CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA EDILE E DELLE COSTRUZIONI CIVILI
SISTEMI DI REGOLAZIONE, MONITORAGGIO E CONTROLLO DEGLI IMPIANTI DI EDIFICI AD ENERGIA ZERO
RELATORI:
Prof. Ing. Fantozzi Fabio
Dott. Ing. Salvadori Giacomo
Prof. Ing. Giglioli Romano
LAUREANDA:
Mangiavacchi Elena
MATRICOLA:
467513
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Indice
Premessa
……….………..……6 Capitolo 1 1.Introduzione………..…7 1.1 Terminologia………..8 Capitolo 22.Edifici ad Energia quasi Zero: Definizione ed obblighi normativi………....…...9
2.1 Il panorama europeo e l’Italia...10
2.2 Come si può dimostrare che l’edificio che si sta progettando è un edificio ad energia quasi zero?...12
2.3 Aspetti da valutare in un edificio sostenibile...14
Capitolo 3
3. La progettazione integrata del sistema Edificio-Impianto...17
3.1 Vantaggi e Svantaggi della Progettazione integrata...19
3.2 Aspetti da considerare nell’ Integrated Design ...21
3.3 Indagini Strumentali per la caratterizzazione degli edifici ad energia quasi zero: La verifica dei risultati raggiunti...24
Capitolo 4
4. Domotica e Building Automation...28
4.1 Cenno sulle origini storiche...28
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4.3 Caratteristiche, vantaggi e benefici dell’automazione della casa...32
4.4 Aree di applicazione dei sistemi di domotica...35
4.4.1 Energia ed illuminazione 4.4.2 Sicurezza attiva e passiva 4.4.3 Sistemi di controllo degli impianti microclimatici e comfort ambientale 4.4.4 Elettrodomestici intelligenti 4.4.5 Sistema di telecomunicazioni interno/esterno e di trasmissione 4.5 L’Impianto BUS: Caratteristiche e confronto con l’impianto tradizionale...39
4.5.1 Cenni alle tipologie di sistema BUS...42
Capitolo 5 5.Valutazione dell’efficienza energetica di un edificio secondo la EN 15232 (CEI 205-18) ...44
5.1 Building Automation ed UNI EN 15232... .44
5.2 Inquadramento generale: obiettivi della UNI EN 15232...45
5.2.1 I soggetti coinvolti...49
5.3 Classificazione dei sistemi di automazione secondo la Norma UNI....50
5.4 Requisiti minimi per le Classi di efficienza energetica...56
5.5 Metodi per il calcolo dell’efficienza energetica dei sistemi di automazione BACS/HBES e TBM...58
5.5.1 Metodo di Calcolo dettagliato...59
5.5.2 Metodo dei fattori BACS...60
5.5.3 Esempio di applicazione dei Metodo dei fattori BACS: Osservazione sul risparmio sui consumi. ...63
5.5.4 La domanda energetica dell’edificio...65
5.6- Esempio di scheda tecnica delle funzioni di controllo nella Guida CEI 205-18/2017...67
4 Capitolo 6
6. Applicazione UNI EN 15232/2017 e valutazione del risparmio con il Metodo
dei fattori BACS ...70
6.1 Applicazione 1: Nuova costruzione destinazione residenziale...70
La casa ad energia quasi zero : “Competizione Solar Decathlon Middle East 20181” Edilizia di soccorso: Proposta di SAE (soluzione abitativa di emergenza). 6. 1.2 Requisiti normativi e raggiungimento della Classe di Efficienza A...76
6.1.2.1 Funzione Riscaldamento (Heating) ...77
6.1.2.2 Funzione ACS (Domestic Hot Water Supply Control) ...92
6.1.2.3 Funzione Raffrescamento (Cooling) ...98
6.1.2.4 Funzione Ventilazione e Condizionamento (Ventilation and Air-Conditioning Control) ...105
6.1.2.5 Funzione Controllo Illuminazione (Lighting Control) ....111
6.2 Applicazione 2: Nuova costruzione destinazione non residenziale...122
Nuovo Polo Didattico Scuola di Ingegneria (Università di Pisa) 6.2.1 Realizzazione requisiti minimi normativi: Classe B...122
6.2.1.1 Controllo Riscaldamento e Raffrescamento...124
6.2.1.2 Regolazione Mandata ACS...127
6.2.1.3 Controllo Ventilazione e Condizionamento…………...128
6.2.1.4 Controllo Illuminazione...…...131
6.2.1.5 Controllo Schermature solari...132
6.2.1.6 Controllo Accessi...……...133
1 Il solar Decathlon è una competizione internazionale, creata nel 2002 dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, durante la quale le Università di tutto il mondo, sulla base di 10 contest, si incontrano per progettare, autocostruire e gestire una casa ad energia solare valutata da una giuria internazionale di esperti.
5 Capitolo 7
7. Conclusioni: Valutazione Risparmio energetico tramite il Metodo dei fattori di efficienza (BAC Factors) ...……...133
7.1 Costi dell’impianto Tradizionale...135 7.2 Risparmi tangibili e Intangibili mediante l’uso della
UNI EN 15232...136 7.2.1 TABELLE: Percentuali di Risparmio...139 7.3 Considerazioni ed osservazioni sui risultati evidenziati dalla norma EN 15232...140 7.4 Conclusioni finali...144
Bibliografia
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Premessa
A livello europeo, il settore edilizio è riconosciuto come strategico per la riduzione dei consumi di energia primaria e la riduzione delle emissioni di gas serra; gli edifici, infatti, sono responsabili di oltre il 40% dei consumi di energia primaria della Comunità Europea.
Per questo motivo l’Unione Europea ha emanato nel 2002 la direttiva 2002/91/EC per l’efficienza energetica degli edifici (meglio conosciuta come “EPBD”-Energy Performance of Buildings Directive), che è stata aggiornata nel 2010 con la direttiva 2010/31/UE.
Sulla base di questa normativa il Comitato Europeo di Normazione (CEN) è stato incaricato di redarre precise norme: nel luglio 2007 nasce così la EN 15232 (aggiornata nel 2012 con la versione EN15232:2012 e nel giugno 2017 con la EN15232:2017) “Prestazione energetica degli edifici- Incidenza
dell’automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici”.
La Direttiva 2010/31/UE, recepita in Italia con il D.L 63/2013, convertito poi in Legge 90 e messo in atto grazie al DM 26/06/2015, impone l'inserimento di sistemi alternativi ad alta efficienza. A partire dal gennaio 2019, tutti i nuovi edifici pubblici, dovranno essere progettati secondo gli standard dell’edificio a energia quasi zero; dopo due anni tale standard diventerà cogente anche per gli edifici privati.
La norma UNI EN 15232 consente di calcolare/valutare il risparmio energetico realizzabile con la Building Automation e più in generale con l’automazione dell’edificio; in base al livello minimo di efficienza fissato dal D.M. del 26/06/2016, detto “Decreto Requisiti Minimi”, il livello di Home & Building Automation (HBA) e di Technical Building Management (TBM) per destinazione non residenziale deve essere avanzato, ovvero livello B. Per la destinazione residenziale, dal 2021, è stato fissato un livello minimo in classe C.
La presente tesi si pone come obiettivo la spiegazione dei nuovi obblighi normativi, sottolineando i risparmi ottenibili con ‘building automation’.
Ai fini del raggiungimento della classe di efficienza obiettivo, le osservazioni evidenzieranno soprattutto le parti integranti impiantistiche circoscrivendo tematiche prevalentemente elettroniche distanti dal mio percorso di studio.
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Capitolo 1
1.Introduzione
Nella presente tesi di laurea è stata presa in considerazione la valutazione della normativa UNI EN 15232 “Energy performance of buildings – Impact of Building Automation, Controls and Building Management” nel calcolo del fabbisogno energetico degli edifici adibiti ad uso residenziale e non.
Tramite lo studio della norma UNI EN 15232, si è analizzato l’effetto che i sistemi di automazione, controllo e gestione hanno nella valutazione del fabbisogno energetico per la climatizzazione invernale ed estiva di un edificio.
