Domotica, Building Automation e Risparmio energetico

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1 Domotica, Building Automation e Risparmio energetico Prof. Ing. Fabrizio Pilo Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Università di Cagliari Domotica e Building Automation Di cosa si tratta Le tecnologie Le applicazioni per il risparmio energetico

2 Domotica e Building Automation Definizione: Il termine DOMOTICA è un neologismo proveniente dal francese domotique a sua volta sintesi del greco domos (casa) e automatique (automatica): letteralmente dunque casa automatica. DOMOTICA Confronto Building Automation / Home Automation DECISORE UTENTE GESTIONE SISTEMA DIMENSIONE MOTIVAZIONE BUILDING AUTOMATION Azienda Ci lavora Building manager Uso complesso Edificio/Struttura Sicurezza Risparmio Energia Automazione utenze elettriche Controllo accessi DOMOTICA Chi ci vive Ci abita Chi ci vive Uso semplice Abitazione singola Sicurezza Costi adeguati Semplicità Qualità della vita Status symbol Intrattenimento I confini tra domotica e BA sono praticamente inesistenti

3 Applicazioni Domotica e Building Automation Applicazioni Domotica e Building Automation ABITAZIONE

4 Applicazioni Domotica e Building Automation EDIFICIO PP.AA. Domotica e Building Automation Una delle caratteristiche principali degli edifici sostenibili è costituita dalla loro efficienza energetica, ottenuta: ricorso a tipologie impiantistiche avanzate integrazione con sistemi che sfruttano le fonti energetiche rinnovabili e/o i fenomeni naturali, quali, per esempio, la ventilazione o l illuminazione naturale.

5 Applicazioni Domotica e Building Automation Controllare la temperatura degli ambienti in modo da rendere più confortevole il soggiorno e al tempo stesso ridurre gli sprechi energetici Controllare la ventilazione degli ambienti controllare, regolare e gestire l impianto di illuminazione in modo automatico al fine di evitare sprechi energetici Gestire la produzione di acqua calda per uso sanitario Consentire il controllo e comando dello stato degli impianti da un posto centrale tramite computer Applicazioni Domotica e Building Automation Telecontrollo degli impianti da un postazione remota attraverso internet Gestire la produzione energetica locale (Impianti di cogenerazione) Gestire i carichi Automatizzare i servizi dell edificio Gestire e programmare la manutenzione degli impianti

6 Applicazioni Domotica e Building Automation Gestione integrata di altri impianti tecnologici Rilevazione Fumi e Gas Spegnimento Incendi (Idrico - Gas) Illuminazione di emergenza e Vie di Esodo TV a Circuito Chiuso Antintrusione Controllo Accessi Telefonico Trasmissione Dati Impianto Audio di Chiamata e di Emergenza Impianto Diffusione Sonora Impianto Video-Citofonico Domotica e Building Automation Significa trasformare dispositivi di uso comune

7 Domotica e Building Automation In dispositivi intercomunicanti intelligenti Domotica e Building Automation Accessibili in ogni istante e controllabili da qualunque parte del mondo

8 Building Energy Management System (BEMS) Building Energy Management System (BEMS) Un sistema di controllo di un edificio ad alta efficienza saranno quelle di comandare e monitorare gli impianti in funzione di: condizioni climatiche esterne condizioni climatiche interne stato di funzionamento dei vari impianti sistema di riscaldamento/ condizionamento produzione locale energia elettrica/termica sistema di trattamento aria e ventilazione Accensione/spegnimento delle luci Presenza persone Sistema di schermatura delle superfici vetrate ecc.

9 Building Energy Management System (BEMS) Il funzionamento dei BEMS si basa su componenti di impianto resi intelligenti. Un componente si definisce intelligente se sa: 1. come si chiama, fornendo un indirizzo fisico, un identificativo unico in tutto il sistema 2. cosa deve fare e come, individuando quale funzione deve realizzare e secondo quali modalità 3. con chi lo deve fare, ossia con quale utilizzatore deve realizzare la funzione specificamente richiesta Building Energy Management System (BEMS) Monitoraggio clima esterno Temperatura dell aria Umidità relativa Radiazione solare sull orizzontale Radiazione solare sulle superfici verticali dell edificio Velocità del vento Direzione del vento Funzioni/elementi da monitorare Terminali radianti Ventilazione Umidita relativa Qualità aria Sist. Illuminotecnico Schermi solari Produzione energia Carichi differibili Presenze Allarmi

10 Building Energy Management System (BEMS) Ciascuna unità di impianto deve essere controllata indipendentemente da una unità di controllo: L unità di controllo deve comunque poter essere connessa con il supervisore centrale per mezzo di una rete BACnet/LonWorks o altri protocolli. L unità di controllo deve poter spedire dati sul funzionamento del componente e ricevere gli input decisi dal supervisore centrale, che fissa i setup di funzionamento dei vari sistemi in conseguenza delle informazioni ricevute. Building Energy Management System (BEMS) BACnet BACnet Esempio di BEMS con BACnet + Lonworks

11 Norme, Protocolli, cablaggio,... Protocolli EN Cablaggio EN ISO Norme, Protocolli, cablaggio,... Bus Separato o sovrapposto alla distribuzione di energia? Quale? BACnet KNX (Konnex) LonWorks ZigBee Ethernet

12 Building Energy Management System (BEMS) Lo schema di un BEMS moderno è costituito da una rete principale e sottoreti. L edificio viene controllato per mezzo di sottoreti (BUS) con protocolli proprietari sviluppati a livello di ciascun piano dell edificio. Questa struttura consente di identificare ciascun impianto con un indirizzo IP. Building Energy Management System (BEMS) In genere si ricorre a protocolli ben documentati e affidabili (Konnex, Lonworks ecc.) È necessario che questi BUS locali siano messi in grado di comunicare con il supervisore centrale,inviando informazioni e ricevendo input. Ogni BUS di piano viene connesso con la rete BACnet/IP per mezzo di un BACnet router.

