Il mondo si sta muovendo sempre di più verso la digitalizzazione attraverso tecnologie come la realtà virtuale, l'edge computing, l'intelligenza artificiale (IA), ecc. L'uso di tali tecnologie per operare in modo autonomo con una minima dipendenza umana viene ora definito "intelligente"; smartphone, smartwatch e città intelligenti sono alcuni esempi comuni. E quando si parla di città, la prima cosa che viene in mente sono gli edifici, il bisogno più essenziale per qualsiasi essere umano. Ciò crea una domanda incessante di risorse per mantenere in funzione l'edificio finché le persone vi abitano.
Ora, con l'introduzione del concetto di città intelligenti, gli edifici sono visti come la struttura principale che deve essere digitalizzata per diventare intelligente. D'altra parte, con la rapida espansione della digitalizzazione e dei progetti di sviluppo, anche la domanda di energia sta crescendo a un ritmo più rapido. Nella società moderna, gli edifici residenziali e commerciali costituiscono una delle aree dalla richiesta energetica più elevata in quanto devono soddisfare requisiti di prestazioni più complessi che mai. Nei paesi sviluppati, l'energia consumata dai soli edifici è compresa tra il 20% e il 40% dell'energia totale consumata. Ciò contribuisce in modo sostanziale alla produzione dei gas serra, a causa dei quali il riscaldamento globale sta raggiungendo livelli allarmanti.
Utilizzando nuovamente la digitalizzazione, questa volta per risparmiare energia, è possibile adottare in un edificio misure più efficienti dal punto di vista energetico. Grazie all'utilizzo di tecnologie come IoT (Internet of Things) e fonti energetiche rinnovabili, gli edifici nuovi o esistenti possono essere trasformati in edifici a energia quasi zero (NZEB). Questi edifici sono in grado di produrre localmente la maggior parte dell'energia necessaria utilizzando fonti alternative, con un impatto minimo o nullo sull'ambiente. Ciò crea un'enorme opportunità di risparmio energetico e sono già in atto diversi approcci. L'IoT è una delle tecnologie più importanti per ridurre il consumo di energia e raggiungere obiettivi di sviluppo sostenibile.
Comprendere l'integrazione dell'IoT negli edifici
L'obiettivo principale di qualsiasi dispositivo IoT è fornire una connettività Internet senza interruzioni, indipendentemente da dove viene distribuito. Ciò potrebbe consentire un'interazione perfetta tra gadget e dispositivi in spazi intelligenti, con o senza l'intervento umano. Con la connettività Internet che diventa facilmente accessibile anche in luoghi remoti, questi dispositivi intelligenti sono ora presenti ovunque, dai semplici sensori agli elettrodomestici e agli smartphone. Gli edifici intelligenti sono costituiti da molti componenti che possono essere resi "intelligenti" grazie all'IoT con l'obiettivo di ridurre il consumo energetico e rendere l'edificio più ecocompatibile.
Le soluzioni IoT fanno un uso efficiente dell'energia rinnovabile collocata negli edifici utilizzando algoritmi intelligenti e tecnologie basate su cloud tramite Internet. Gli utenti beneficiano quindi di una certa flessibilità, che contribuisce allo sviluppo di città intelligenti e sostenibili. Secondo la direttiva europea sul rendimento energetico nell'edilizia (EPBD, Energy Performance of Buildings Directive), il termine "edifici intelligenti" si riferisce a edifici con un consumo energetico quasi nullo che sono dotati di sistemi di sensori per il monitoraggio intelligente, il controllo automatizzato, la diagnostica, il rilevamento dei guasti e la supervisione che reagiscono a fattori ambientali e alle richieste degli utenti.