Si è sottolineato il problema dei consumi elettrici e termici in un edificio, proponendo soluzioni riguardanti l’integrazione di un impianto di Home
Automation, le quali, con delle semplici funzioni di programmazione, consentono di ridurre i consumi non necessari e di indirizzare l’utente ad un uso consapevole dell’energia.
Nei primi capitoli ho deciso di vertere su concetti chiave adiacenti al tema in oggetto. La metodologia applicata si è basata su una disamina iniziale della normativa al Capitolo 5 con lo scopo di individuare gli aspetti principali della stessa e la loro applicazione pratica nel Capitolo 6. Il passo successivo è stato valutare il risparmio percentuale ottenuto tramite applicazione su modelli reali:
-Realizzazione di un edificio ad energia quasi zero per la competizione Solar Decathlon Middle East 14-20 Novembre 2018 (Dubai);
-Edilizia di soccorso: Valutazione automazione soluzioni abitative di emergenza;
-Realizzazione nuovo Polo di Ingegneria presso Università di Pisa-Scuola di Ingegneria.
In ausilio alla mia argomentazione la partecipazione ai seguenti corsi presso la sede di Net Building Automation (Cecina), la quale ringrazio per la competenza e la disponibilità dimostrata.
-21/22 settembre 2017: “BACS - Corso base per sistemi HomePLC: Integrazione e Classificazione Energetica degli impianti (EN15232 - CEI 205-18), Edifici sostenibili con consumo di energia quasi zero NZEB (Dl.63 4 Giugno 2013), Comfort abitativo”
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1.1 Terminologia:
• BAC (Building Automation and Control):
Descrizione software e servizi energetici per il controllo automatico, monitoraggio e ottimizzazione degli interventi manuali e gestionali per avere una serie di
dispositivi al servizio dell’edificio che ne garantisca l’efficienza energetica l’economia e la sicurezza;
• BACS (BAC & System):
Comprende tutti i prodotti di cui sopra per il controllo automatico incluso gli interlock tra i diversi sistemi impiantistici.
• HBA: Home Building Automation
• TBM & TBS (Technical Building Management & Technical Building
System):
Il processo e il servizio delle operazioni di gestione dell’edificio incluso tutti i dispositivi tecnici in relazione con altre discipline (progettazione e gestione economica, project management e project financing):
• Comunicazione seriale su BUS
Tecnica di comunicazione che permette la trasmissione e/o ricezione sequenziale di segnali di controllo, comando o più generalmente di dati tra dispositivi
interconnessi mediante mezzo di comunicazione condiviso (ad es. doppino in rame, onde radio, raggi infrarossi ecc.).
• EPBD, Energy performance of Buildings Directive
Direttiva Europea 2002/91 CE (e successivi aggiornamenti) sulla prestazione energetica
degli edifici, la loro certificazione energetica e la verifica dei consumi per la riduzione delle conseguenti emissioni di anidride carbonica ed altri gas nocivi alla salute ed all’ambiente.
Promuove il miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici richiedendo agli Stati Membri della Comunità Europea la realizzazione di quattro
provvedimenti principali e cioè:
1) un quadro normativo generale per la metodologia di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici;
2) la definizione dei requisiti minimi di prestazione negli edifici nuovi ed esistenti; 3) la certificazione energetica degli edifici;
4) l’ispezione e la valutazione degli impianti tecnici di edificio con particolare riferimento al riscaldamento e raffrescamento.
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Capitolo 2
2.Edifici ad Energia quasi Zero: Definizione ed obblighi
normativi.
Negli ultimi anni, le politiche europee hanno cercato di contrastare gli effetti dei cambiamenti climatici; in particolare, le direttive europee indirizzate al settore delle costruzioni hanno perseguito l’obiettivo di ridurre le emissioni di gas climalteranti attraverso la previsione di una graduale introduzione nel mercato delle costruzioni dei cosiddetti ‘edifici a energia quasi zero’ (Nearly Zero Energy
Buildings – nZEB).
Un edificio ad energia quasi zero, come dice il nome stesso, è un edificio il cui consumo energetico proviene in maniera significativa da fonti di energia
rinnovabile prodotta in loco, consentendo di ridurre al massimo l’impatto nocivo
sull’ambiente.
Con l’entrata in vigore della direttiva europea 2010/31 sulla prestazione energetica nell’edilizia (EPBD Energy Performing Building Directive) ogni stato membro ha il compito di promuovere strategie volte alla diffusione di edifici a energia quasi zero.
La prima definizione di edificio ad energia quasi zero (NZEB) si trova già all’interno della Direttiva Europea 31/2010/UE:
“edificio a energia quasi zero: edificio ad altissima prestazione energetica. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze.”
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2.1 Il panorama europeo e l’Italia
L’obiettivo 20/20/20 ha spinto da diverso tempo tutti gli stati membri dell’unione Europea a favorire azioni rivolte all’efficientamento energetico del patrimonio edilizio nuovo o esistente.
La direttiva 31/2010/UE apre quindi la strada ad edifici di grande “qualità energetica.
“Articolo 9: Edifici a energia quasi zero- Gli Stati membri provvedono affinché: entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione
siano edifici a energia quasi zero
entro il 31 dicembre 2018 gli edifici di nuova costruzione occupati da enti pubblici e di proprietà di questi ultimi siano edifici a energia quasi zero”
La legge 90/2013 recepisce la direttiva 2010/31/Ue e introduce
nuove regole per la certificazione del patrimonio edilizio.
Il recepimento in Italia della direttiva europea 2010/31/Ue avviene con il DL 63/2013 poi tramutato in Legge 90 il 3 agosto 2013.
Questa ha introdotto il concetto di edificio a energia quasi zero o NZEB (Near Zero Energy Building), definito come un “edificio ad altissima prestazione
energetica, calcolata conformemente alle disposizioni del presente decreto […] Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo è coperto in misura significativa da energia da fonti rinnovabili, prodotta all’interno del confine del sistema (in situ);
Il generico “dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da fonti
rinnovabili” della direttiva europea, qui diventa un obbligo: “è coperto in misura significativa”, a cui la Legge 90 vincola una specifica verifica da eseguire e
riportare sulla relazione progettuale.
Unaltro dettaglio importante è il richiamo al confine del sistema: la Legge 90 richiede in modo specifico che le fonti rinnovabili siano prodotte “in situ” e che soltanto queste siano considerate valide nel calcolo e nei limiti di verifica.
Tale concetto è collegato ad una ottimizzazione economica (in termini di analisi costi/benefici) di cui il Decreto “Requisiti minimi”, che introdurrò a seguire, rappresenta la sintesi.
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A livello nazionale, l’edificio ad energia quasi zero è quello che soddisfa i requisiti “finali” in vigore dall’1/1/2019 (1/1/2021 per edifici privati), con fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva ed invernale e per la
produzione di acqua calda sanitaria coperti da fonti rinnovabili come previsto dal D.Lgs n.28 del 3 marzo 2011.
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L’obiettivo progettuale è volto a ridurre il fabbisogno di energia attraverso l’utilizzo di tecnologie ad alta efficienza energetica e quindi produrre sufficiente energia da fonti rinnovabili al fine di bilanciare, al minimo, (nel caso di zero energy buildings) o di coprire in misura significativa (nel caso di nearly zero energy buildings) il consumo annuo di energia.
Le tecnologie per l’involucro e per l’impianto disponibili sul mercato sono
molteplici e numerosi sono inoltre gli studi rivolti alla definizione di una gerarchia di interventi progettuali che meglio si addicano ad “edifici ad energia zero” o “quasi zero”.
2 Tabella tratta dall’articolo: “VERSO EDIFICI A ENERGIA QUASI ZERO - NZEB -I Nuovi Decreti sull’efficienza energetica degli edifici “ di Tecnici&Professione Associazione Nazionale “Donne Geometra” (anno di pubblicazione: 2016)
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2.2 Come si può dimostrare che l’edificio che si sta un edificio ad
energia quasi zero?
A questa domanda risponde il Decreto Ministeriale 26/6/2015 detto “Decreto Requisiti Minimi”, questo permette di attuare quanto contenuto all’interno della Legge 90.