13 Protocolli tecnologici automazione: BACnet BACnet stà per Building Automation and Control network. BACnet è un vero, protocollo di comunicazione aperto non-proprietario concepito da un consorzio di costruttori e sviluppatori di building management systems. BACnet è lo Standard ANSI/ASHRAE , adottato e sviluppato dall American National Standards Institute (ANSI) American Society of Heating Refrigeration and Air- Conditioning Engineers (ASHRAE). Protocolli tecnologici automazione: KNX KNX, è nato con lo scopo di realizzare e promuovere uno "standard unico" per applicazioni di Home e Building Automation. I componenti, realizzati da costruttori diversi, vengono garantiti, dopo una procedura di certificazione operata dall'associazione Konnex, per essere interoperabili, cioè per funzionare correttamente senza dover realizzare interfacce.

14 Protocolli tecnologici automazione: KNX Lo standard KNX offre i seguenti mezzi trasmissivi: Doppino ritorto (Twisted pair, type 0 e 1) Modulazione su rete elettrica (powerline) a 110 Khz e 132 Khz Radio Frequenza a 868 Mhz KNX è stato pensato per diventare un marchio di qualità ed aiutare i consumatori ad orientarsi nell'offerta di componenti per la domotica/ba. Protocolli tecnologici automazione: LonWorks La tecnologia LonWorks, da costituisce una piattaforma completa, indipendente dal tipo di media scelto ed aperta, per la gestione di dispositivi connessi in rete. I protocolli possono essere implementati da chiunque su ogni tipo di processore senza riconoscimento di royalities: i prodotti che seguono le linee guida LonWorks per l'interoperabilità, possono dopo una fase di test fare uso del logo LonWorks.

15 Protocolli tecnologici automazione: LonWorks Protocolli tecnologici automazione: LonWorks

16 Protocolli tecnologici automazione: ZigBee Il protocollo ZigBee , sviluppato da è stato definito allo scopo di supportare reti di oggetti a costi e consumi energetici molto minori rispetto ad altri protocolli wireless. Caratterizzato da una velocità di trasferimento dei dati relativamente bassa (28 Kbyte), ha però interessanti caratteristiche di sicurezza e la possibilità di collegare tra loro un alto numero di unità, cosa che lo rende particolarmente adatto a funzionalità di controllo, come nel campo della Domotica: è stato infatti concepito per essere integrato negli oggetti di uso comune. Si tratta di uno standard aperto, cosa che dovrebbe garantirne una buona diffusione. Ethernet Lo standard Ethernet, noto anche come IEEE 802.3, è nato per condividere e collegare tra loro, in modo semplice ed efficiente, dispositivi e risorse di rete. I protocolli utilizzati permettono un transito di dati con velocità comprese tra 1Mb/s ed 1Gb/s, utilizzando cavi coassiali (ora poco usati), doppino intrecciato (cavi Cat. 5 e 6), fibra ottica. Diffusosi enormemente anche grazie alla crescita di Internet, è diventato il protocollo più utilizzato in applicazioni - reti in ambienti office, ma ha avuto una buona diffusione anche in campo industriale, grazie alla sua economicità ed affidabilità, dove è utilizzato per il controllo e monitoraggio di impianti e sistemi.

17 Applicazioni Domotica e Building Automation Applicazioni Domotica e Building Automation

18 Applicazioni Domotica e Building Automation Applicazioni Domotica e Building Automation

19 Applicazioni Domotica e Building Automation Applicazioni Domotica e Building Automation

20 Applicazioni Domotica e Building Automation Efficienza di gestione e risparmio energetico

21 Efficienza di gestione e risparmio energetico Riscaldamento / Raffrescamento in Edifici non Residenziali Classi e Fattori di efficienza BAC/HBES Risparmio adottando le Classi B e A al posto Tipologia Edificio / D C B A di C o D Locale Senza Automazione Automazione Alta Risparmio Risparmio Risparmio Risparmio automazione Standard Avanzata Efficienza B/C B/D A/C A/D Uffici 1,51 1,00 0,80 0,70 20% 47% 30% 54% Sale di lettura 1,24 1,00 0,75 0,50 25% 40% 50% 60% Scuole 1,20 1,00 0,88 0,80 12% 27% 20% 33% Ospedali 1,31 1,00 0,91 0,86 9% 31% 14% 34% Hotel 1,31 1,00 0,75 0,68 25% 43% 32% 48% Ristoranti 1,23 1,00 0,77 0,68 23% 37% 32% 45% Negozi / Grossisti 1,56 1,00 0,73 0,60 27% 53% 40% 62% Case monofamiliari Appartamenti in condominio Atri residenziali Riscaldamento / Raffrescamento in Edifici Residenziali 1,10 1,00 0,88 0,81 12% 20% 19% 26% Fonte: Analisi economica

22 Mercato Domotica e Building Automation