperatura ha rappresentato certamente una grande novità quando è stata inventata, ma oggi la tecnologia degli edifici intelligenti è in grado non solo di controllare la temperatura, ma anche di interfacciarsi con l'illuminazione, i dispositivi di controllo della qualità dell'aria all'interno, i sistemi di sicurezza e molto altro.
A livello residenziale è possibile utilizzare controller come Google Home o Home Assistant. Su scala più ampia, tuttavia, lo sviluppo di soluzioni per il controllo di edifici intelligenti è nato ben prima di Google o addirittura dell'odierna Internet. Questi controlli sofisticati possono essere utilizzati per garantire il comfort, la sicurezza e la salute degli occupanti degli ambienti interni, risparmiando al contempo sui costi energetici e di manutenzione.
Tre livelli di controllo degli edifici intelligenti
I controlli delle apparecchiature per edifici intelligenti si dividono generalmente in tre livelli distinti:
• Controller di unità. Il pacchetto hardware e firmware integrato o adiacente che controlla direttamente una singola macchina. Questo dispositivo, ad esempio un controller HVAC, può comunicare con l'hardware di supervisione per istruzioni di livello superiore e coordinamento con altre macchine.
• Controller di supervisione. Controlla un pacchetto hardware e firmware per un'entità complessiva, generalmente un singolo edificio. Queste unità sono simili a PLC industriali e comunicano con diversi controller di unità. Sono in grado di coordinare hardware come i sistemi HVAC e a portata variabile (VAV) e persino i sistemi di illuminazione, sicurezza e protezione. Questi sistemi per edifici intelligenti possono monitorare e rilevare guasti alle apparecchiature e problemi di manutenzione predittiva e possono permettere ai tecnici di accedere da remoto per diagnosticare e risolvere i guasti.
• Controlli a livello aziendale. Al di là del singolo edificio, una serie di controller di supervisione, distribuiti ad esempio in un campus industriale, in un'università o in un'area geografica molto vasta, possono comunicare attraverso controlli a livello aziendale. A differenza dei controller di unità e di supervisione, i controlli a livello aziendale generalmente non assumono la forma di un dispositivo fisico dedicato, ma funzionano invece come un'app Web basata su cloud. Questo fornisce al personale dell'azienda una panoramica del funzionamento generale degli edifici, ma permette anche di eseguire controlli più approfonditi.
Vantaggi per l'efficienza energetica e miglioramenti futuri I controller di supervisione e i controlli a livello aziendale sono particolarmente interessanti anche perché possono agevolare il risparmio energetico e ridurre i costi effettivi. Utilizzando un controller di supervisione non solo sul sistema HVAC, ma anche sull'illuminazione, sui sensori di presenza e sui sensori della qualità dell'aria all'interno, è possibile creare una visione complessiva dell'edificio e agire quando necessario. Ad esempio, se le persone occupano determinati uffici ma non altri, il controller di supervisione può chiudere il flusso d'aria HVAC nelle stanze non occupate, spegnendo anche le luci per ridurre ulteriormente il consumo energetico. In risposta alla chiusura delle stanze, il sistema HVAC può quindi ridurre la velocità in base alla richiesta complessiva ridotta di flusso d'aria. Anche la quantità di aria esterna introdotta può essere regolata per mantenere il livello adeguato in base al numero di persone presenti all'interno. A livello aziendale, il monitoraggio da remoto delle apparecchiature permette di reagire immediatamente ai problemi, senza dover sempre ricorrere a personale in loco. Il monitoraggio a livello aziendale è ideale anche per la pianificazione a lungo termine, perché permette ai proprietari di edifici di osservare nel tempo i risultati degli investimenti in efficienza e/o manutenzione predittiva.
Manutenzione predittiva e da remoto per gli edifici intelligenti
Una macchina con un livello di manutenzione non ottimale può avere un effetto molto negativo sull'efficienza. Una configurazione con controller di supervisione o di controllo a livello aziendale permette ai tecnici di monitorare i livelli ambientali rispetto agli input del sistema per individuare un eventuale peggioramento delle prestazioni nel tempo. Questo, infatti, potrebbe indicare la necessità di una revisione. Con l'aiuto di un modello basato sull'intelligenza artificiale, i dati provenienti da sensori dedicati alla manutenzione predittiva, come ad esempio un accelerometro usato per rilevare le vibrazioni della macchina, possono essere utilizzati per stabilire se la manutenzione è necessaria prima che si verifichino guasti.
Una volta stabilita la necessità di un intervento, usando metodi predittivi o tramite la programmazione automatica della manutenzione attraverso i guasti, i tecnici esterni possono collegarsi da remoto per individuare il problema specifico. Ad esempio, se la pressione di un condotto dell'aria è insufficiente, nonostante la velocità della ventola sia al massimo, un tecnico, spesso assunto mediante un accordo di manutenzione a lungo termine tramite un fornitore di apparecchiature, potrebbe consigliare la sostituzione di una cinghia a causa di un possibile scivolamento. Un tecnico interno addetto alla manutenzione generica potrà quindi intervenire personalmente, evitando la visita di un costoso specialista.
Gli standard aperti spianano la strada all'interoperabilità
Produttori come Trane, Johnson Controls, Automated Logic e Siemens dispongono di sistemi di programmazione proprietari per controller di unità, controller di supervisione e controlli a livello aziendale. Con un produttore di hardware che soddisfa le nostre esigenze a prezzi adeguati e con la possibilità di continuare in futuro, un sistema di questo tipo può funzionare molto bene e risparmiarci problemi di installazione e manutenzione.
Allo stesso tempo, la tecnologia non è quasi mai statica e le aziende che ora soddisfano le nostre esigenze potrebbero non essere la soluzione migliore per il futuro. La buona notizia è che la maggior parte dei sistemi moderni può collaborare con gli altri grazie a un protocollo chiamato BACnet, o rete di controllo dell'automazione degli edifici. Il protocollo BACnet fornisce un modo standard di rappresentare le funzioni dei dispositivi, se sono definite su una macchina specifica.
Il protocollo BACnet è stato proposto per la prima volta nel 1987 e pubblicato nel 1995, il che significa che ha avuto più di 25 anni per affermarsi in tutto il settore. Si tratta di uno standard ANSI/ASHRAE, pubblicato anche dall'ISO. I fornitori di apparecchiature raccomandano spesso l'uso di questo standard di interoperabilità. Inoltre, è possibile creare sistemi di controllo basati specificamente su BACnet, dal momento che è uno standard aperto. Tridium, ad esempio, produce controller e software in grado di interfacciare un'ampia varietà di controller di unità tramite BACnet.
Sistemi per edifici intelligenti: un futuro aperto ed efficiente
Per proprietari di singoli edifici, supervisori di più edifici e persone che affittano spazi da un proprietario, il futuro si prospetta più efficiente, più confortevole e con meno manutenzioni (non programmate) che mai. Gli standard aperti possono portare a ulteriori progressi e a una maggiore concorrenza tra i fornitori e, in ultima analisi, a un comfort maggiore e a costi ridotti per gli utenti finali, vale a dire le persone che trascorrono la maggior parte del tempo in ambienti chiusi.
Grazie a Brian Stortz, AEE Certified Energy Manager, per il suo contributo a questo articolo.