Il 15 luglio 2016 sono stati pubblicati in Gazzetta Ufficiale i Decreti attuativi della Legge 90/2013.
I tre Decreti attuativi, tutti datati 26 giugno 2015, affrontano tutti gli aspetti inerenti l’efficienza energetica: i requisiti prestazionali minimi degli edifici, le modalità di elaborazione delle relazioni tecniche di progetto e la Certificazione energetica degli edifici.
Nel seguito si farà riferimento in particolare al “Applicazione delle metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche e definizione delle prestazioni e dei requisiti minimi degli edifici”
Gli obblighi introdotti dal Decreto Ministeriale del 26/06/2015: REQUISITI MINIMI PER LA PRESTAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI Il D.M. 26/06/2015 definisce le modalità di applicazione della metodologia di calcolo delle prestazioni energetiche e dell'utilizzo delle fonti rinnovabili negli edifici, nonché dell'applicazione di prescrizioni e requisiti minimi in materia di prestazioni energetiche degli edifici e unità immobiliari.
In particolare per quanto riguarda il livello minimo di automazione e controllo in nuovi edifici o edifici soggetti a ristrutturazioni importanti di primo livello
(Edifici a energia quasi zero) al fine di ottimizzare l’uso dell’energia negli edifici, per edifici a uso non residenziale è reso Obbligatorio un livello minimo di automazione e controllo, la regolazione e la gestione delle tecnologie dell’edificio e degli impianti termici BACS (Building Automation Control System), corrispondente alla Classe B,
come definita nella tabella 1 della norma UNI EN 15232 - Guida CEI 205-18 e successive modifiche o norma equivalente.
Nota: La norma richiede esplicitamente soluzioni BACS ovvero di Building Automation che rispettino il livello minimo di funzionalità decritto in modo dettagliato nella norma stessa da non confondere quindi con altri tipi di automazioni generiche come la Domotica ecc…
La norma UNI EN 15232 “Prestazione energetica degli edifici - Incidenza
dell'automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici” consente di calcolare/valutare il risparmio energetico realizzabile con la Building
Automation e più in generale con l’automazione d’edificio: in base al livello minimo di efficienza fissato dal D.M. del 26/06/2016, il livello di Home &
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Building Automation (HBA) e di Technical Building Management (TBM) deve essere avanzato, ovvero livello B.
Il decreto “Requisiti minimi” introduce l’obbligo di superare queste verifiche di cui citeremo solo l’oggetto in quanto non finalità della presente tesi:
Involucro
Verifica termo-igrometrica della singola struttura e calcolo del parametro H’T dell’intero edificio.
Verifica di inerzia delle strutture opache, verifica di schermatura delle aperture e calcolo dell’area solare equivalente estiva.
Impianto
Verifica della quota minima di produzione di energia da fonte rinnovabile per ACS, riscaldamento e raffrescamento già richieste dal Decreto Rinnovabili (D.Lgs
28/2011)
Verifica delle efficienze globali minime per i servizi di ACS, riscaldamento e raffrescamento: l’edificio di progetto deve avere rendimenti maggiori dell’edificio
di riferimento NZEB valutato con efficienze di impianto standard definite dal decreto
Verifica degli indici di prestazione globale o per singolo servizio per il fabbisogno primario di energia totale, rinnovabile e non rinnovabile.
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2.3 Aspetti da valutare in un edificio sostenibile.
Per ricollegarmi alle verifiche richieste in fase di progettazione, ho deciso di sottolineare i principali aspetti da valutare in un edifico sostenibile ad energia quasi zero ed alto risparmio energetico, sia in fase di costruzione che in fase di ristrutturazione. Fissiamo l’attenzione sull'involucro, la produzione di energia rinnovabile e gli impianti.3
Involucro
L'involucro deve regolare il passaggio del calore, dell'umidità, della ventilazione e della luce. Esempio di obiettivi progettuali sono l'installazione di infissi performanti, di isolamenti e intercapedini d'aria ed il posizionamento delle finestre tali da permettere una buona ventilazione sono aspetti che riguardano l'involucro.
I principali parametri che caratterizzano l’involucro e che andranno presi in considerazione includono:
Dati relativi alla geometria e all’esposizione dell'edificio
• Caratteristiche geometrico/dimensionali dell'edificio
• Orientamenti ed esposizione di tutti i componenti dell’involucro edilizio
• Volume lordo e volume netto dell’ambiente climatizzato;
• Superficie utile (o netta calpestabile) dell’ambiente climatizzato, superfici di tutti i componenti dell’involucro e della struttura edilizia;
• Caratteristiche geometriche di tutti gli elementi esterni (altri edifici, aggetti, etc.) che ombreggiano i componenti trasparenti dell’involucro edilizio.
Dati relativi alle caratteristiche termo-fisiche dell'edificio
• Trasmittanza termica dei componenti dell’involucro edilizio;
• Capacità termica dei componenti della struttura;
• Trasmittanza di energia solare totale dei componenti trasparenti;
• Coefficienti di trasmissione lineare dei ponti termici.
3 L’analisi dei seguenti dati è stata valutata traendo spunto dal sito: “ http://www.certificato-energetico.it/articoli/energia-zero.html “
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• Fattori di assorbimento solare delle superfici esterne dei componenti opachi dell’involucro edilizio;
• Emissività delle superfici esterne dei componenti dell’involucro edilizio;
• Fattori di riduzione della trasmittanza di energia solare totale dei componenti trasparenti dell’involucro edilizio in presenza di schermature mobili;
Energie rinnovabili
Per una valutazione globale degli effettivi consumi di un edificio, oltre agli impianti termici, è necessaria la caratterizzazione delle utenze elettriche, che contribuiscono al Fabbisogno energetico globale. Vanno inoltre considerati anche gli impianti di produzione energetica (elettrica/termica) alimentati da Fonti Rinnovabili.
E' possibile produrre energia autonomamente con i pannelli fotovoltaici o con il micro eolico, con questa energia si possono alimentare sistemi a pompa di calore con cui riscaldare gli ambienti, mentre in estate, invertendo il ciclo si può
raffrescare l'aria.
L'elettricità prodotta dai pannelli fotovoltaici può essere utilizzata anche per gli elettrodomestici e per l'illuminazione La produzione di acqua calda si può ottenere facilmente con l'installazione sul tetto di pannelli solari.
Impianti
Le configurazioni impiantistiche possono essere molto varie e complesse in funzione della tecnologia utilizzata; tuttavia è possibile schematicamente caratterizzare l’impianto suddividendolo in quattro principali sottosistemi:
• Sistema di generazione (dedicato o combinato con la produzione di acqua calda per usi sanitari): tipologia e caratteristiche tecniche generatore termico (potenza nominale, rendimento utile, ecc.), tipo di alimentazione ;
• Sottosistema di distribuzione: tipologia circuito, tipo di isolamento dei circuiti, rendimento di distribuzione;
• Sottosistema di emissione (individuazione dei terminali di erogazione, temperatura di mandata, potenza nominale dei corpi scaldanti, rendimento di emissione);
• Sottosistema di regolazione: tipo e caratteristiche sistema adottato: (regolazione manuale, climatica, ambiente, climatica e ambiente, di zona, climatica e di zona), rendimento di regolazione.
Per valutare l’efficienza dell’impianto, sarà inoltre importante conoscerne il regime di funzionamento (funzionamento continuo, intermittente o con
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attenuazione) predisposto dall’utenza, in modo da poter valutare le ore annue effettive in cui questo è utilizzato.
Vanno inoltre considerati i consumi elettrici dei diversi dispositivi ausiliari connessi agli impianti termici (pompe di circolazione, inverter, organi di
regolazione), il cui contributo andrà trasformato in energia primaria nel computo complessivo del fabbisogno energetico.
Per assicurare un corretto tasso di ricambio d’aria, in funzione della destinazione d’uso specifica dell’edificio o di alcuni locali saranno presenti impianti di
ventilazione meccanica.
Gli impianti di produzione dell'acqua calda, del riscaldamento e del raffrescamento in un edificio "a energia quasi zero" devono sopperire in quantità minima alle prestazioni energetiche elevate già raggiunte con un involucro performante e con l'ausilio delle energie rinnovabili.