Negli edifici ha luogo un numero indefinito di operazioni che possono essere utilizzate come fonte di raccolta dati per i dispositivi IoT per ottimizzare e supportare i sistemi di gestione energetica degli edifici. Ad esempio, l'utilizzo di sistemi di posizionamento e rilevamento delle persone in interni può essere utile per controllare le condizioni di illuminazione, la posizione delle tapparelle e l'intero sistema HVAC (riscaldamento, ventilazione e aria condizionata). Il LED RGB WS2812S con chip driver integrato di Seeed Technology offre un circuito di comando intelligente per il controllo dell'illuminazione e l'amplificazione di rimodellamento del segnale.
Inoltre, la programmazione architetturale può essere utilizzata per integrare le soluzioni IoT in una fase iniziale della costruzione. Ciò aumenta l'efficienza del progetto riducendo i costi ed evitando le riprogettazioni che vengono eseguite per gli edifici esistenti.
Tipico layout di un edificio intelligente per raggiungere l'efficienza energetica (Immagine: Energies 2022, 15, 5991)
Interventi per realizzare un edificio ad alta efficienza energetica
Quando si ottimizza l'efficienza energetica, devono essere considerate tutte le fasi del ciclo di vita dell'edificio, poiché il futuro degli edifici sostenibili risiede nei dati sulle prestazioni acquisiti durante tali fasi. Ogni tipologia di edificio ha diversi fattori statici e dinamici che influenzano il consumo energetico e che possono essere modellati sulla base dei dati raccolti. Questo modello ci permette di quantificare i dati e proporre strategie per raggiungere l'efficienza energetica. Tenendo conto di tutti questi fattori, le seguenti misure possono aiutare a realizzare un edificio ad alta efficienza energetica:
Monitoraggio degli edifici
Poiché non esiste un progetto comune per ogni edificio, la raccolta di dati come il consumo di energia, i comportamenti degli occupanti dell'edificio, l'energia totale generata dalle fonti rinnovabili installate e così via, diventa il primo passo verso l'ottimizzazione del consumo energetico. Questi dati vengono utilizzati per creare modelli che consentono di controllare i dispositivi in modo efficiente dal punto di vista energetico, tenendo presente che il comfort degli occupanti dell'edificio non deve essere compromesso. Il modulo wireless multisensore MD-42688-P di InvenSense permette la raccolta e il monitoraggio dei dati adatti alle applicazioni IoT.
Sistema di automazione
Con i dispositivi IoT installati, molte operazioni all'interno dell'edificio possono essere automatizzate con l'ausilio di sensori. Sottosistemi come HVAC e illuminazione possono essere controllati in base alla presenza degli occupanti. Anche la sicurezza dell'edificio può essere migliorata individuando comportamenti indesiderati o la presenza indesiderata di una persona in un'area sicura. Il sensore SEN0395 di DFRobot è uno di questi prodotti in grado di rilevare la presenza umana nel raggio di 9 metri utilizzando la tecnologia wave radar.
Feedback e coinvolgimento degli utenti
Il funzionamento di tutti questi sistemi ad alta efficienza energetica ruota attorno al fattore comfort degli occupanti; pertanto, anche il feedback occasionale degli utenti diventa molto importante. Ciò aiuta il sistema a regolare continuamente il proprio funzionamento e consente all'utente di essere un input per i sistemi sottostanti.
Prepararsi per il futuro con progetti ad alta efficienza energetica
Sono già state fatte molte ricerche per elaborare concetti che possano avere un impatto significativo sul modo in cui l'energia viene utilizzata all'interno degli edifici. Le soluzioni iniziali si basavano su strumenti di simulazione con diverse capacità per valutare l'intero ciclo di vita di un edificio. Successivamente, con l'aiuto delle misure di efficienza energetica di cui si è discusso sopra, vengono create infrastrutture che a volte possono diventare un vincolo in termini di costi e difficoltà di realizzazione. Ora, con i progressi della tecnologia dell'intelligenza artificiale, questa è vista come un mezzo per prendere decisioni intelligenti per risolvere i problemi sopra menzionati. Tutte queste tecniche sono trampolini di lancio verso il futuro degli edifici intelligenti.