Per rendere ‘intelligente’ un intero edificio, è necessario predisporre gli impianti in tal senso. Generalmente tali impianti innovativi, in cui i dispositivi sono in grado sia di elaborare informazioni che di comunicare tra loro, si basano su tre tecnologie che vedremo nei capitoli a seguire: BUS, onde convogliate e trasmissione dati wireless
.
Un sistema intelligente di gestione delle funzioni può essere vitale in ambienti in cui ci sono in gioco delle vite come le strutture sanitarie.
Grazie alla building automation, che definiremo nel prossimo capitolo, è possibile una migliore gestione delle chiamate dei degenti e delle comunicazioni interne tra medici ed infermieri, riducendo i tempi di risposta.
Con sistemi intelligenti è possibile anche gestire le code che normalmente si effettuano per le visite mediche (interne ed estere) i prelievi o le analisi negli ambulatori, oltre che gestire tutte le funzioni base come il controllo degli accessi, dei parametri ambientali (climatizzazione ecc), dei controlli antincendio ecc.
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Capitolo 3
3. La progettazione Integrata del sistema Edificio-Impianto
Nota Bene: La norma UNI EN 15232, discussa nel Capitolo 5 della presente tesi, sancisce l’importanza di una progettazione integrata.
La norma definisce i metodi per la valutazione del risparmio energetico
conseguibile in edifici ove vengono impiegate tecnologie di gestione e controllo automatico degli impianti tecnologici e dell’impianto elettrico.
La progettazione integrata è un approccio metodologico per realizzare edifici con elevato livello di sostenibilità evitando o riducendo possibili extra costi. Essa costituisce un iter progettuale che non affronta a “compartimento stagno“ ogni tematica quale disegno architettonico, calcolo strutturale, redazione progetto impianti, involucro etc.., ma costituisce un percorso progettuale che, di fatto, integra tutti gli aspetti sin da subito, risolvendo a priori i conflitti tra questi ultimi.
Cambiare l’approccio alla pianificazione, concentrando maggiori sforzi sulla fase iniziale del processo, è fondamentale perché le decisioni che derivano da questo tipo di azione portano a risultati vantaggiosi e si ripagano se si considera il costo complessivo valutato su tutto il ciclo di vita di un edificio.
Una pianificazione ben organizzata fin dall’inizio può portare ad una ottimizzazione delle risorse energetiche dell’edificio e conseguentemente ad una riduzione dei costi di gestione, al più con un marginale incremento degli extra costi di costruzione, se ce ne siano.
La Progettazione integrata (Integrated Design) è fondamentale nella gestione di questioni complesse derivanti dalla progettazione di edifici ad alte prestazioni energetiche ed ambientali.
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Nelle fasi iniziali della progettazione, le possibilità di influenzare positivamente la performance di un edificio sono considerevoli, mentre i costi e i disagi derivanti da eventuali variazioni progettuali sono minimi.4
Sarà possibile ottenere un elevato livello di risparmio energetico (fino ad edifici a consumo zero) abbinandolo ad un elevatissimo livello di comfort alzando di fatto il valore della costruzione ma soprattutto il benessere di chi ne farà utilizzo. La progettazione e la costruzione di un edificio ecosostenibile non comportano necessariamente un costo più elevato, ma questo dipende dalla strategia e dall’approccio che si adotta. L’approccio della Progettazione integrata che combina progettazione ecosostenibile e passiva, efficiente pianificazione dello spazio e isolamento termico per ridurre il fabbisogno di energia insieme a sistemi attivi molto efficienti, fornisce un’alternativa migliore dal punto di vista dei costi rispetto ai sistemi tradizionali installati su edifici con minori prestazioni. Oltre ai costi di gestione e di manutenzione che si riducono nel lungo termine, è stato dimostrato che gli edifici ecosostenibili sono caratterizzati da un più alto valore commerciale.
Nella figura, vediamo i diversi vantaggi degli edifici ecosostenibili secondo i punti di vista di costruttori, proprietari e locatari.
Vedi Riferimento *5
4 Guida alla Progettazione Integrata Linee guide per l’implementazione di un processo di Progettazione integrata per edifici ad alte prestazioni energetiche ed ambientali_http://www.integrateddesign.eu/downloads/D.4.3.A.1_Guida-alla-Progettazione-Integrata_ITA_REV2.pdf
5 Immagine reperita da: http://www.integrateddesign.eu/downloads/D.4.3.A.1_Guida-alla-Progettazione-Integrata_ITA_REV2.pdf
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3.1 Vantaggi e Svantaggi della Progettazione integrata
VANTAGGI:Prestazioni energetiche superiori: L’ottimizzazione della forma dell’edificio, la scelta del corretto orientamento e la composizione corretta delle facciate vengono ottenute grazie ad un confronto multidisciplinare ed aperto che permette di discutere diverse opzioni progettuali e di prendere scelte condivise già durante la fase iniziale del progetto.
Ottimizzazione del clima interno: L’involucro edilizio e i sistemi impiantistici contribuiscono contemporaneamente a garantire un ambiente interno confortevole caratterizzato da un sufficiente livello della qualità dell’aria interna, da condizioni termiche soddisfacenti e da una buona integrazione dell’illuminazione diurna abbinata a un efficace controllo solare.
Diminuzione dei costi di gestione: sia in termini di costi di gestione e manutenzione.
Riduzione dei rischi e dei difetti di costruzione: Una pianificazione organizzata porta a una riduzione degli errori di costruzione da cui deriva una minore
insorgenza di contenziosi e quindi un maggiore risparmio economico.
Maggiore coinvolgimento dei futuri utenti: Coinvolgendo i futuri utenti e prendendo in considerazione i loro bisogni fin dalle prime fasi progettuali, si può aumentare il loro grado di soddisfazione e anche migliorare la prestazione in esercizio dell’edificio.
Valore di mercato più alto: Il costo di locazione di un edificio a elevate prestazioni energetiche è più alto di un edificio convenzionale, tuttavia le sue spese energetiche sono sensibilmente più basse. Questa condizione può quindi soddisfare sia il proprietario sia l’inquilino. Inoltre il valore di mercato di un edificio a elevate prestazioni energetiche è più alto di quello di un edificio convenzionale.
Marketing della sostenibilità: Il proprietario, o la società di gestione
immobiliare, di un edificio a elevate prestazioni energetiche o ambientali può trarre beneficio dal mostrare un’immagine ‘verde’.
20 SVANTAGGI:
Principali ostacoli alla Progettazione integrata
Il pensiero tradizionale: Il settore edilizio è noto per essere inerziale e quindi lento ad accettare le novità. La Progettazione integrata si basa su processi decisionali e metodi progettuali assolutamente innovativi, e richiede ottime capacità comunicative. Questo significa che tutti i professionisti coinvolti devono affinare le proprie doti collaborative e adattarsi a nuovi contesti.
La Progettazione integrata è ritenuta più costosa: I progettisti in genere si preoccupano più dei costi di costruzione che di quelli di gestione. Tuttavia quando vengono presi in considerazione anche i costi energetici e di manutenzione, allora nella fase di pianificazione si tende a concentrarsi molto di più sulle soluzioni costruttive che garantiscono prestazioni più alte e affidabili nel lungo periodo.
I limiti temporali durante la fase iniziale della progettazione: Spesso i
progettisti sottovalutano l’importanza di una progettazione accurata e quindi non dedicano molto tempo alla concettualizzazione di un edificio. Sarebbe molto utile, invece, convincerli dell’importanza della fase iniziale e della necessità di dedicare il tempo necessario allo sviluppo di diverse iterazioni progettuali che conducono a migliori risultati.
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3.2 Aspetti da considerare nell’ Integrated Design
Ai fini di avere come risultato finale un edificio a bassissimo consumo energetico, dopo tutte le considerazioni fatte sulla disponibilità di fonti energetiche
rinnovabili e sulle destinazioni d’uso, si possono a buon titolo considerare i seguenti principi generali per la progettazione di edifici residenziali a consumo energetico quasi zero:
Minimizzare le dispersioni e i consumi energetici: prevedendo un adeguato isolamento termico delle strutture disperdenti; studiando un’adeguata disposizione in pianta degli ambienti in base alla loro destinazione d’uso.
Massimizzare i guadagni termici: attraverso uno studio preliminare
dell’orientamento geografico dell’edificio; valutando la migliore tipologia di impianto di climatizzazione.
Soddisfare il fabbisogno energetico rimanente attraverso l’energia rinnovabile: con tutte le considerazioni sopra esposte circa la disponibilità e natura di tali fonti rinnovabili.
Nel campo dell’efficienza energetica “spinta” come nel caso degli edifici NZEB, pressoché tutti i componenti edilizi concorrono al conseguimento dell’obiettivo. Essi possono essere di seguito riepilogati. 6
1. Sistemi isolanti delle chiusure opache
Isolamenti termici nelle varie tipologie: dai materiali sintetici in lastra a quelli naturali in pannelli di lana di vetro, minerali o animali, tutti hanno il medesimo scopo di rallentare la dispersione del calore attraverso le chiusure opache, sia orizzontali che verticali. Particolare attenzione verrà quindi prestata alla correzione dei ponti termici che si vengono a creare quando vi sono materiali diversi che entrano in contatto tra loro e quando le condizioni ambientali di umidità e temperatura variano di molto tra esterno ed interno;
Per quanto riguarda le porte di ingresso, esse giocano un ruolo importante in quanto elemento “debole” della parete opaca. Per poter superare con successo un “blower door test”7, una porta di ingresso deve essere ben isolata e disporre di una serie di accorgimenti atti ad evitare il trafilamento di aria;
6 Fonte tratta da:
http://www.expoclima.net/special/84/nzeb_edifici_energia_quasi_zero/criteri_di_progettazione_materiali_prassi.htm 7 Il Blower-Door-Test permette di misurare l'ermeticità di un edificio dopo aver imposto una determinata differenza di pressione tra interno ed esterno.
Il metodo permette di scoprire “le perdite d'aria” dell'involucro edilizio e di valutare il flusso (o tasso) di ricambio dell'aria. Ovviamente valori bassi (infiltrazioni d'aria inferiori) sono preferibili. (Per spiegazione più precisa si veda pag….)
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Le murature invece possono innalzare la performance di trasmittanza complessiva se si utilizzano materiali che già senza ulteriore isolamento raggiungono i valori di legge sulla trasmittanza termica. Esse hanno inoltre l’importantissimo compito di assicurare lo sfasamento dell’onda termica per limitare l’irraggiamento di calore all’interno degli ambienti durante la maggiore insolazione.
2. Chiusure trasparenti
Serramenti in alluminio, in pvc, in legno o in ferro con adeguati vetri. Qualunque tipologia di serramenti si scelga, essa deve essere in grado di assicurare un ottimo isolamento termico.
3. Produttori di apparati tecnologici produttori di energia per
riscaldamento/raffrescamento
• Caldaie;
• Pompe di calore;
• Corpi scaldanti/mobiletti;
• Recuperatori di calore;
• Sistemi aeraulici per la ventilazione con recupero di calore;
• Pannelli solari termici;
• Pannelli solari elettrici;
• Termoregolazione;
• Sistemi domotici.
Qualunque combinazione può andar bene per un normale edificio che rispetta i parametri di legge, ma se si vuole arrivare ad un Edificio a Bassissimo Consumo occorre rivolgersi a sistemi in pompa di calore asserviti da un impianto
fotovoltaico con un sistema di ventilazione meccanica controllata con un recupero di calore di almeno il 90%.
Un sistema di pannelli solari termici può aiutare a produrre acqua calda a basso costo.
4. Software specifico
Per la progettazione e il calcolo delle prestazioni energetiche, anche rapportato alla localizzazione, esistono in commercio diversi software.
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che sia possibile attivare le necessarie simulazioni in termini di ombreggiatura ed esposizione al sole in rapporto alla localizzazione geografica dell’edificio.
Nel caso di edifici NZEB la parte progettuale è forse la più dispendiosa in quanto progettista e committente devono procedere con simulazioni successive sino ad ottenere il miglior compromesso tra prestazioni energetiche, costo di
costruzione e semplicità nella conduzione.
Si tenga però sempre presente il criterio di guida principale: gli edifici sono tutti diversi tra loro e variano in base alla combinazione di destinazione d’uso, località geografica e somme a disposizione per la realizzazione dell’opera.
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3.3
Indagini Strumentali per la caratterizzazione degli edifici ad
energia quasi zero: La verifica dei risultati raggiunti.
Che un edificio sia ad energia quasi zero in fase di progettazione è di relativamente facile dimostrazione in quanto si tratta sostanzialmente di far tornare dei calcoli, tale risultato deve però essere verificato e certificato dopo la realizzazione dell’opera.
In questo senso assumono fondamentale importanza due momenti cruciali nella realizzazione di un NZEB:
• Importanza dell’accettazione dei materiali in cantiere da parte della direzione lavori;
• Verifiche e test di collaudo delle prestazioni energetiche.
Il primo è un momento che riguarda specificamente il direttore dei lavori.
A fronte di un buon progetto che prevede determinate prestazioni per i vari elementi tecnici componenti l’edificio, occorre che la professionalità del DL controlli e guidi il costruttore a fornire materiali che rispettano non solo formalmente le specifiche richieste, ma anche in maniera sostanziale.
Le verifiche e i test di collaudo sono per un edificio NZEB molto più approfonditi che per un edificio normale. Vanno dal blower door test per la verifica della tenuta all’aria dell’intera struttura, alle prove di trasmittanza con
termoflussimetro8, alla rilevazione dei consumi per un periodo significativo, anche se lo strumento principale è alla fine la cifra che l’utilizzatore finale paga in termini di bolletta e conduzione dell’unità immobiliare.
8 Il termoflussimetro è lo strumento che permette di misurare in maniera “quantitativa”, con un buon grado di approssimazione e senza alcun intervento di demolizione, la trasmittanza termica (espressa in W/m2 K), di una struttura verticale, orizzontale, o di un tetto. La misura termoflussimetrica, effettuata dopo un'ispezione termografica, consente di fornire i corretti dati di input per i calcoli di valutazione della prestazione energetica di un edificio. E’ utilizzata sia per gli edifici esistenti, al fine di individuare i reali interventi di efficientamento necessari per il rispetto dei parametri di legge, sia sugli edifici nuovi o post-ristrutturazione al fine di verificare la corretta esecuzione dei lavori e il conseguente raggiungimento dei valori previsti a progetto. La strumentazione (conforme alla normativa ISO 9869) si compone, di norma, di un data-logger, di una piastra flussimetrica per la misura del flusso di calore che attraversa il componente e di 2 o 4 sensori di temperatura a contatto per la misura delle temperature superficiali interne ed esterne delle strutture opache. I parametri di temperatura e del flusso di calore vengono rilevati dallo strumento ad intervalli regolari per un tempo non inferiore a 72 ore (norma ISO 9869). Un software dedicato consente l’elaborazione dei dati acquisiti e la determinazione della trasmittanza termica dell’elemento.
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Brevemente, si è deciso di citare alcuni strumenti per la caratterizzazione energetica di un edificio ad energia quasi zero:
• Fotocamera a raggi infrarossi per la Termografia;
• Attrezzatura di Blower Door test;
• Termoflussimetro;
• Termoigrometro;
• Energy meter;
Nota di approfondimento sulla strumentazione:
Termografia
La termografia ad infrarossi è uno strumento di fondamentale importanza per valutare lo stato di degrado delle strutture opache e trasparenti di un edificio; può assumere un ruolo importante per il raggiungimento di obiettivi di efficienza in termini di risparmio energetico ed economico.
La termografia ad infrarossi viene spesso impiegata per: verificare lo stato della struttura muraria, individuare eventuali perdite d’acqua o infiltrazioni ancora non visibili ad occhio nudo, caratterizzare la struttura e la tessitura muraria per poter progettare i necessari interventi di ristrutturazione e risparmiare così tempo e denaro, ecc..
L’analisi termografica, misurando la radiazione infrarossa emessa da un corpo, evidenzia con colori diversi le differenti temperature superficiali della parete, consentendo così di rilevare le parti dell’involucro dell’edificio a maggiore dispersioni termiche
Blower Door Test
Il Blower-Door-Test (test mediante ventilatore applicato alla porta) permette di misurare l’ermeticità di un edificio al fine di determinare le esigenze di
ventilazione dello stesso e le dispersioni termiche da mettere in conto nella valutazione del fabbisogno energetico.
Attraverso un apposito ventilatore l’aria viene, in tre fasi diverse, immessa o aspirata dall’edificio oggetto del test, creando prestabiliti (dalla norma) valori di pressione o depressione.
Per ogni step vengono registrati i volumi d’aria che l’edificio scambia con l’ambiente esterno attraverso i punti di permeabilità e viene calcolato l’indice di quantità d’aria penetrata o rientrata (a seconda dei casi) nell’unità di tempo, da cui valutare le dispersioni termiche.
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L’analisi termografica in combinazione con il Blower Door test rappresenta l’approccio ideale per individuare le dispersioni termiche connesse alla tenuta all’aria dell’involucro edilizio.
Termoflussimetro
Il termoflussimetro è lo strumento che permette di misurare in maniera
“quantitativa”, con un buon grado di approssimazione e senza alcun intervento di demolizione, la trasmittanza termica (espressa in W/m2 K), di una struttura verticale, orizzontale, o di un tetto.
La strumentazione si compone, di norma, di un data-logger, di una piastra
flussimetrica per la misura del flusso di calore che attraversa il componente e di 2 o 4 sensori di temperatura a contatto per la misura delle temperature superficiali interne ed esterne delle strutture opache. I parametri di temperatura e del flusso di calore vengono rilevati dallo strumento ad intervalli regolari per un tempo non inferiore a 72 ore (norma ISO 9869).
Un software dedicato consente l’elaborazione dei dati acquisiti e la determinazione della trasmittanza termica dell’elemento.
Termoigrometro
E’ uno strumento diagnostico che consente, con indagine non distruttiva, di misurare la percentuale di umidità di pareti, pavimenti e altri componenti dell’edificio.
Per classificare l’elemento murario si considerano, di prassi, le seguenti percentuali di umidità di riferimento:
• - Umidità da 1 a 2,5 % = muro secco
• - Umidità da 2,5 a 5 % = muro umido
• - Umidità oltre il 5 % = muro bagnato.
Rilevando anche il valore della temperatura è possibile calcolare il punto di rugiada della parete analizzata, valore che consente di evitare la comparsa di condensa e muffe. Se utilizzato dopo una indagine termografica negli elementi dove è stata evidenziata umidità, il termoigrometro consente di determinate in maniere veloce, mirata e non invasiva l’entità di tale umidità.
Energy Meter
L’Energy Meter è un misuratore del consumo di energia. Il sistema di
monitoraggio è basato su “multimetri multifunzione” che consentono di misurare tutte le grandezze elettriche relative alla rete monitorata.
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Lo strumento permette l’individuazione di profili di consumo anomali rispetto all’attività tipica svolta all’interno dell’edificio, perché consente la gestione oraria dei dati misurati in relazione alle fasce tariffarie e all’ora del giorno.
La successiva analisi critica dei dati porta a definire i possibili interventi da attuare per l’eliminazione delle anomalie e dei consumi in eccesso riscontrati.
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Capitolo 4
4. Domotica e Building Automation.
4.1 Origini storiche
Le origini della domotica possono ricollocarsi a vari personaggi, tra i quali, William Penn Powers, un costruttore edile che trasferitosi a Chicago, nel 1891, costituì quella che è l’antenata della moderna Siemens, la Power Regulator Company, un’industria di regolatori di temperatura, introducendo, per la prima volta, la tecnologia nell’automatizzazione.
Nel 1907, fu eretto il primo grande hotel a Chicago dotato di un impianto di aria condizionata automatico.
Attorno agli anni ‘50, sempre negli Stati Uniti, fu realizzato il primo dispositivo di controllo di tutte le informazioni sul funzionamento degli impianti.
Nel 1966, un ingegnere della Westinghouse Corporation, Jim Sutherland, creò l’Electronic Computing House Operator o ECHO IV, con un dispositivo di automazione ad applicazione domestica, per il controllo della temperatura e di alcune apparecchiature elettriche.
Nel 1970, la Pico Electronics sviluppa una base di X10, uno degli standard industriali più utilizzati oggi in Domotica, che sfrutta la linea elettrica per le sue trasmissioni (onde convogliate ).
4.2 Analisi terminologica
La domotica o automazione domestica è la scienza multidisciplinare che cerca di rispondere alle esigenze a livello di benessere, comodità e risparmio energetico in tutti i settori, integrando le implementazioni tecnologiche di sistemi d’
automazione già in dotazione da anni. Il termine stesso domotica racchiude in sè gli ambiti presi in considerazione. Infatti deriva dalla fusione di due termini: domus, ovvero casa in latino, e informatica, che rimanda al suo principio di funzionamento, la diffusione di informazioni tramite l’ elettronica.
“La domotica, dall'unione della parola domus, che in latino significa "casa", e del suffisso greco ticos, che indica le discipline di applicazione, è
la scienza interdisciplinare che si occupa dello studio delle tecnologie atte a migliorare la qualità della vita nella casa e più in generale negli ambienti antropizzati.“9
La varietà di definizioni di “domotica” a disposizione è molto ampia, qui di seguito ne riportiamo alcuni esempi per vedere come diversi aspetti di questo tema vengano privilegiati a seconda dell’autore:
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- “L’insieme delle tecniche e degli studi tesi ad integrare nell’abitazione ogni automatismo in materia di sicurezza, gestione energetica, comunicazione, etc.”10
“L’insieme dei prodotti, dei programmi, dei servizi e degli strumenti di progettazione disponibili per rendere più intelligente ed integrato il
funzionamento dei vari impianti ed equipaggiamenti tecnici presenti nei moderni edifici residenziali”. 11
La domotica svolge un ruolo importantissimo nel rendere intelligenti12 apparecchiature, impianti e sistemi per migliorare la qualità dell'abitare e del lavorare all'interno degli edifici. Consente di migliorare il comfort, la sicurezza ed il benessere aumentando il risparmio energetico e la flessibilità di gestione degli edifici (pubblici, civili, industriali e terziario). La domotica è, dunque, una disciplina che si occupa dell’integrazione delle tecnologie che consentono di automatizzare una serie di operazioni all’interno della casa allo scopo di aumentarne il comfort.
Esempio: un impianto elettrico intelligente può autoregolare l'accensione degli elettrodomestici per non superare la soglia che farebbe scattare il contatore.
Obiettivo della domotica
Aiutare le persone ad abitare in case più sicure e confortevoli, con un sistema d’automazione semplice, affidabile, flessibile ed economico; teoricamente alla portata di tutti, con un comfort superiore a quello dei tradizionali sistemi e possibilmente con costi contenuti.
Building Automation
Ad un livello superiore si parla di building automation, o automazione degli edifici.
La Building Automation è la disciplina che si occupa della progettazione, realizzazione e messa in opera di impianti tecnologici.
I sistemi di building automation hanno diversi campi d’applicazione, oltre che nel settore residenziale; ad esempio possono essere utilizzati per uffici, scuole,
10 Ensemble des technique et es études tendant a intégrer à l’habitat tous le automatismesen matière de sécurité, de gestion de l’énergie, de communication,etc., in Dictionnaire Larousse, 2002..
11 Rocco R., Domotica con KNX, Nuovi modi abitare con un sistema domotico aperto, interoperabile e conforme alle norme, Editoriale Delfino, Milano,2009, pag. 6.
12 Con "casa intelligente" si indica un ambiente - opportunamente progettato e tecnologicamente attrezzato che, con il supporto delle nuove tecnologie, permette la gestione coordinata, integrata e computerizzata degli impianti tecnologici (climatizzazione, distribuzione acqua, gas ed energia, impianti di sicurezza), delle reti informatiche e delle reti di comunicazione, allo scopo di migliorare la gestione, il comfort e la sicurezza.
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banche, cantieri, alberghi, agriturismi, palestre, porti, pubbliche amministrazioni, ospedali e per molto altro.
Questa nuova disciplina ha come oggetto di studio privilegiato l’home automation (automazione della casa), scienza che studia particolari sistemi per automatizzare l’abitazione e facilitare l’adempimento di molte azioni che di solito si svolgono in casa.
A seconda del campo di applicazioni esistono delle soluzioni tecnologiche per: -il controllo degli accessi;
-il controllo e la gestione dell’illuminazione;
-il controllo e gestione del condizionamento dell’aria; -la raccolta ed export dati.
In un'azienda, per esempio, per assicurare sicurezza e la protezione si può optare per prodotti che permettono di monitorare gli accessi alle diverse aree, identificare il personale ed i mezzi in transito e gestire la loro presenza all'interno di ogni struttura consentendo di ridurre drasticamente i rischi di collisione
uomo/macchina.
In un edificio per uffici invece sarà importante predisporre lo spegnimento degli impianti nel fine settimana, o la gestione dell’illuminazione e del
condizionamento degli ambienti a seconda delle condizioni climatiche esterne o del numero di persone presenti nell’ambiente interno.
La building automation assume particolare importanza anche negli alberghi in cui è necessario un controllo completo di ogni punto della struttura, il raggiungimento di elevati standard qualitativi dei servizi, garantire la totale sicurezza in tutte le aree della struttura e risparmiare sui consumi. In questo modo il sistema sarà in grado di monitorare la situazione 24 ore su 24, valutando ogni o anomalia di funzionamento.
“Si potrebbe paragonare il sistema domotico ad un corpo umano; infatti, come in quest’ultimo vi è un cervello che tramite le connessioni nervose riesce a
comandare tutti i diversi apparati per fare in modo che si adattino alla situazione, in un impianto automatizzato, vi è un’unità intelligente di controllo che, attraverso un mezzo di trasmissione, come ad esempio un cavo bus, gestisce e coordina le diverse tecnologie a seconda dei dati che riceve dai sensori o che l’utente imposta.13”
L’utente può interfacciarsi con il sistema e decidere le impostazioni dell’impianto tramite diversi strumenti come tastiere, telecomandi od attraverso un touch panel ed interfacce di controllo.
13Citazione tratta da tesi “ Progettazione di un touch panel per un sistema domotico” di Giulia Adami-Politecnico di Milano Facoltà di Architettura
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Le interfacce apprendono il comportamento della persona nell’abitazione e regolano di conseguenza le azioni da intraprendere.
Il grande vantaggio degli impianti domotici di adeguarsi autonomamente alle condizioni ambientali si percepisce soprattutto quando gli utenti sono anziani o persone disabili, che, quindi, riscontrano maggior difficoltà anche nelle esigenze quotidiane più semplici, come il solo avvicinarsi all’interruttore per accendere la luce.
«Un sistema domotico è in grado di semplificare e agevolare lo svolgimento delle attività quotidiane attraverso il comando di impianti e di dispositivi e la possibilità di automatizzarne alcune funzioni.
Tutti i comandi che l’utente esercita manualmente sull’impianto elettrico sono attuabili anche automaticamente dall’impianto domotico, con la possibilità di programmare accensioni e spegnimenti in base all’accadimento di eventi provenienti da altri sistemi».14
Un’altra caratteristica importante è la continuità di funzionamento; l’impianto non smette di operare neanche in condizioni impreviste, come ad esempio nel caso di un black out, e ogni minimo errore o malfunzionamento viene comunicato dal dispositivo centrale al centro assistenza affinché venga risolto al più presto.
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4.3 Caratteristiche, vantaggi e benefici dell’automazione della
casa.
Le principali caratteristiche e i vantaggi che possono può avere la domotica si possono così riassumere:
Semplicità: il sistema domotico è semplice da usare infatti è progettato per un uso di un pubblico non specializzato in questo ambito.
Continuità di funzionamento: il sistema è costruito in modo da offrire un servizio h24 senza avere guasti di alcun genere o comunque in modo da poter essere ripara to con molta semplicità anche da un personale poco esperto.
Affidabilità: il sistema funziona sempre, senza richiedere particolari attenzioni; anche in caso di guasti deve essere progettato per funzionare ma con qualche funzionalità in meno, deve essere in grado di segnalarne il guasto.
Basso costo: per essere alla portata di tutti il sistema deve avere un costo contenuto, inteso come economicità delle periferiche (sensori, attuatori, ecc.) e della rete di connessione.
Risparmio energetico: un sistema completamente automatizzato dove evitare i costi generati da sprechi energetici, o ad altre situazioni, monitorando
continuativamente i consumi e gestendo le priorità di accensione degli elettrodomestici.
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I principali benefici per la gestione della casa consistono quindi in:
-monitoraggio delle condizioni ambientali;
-controllo accurato e puntuale dell'energia con profili finalizzati al risparmio energetico;
-regolazione del sistema di condizionamento, dell'impianto di illuminazione, degli elettrodomestici e dei sistemi di sicurezza;
-gestione degli allarmi tecnici volti a preservare la salute degli occupanti e la sicurezza delle strutture edilizie ed impiantistiche;
-gestione dei carichi elettrici;
-simulazione del regime di occupazione nei periodi in cui l'abitazione non è presidiata.
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Gli obiettivi del MONITORAGGIO effettuato dal sistema di automazione possono essere così riassunti:
1.Misurare l’efficienza di un impianto;
2. Limitare la manutenzione ordinaria alle necessità reali;
3. Aumentare l’efficacia della manutenzione straordinaria;
4. Accrescere la consapevolezza del funzionamento dell’impianto;
5. Individuare errori di progettazione di un impianto;
6. Prevenire le criticità, offrendo una prontezza di risposta nel momento in cui si concretizza il problema.
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4.4 Aree di applicazione dei sistemi domotici.
La domotica trova applicazione in diversi ambiti, ì principali riguardano:
-Illuminazione
-Sicurezza
-Riscaldamento e Raffrescamento
- Prese e carichi elettrici
-Automatismi
-Irrigazione
-Videosorveglianza
-Gestione remota
-Video Citofonia e Telefonia.
Le applicazioni domotiche possono quindi spaziare in diverse aree d’intervento, strettamente connesse al progetto architettonico e impiantistico.
Soffermiamoci su ogni area applicativa.
4.4.1 Energia ed illuminazione:
I. Misuratori digitali, punti luce e prese comandati e temporizzati, reti ad onde convogliate, controllo carichi elettrici, controllo parametri illuminotecnici, sistemi di ombreggiamento e gestione tapparelle nonché scenari illuminotecnici.
Il sistema domotico permette di gestire qualsiasi tipo di luce, esterno o RGB, cioè ogni luce che è presente nella casa.
Grazie a questo sistema è possibile scegliere che punti luci accendere e che intensità dare ad ogni singola lampadina, potendo così scegliere il colore di una zona della casa.
L’impianto domotico permette di eliminare i tradizionali interruttori in quanto, appena un sensore rileva la presenza umana, la luce si può accendere. Si possono programmare i cosiddetti scenari, descritti successivamente, in modo da riuscire, con un semplice comando, ad ottenere le condizioni volute, come ad es. lo spegnimento delle luci in tutta la casa.
Vi è poi la possibilità di controllare i sistemi di oscuramento, come tapparelle, anche questi in funzione di scenari o fasce orari.
Infine il sistema permette di controllare l’attivazione degli elettrodomestici, regolando così i carichi elettrici, in modo da evitare spiacevoli inconvenienti come il black out elettrico.
36 4.4.2 Sicurezza attiva e passiva:
I. sistemi di protezione: allarmi, antieffrazione e controllo accessi e transiti, meglio conosciuta come security;
II. sistemi di protezione ambientale: antincendio, antiallagamento, fughe di gas, meglio conosciuta come safety.
L’impianto garantisce la sicurezza dell’edificio sia a livello attivo che passivo attraverso la connessione tra diversi sensori e dispositivi con l’unità centrale di controllo che elabora i dati e trasmette i comandi alle apparecchiature che li attueranno.
Questi sensori servono per captare i movimenti di pericolo, attivando il sistema domotico che è in grado di gestire la sicurezza.
• Videosorveglianza
Gestendo il tutto con l'impianto domotico casalingo, la casa è sotto controllo 24 ore su 24. Il sistema di videosorveglianza è completamente integrato con l'impianto di domotica, le telecamere con rilevazione di movimento continuano a monitorare tutti gli ambienti sia tramite il touch screen, tramite le tv di casa e tramite remoto con cellulari o via web.
•
Controllo AccessiLa gestione di controllo degli accessi, registra i movimenti in entrata ed in uscita dall'edificio. L'impianto domotico utilizza diverse tecnologie, dal lettore di badge, di impronte digitali o riconoscimento dell’occhio.
4.4.3 Sistemi di controllo degli impianti microclimatici e comfort ambientale:
• Riscaldamento e Raffrescamento
I. regolazione di processo, attraverso l’interfacciamento degli impianti
idrotermosanitari/condizionamento/climatizzazione con apparecchiature ad analisi analogica dei segnali;
II. programmi e procedure per il risparmio energetico e telecontrollo a distanza; produzione di energia elettrica e calore da fonti rinnovabili.
Per quanto riguarda l’applicazione della domotica in questo ambito va ricordato che il comfort ambientale può essere gestito grazie a dei sensori che interfacciano con il sistema, in modo da avere una temperatura equa in tutti i locali in modo da poter ridurre le spese di gestione dei vari impianti sia di raffrescamento e sia di riscaldamento.
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Per capire, gli impianti di HVAC15 interagiscono con dei sensori, ad esempio i
sensori ambiente che rilevano la temperatura in una stanza, e vengono regolati da un’interfaccia di controllo in modo da ottenere sempre una situazione di comfort e di risparmio energetico, per es. con l’impostazione di fasce orarie il riscaldamento viene attivato solo in presenza di persone nella stanza.
Utilizzando fonti di energia rinnovabile è possibile ridurre maggiormente il costo di gestione della casa facendo interagire i due sistemi, con il sistema domotico è possibile comandare da distanza il nostro sistema di riscaldamento e
raffrescamento per poter ridurre gli sprechi e abbassando i costi di gestione.
4.4.4 Elettrodomestici intelligenti:
•
Prese e carichi elettriciGrazie all’interfaccia usata si può avere sempre un monitoraggio delle prese di corrente e dei carichi elettrici domestici consente di gestire l'accensione e spegnimento dei carichi, l'integrazione con i sistemi di energia rinnovabile garantisce il più ampio risparmio energetico.
• Automatismi
Grazie al sistema è possibile far gestire alla centralina tutta la sicurezza della casa quindi tutti i dispositivi come persiane cancelli etc., e segnalare in caso di
violazione della proprietà direttamente sul nostro telefono, rimanendo aggiornati
• Irrigazione
E’ possibile gestire attraverso il controller principale o remoto si può comandare l’irrigazione del proprio giardino gestendo orari modalità di irrigazione o
semplicemente con un tocco far partire l’irrigazione.
4.4.5 Sistema di telecomunicazioni interno/esterno e di trasmissione:
• Gestione Remota
La domotica offre un grande vantaggio, il risparmio di tempo e la facilità di gestione delle attività quotidiane. Ad esempio, con un semplice sms è possibile attivare a distanza dei comandi come l’azionamento di chiudere tutte le finestre Inoltre è possibile attivare tutta una serie di servizi strettamente collegata al soccorso per persone sole, anziane, disabili o ammalate.
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• Video Citofonia e Telefonia
L’impianto domotico fa parte della sicurezza e del comfort presente in tutte le case.
Rispondere al citofono grazie a questa tecnologia è molto semplificato.
Semplicemente utilizzando il nostro smartphone o tablet è possibile interfacciarsi con la persona al di fuori della nostra abitazione utilizzando i dispositivi citati qua sopra.
Il citofono, essendo collegato con il sistema di casa, registrerà tutta la conversazione e in caso di vostra assenza avvertirà i visitatori e registrando l’immagine del loro volto per sicurezza.
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4.5 L’impianto BUS: Caratteristiche e vantaggi rispetto
l’impianto tradizionale.
Poniamo infine la nostra attenzione sul mezzo trasmissivo dei dati utilizzato da questa sistema: il bus.
“La linea bus può essere:
– un cavo (doppino telefonico, coassiale o fibra ottica);
– la rete elettrica stessa, sulla quale convogliare un’onda a 110 o a 132 kHz; – l’etere, attraverso il quale trasmettere una portante modulata a radio frequenza (868 MHz) o all’infrarosso”16
La tecnologia che oggi permette la realizzazione di un sistema domotico completo è costituita dai "sistemi bus".
Per bus si intende una linea dati che collega i diversi dispositivi del sistema domotico e che trasmette tutte le informazioni di controllo.
Nei sistemi bus il comando di attivazione di un componente, ad esempio
l'accensione della luce, non avviene in modo diretto, attraverso un filo elettrico, ma è controllato dal bus: il dispositivo di input (l'interruttore) invia un segnale nella rete, cioè nella linea dati del bus, che lo ritrasmette al dispositivo di output (la lampada). Solo a prima vista il risultato non cambia.
La differenza fondamentale è legata al fatto che in questo modo il sistema domotico è informato di tutto quello che avviene nella casa e può comandare i diversi dispositivi.
Vedi riferimento 17
L'informatica - ovvero una gestione di tipo software - si inserisce all'interno degli impianti e, grazie alla versatilità e la flessibilità della programmazione è possibile potenziare le possibilità di controllo e di gestione di tutti i dispositivi che vengono installati nell'alloggio e che sono connessi al bus.
16 www.sistemibus.com
17 Immagine importata da EDILPORTALE: http://www.edilportale.com/news/2015/12/focus/building-automation-cos-%C3%A8-e-dove-si-usa_49325_67.html
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I sistemi bus lavorano in modalità broadcast, ovvero vi è un dispositivo che trasmette un comando e tutti gli altri a esso collegati lo ricevono18, ma solo gli
apparecchi destinati a compiere tale azione (individuati tramite il loro indirizzo) decodificano il messaggio e mettono in atto l’azione voluta; se ciò non accade il comando torna indietro e l’unità centrale comunica il guasto.
Il bus permette di impartire comandi in modo automatico: se avviene un determinato evento, allora si aziona quel dispositivo.
Una caratteristica particolarmente interessante dei sistemi bus è la possibilità di poter immettere un comando (input) nel sistema attraverso dispositivi differenti. In questo modo l'utente, in funzione delle sue capacità, può scegliere il dispositivo di comando che meglio si adatta alle sue esigenze ed ha la possibilità di connettere il "sistema domotico" della casa con altre reti (internet, rete GSM, cablaggi in fibra ottica ecc.)
Un altro vantaggio che deriva dall’utilizzo di un sistema bus è la possibilità per l’utente di personalizzare il proprio impianto domotico attraverso i cosiddetti
scenari.
Per scenari si intendono “particolari configurazioni del sistema domotico, create sfruttando le possibilità di integrazione dell’impianto bus, ovvero utilizzando e personalizzando in maniera trasversale più funzioni installate”.19
Questa funzione può semplificare l’utilizzo quotidiano della casa in quanto può essere collegata a momenti ripetitivi, come ad es. lo spegnimento delle luci in tutta la casa e contemporaneamente l’abbassamento delle tapparelle ogni volta che si esce di casa.
Gli scenari vengono impostati anche in altre situazioni, a seconda del “proprio stato d’animo (ad es. relax), modalità di utilizzo di un ambiente (home theatre), fasi del giorno (notte)”20, e tutti gli altri momenti in cui si necessita di un
comportamento autonomo del sistema.
L’impostazione degli scenari può essere effettuata attraverso l’interfaccia utente, oppure tramite un software possono essere inseriti quando l’impianto viene configurato.
18 Bellato G., Gli impianti elettrici negli edifici civili. Guida alla progettazione e integrazione dei sistemi,Maggioli editore, 2009,p. 67
19 Gewiss, Manuale illustrato per l’impianto domotico. La meccatronica entra in casa. Tecniche Nuove, 2008 p.90
