DOMOTICA E INTELLIGENZA NELLE CASE Vittorio Cecconi Palermo 8 giugno 2012 1
Domotica (domotics in inglese, domotique in francese) è un neologismo, ottenuto per contrazione di domotronica parola composta da quella latina domus e da elettronica. Più recentemente altri hanno preferito ritenere coinvolta la parola informatica invece che elettronica. Si tratta di un aggettivo ma anche di un sostantivo o di un aggettivo sostantivizzato che indica l'insieme delle scienze e delle tecniche (quindi costituisce una scienza ma anche una tecnologia operativa) connesse all applicazione, all'interno dell'ambiente di vita o di lavoro (domus nel senso più ampio del termine),. dell elettronica, dell informatica, dell impiantistica, della sensoristica, dell attuazione di funzioni e di processi operativi, dell automazione, della comunicazione uomomacchina e macchina-machina. 2
La domotica si occupa dell integrazione delle tecnologie, degli impianti, dei prodotti e dei servizi resi, con l obiettivo di realizzare case intelligenti (si parla di smart house o intelligent house) confortevoli, sicure, di alte prestazioni, di gestione economica e di semplice fruizione. Si parla anche di home automation (automazione domestica) in quanto i processi che si attuano per la realizzazione della casa intelligente sono processi automatizzati. 3
L'automazione domestica interessa una vasta gamma di funzioni, tra le quali si citano: Sicurezza attiva (delle persone e delle cose) detta safty Sicurezza passiva (antintrusione, manomissioni indebite, utilizzo improprio) detta security Sicurezza di funzionamento (di apparecchi, impianti e sistemi) detta dependability Comfort Facilità d uso Manutenibilità Disponibilità Flessibilità ed espandibilità Facilità di riprogrammazione e di riconfigurazione 4
Controllo gestionale Comunicazione Gestione economica (dell energia, delle apparecchiature, degli impianti, delle strutture) Riscaldamento Ventilazione Condizionamento dell aria Illuminazione Intrattenimento Processi di lavori domestici programmati e automatizzati Gestione automatica a distanza e coordinata dei processi. 5
Un sistema è ritenuto domotico quando sono presenti almeno tre sistemi digitali diversi interagenti. Il mercato della domotica può essere diviso in due diverse categorie: La DOMOTICA DI BASE : comprende la sicurezza antintrusione, la sicurezza e il comfort ambientale, il controllo di alcuni carichi elettrici. La DOMOTICA AVANZATA : riguarda invece le personalizzazioni e le applicazioni specialistiche (motorizzazioni, automazioni luci, diffusione audio-video, scenari di automazione integrati, etc.) Si distinguono, secondo le modalità di installazione, impianti domotici distribuiti, concentrati, ibridi 6
. Oggi l installazione di un sistema di automazione domestica non particolarmente spinto può essere realizzato facilmente, senza o con ridotti interventi sulle strutture della casa, utilizzando per le comunicazioni onde convogliate viaggianti sulle linee elettriche di potenza esistenti (power lines) e onde radio e adottando singole apparecchiature e macchine di per sé automatizzate e intelligenti. 7
Per far funzionare il sistema non occorre essere un esperto di informatica e di operazioni informatiche né un esperto conduttore di automatismi. Spesso basta premere semplici tasti quando si è in casa oppure usare il telefono quando si è fuori. Sarà lo stesso sistema, con i suoi messaggi visivi e vocali, a guidare l operatore nelle azioni da compiere. Per comandare l intelligenza pur quando non si è in casa, ovvero per seguire da fuori casa la successione degli eventi che si sviluppano in casa, le connessioni e le comunicazioni con interfacce intelligenti devono attraversare delle porte (informatiche, di comunicazione) di ingresso-uscita da casa. 8
Una automazione spinta, un alto livello di intelligenza, una capillarità e diffusione del sistema (impiego di PC multimediali, reti locali, Internet, Smartphone, molteplicità di macchine automatizzate, gestione coordinata di più edifici o addirittura di quartiere, power lines, reti intelligenti di interconnessione di complessi di case, etc) consiglia, in fase progettuale della casa e delle case, di intervenire aggiungendo nuovi criteri progettuali che siano funzionali allo scopo. Si tratta cioè di introdurre nuovi parametri progettuali che condizionano la ricerca della soluzione che porta al progetto ottimo. Si tratta di tenere conto sin dall inizio di tutti i parametri di interesse, facendoli così intervenire quali parametri progettuali, consente di realizzare il progetto ottimizzato, evitando di dover intervenire successivamente con esiti inevitabilmente più ridotti e più costosi. 9
Agli edifici complessi (con più abitazioni, negozi, uffici, locali pubblici, etc) si trasferiscono gli stessi concetti della singola abitazione. Si parlerà allora di Sistema Elettronico dell Edificio (Buildng Electronic System), di Sistema di Automazione dell Edificio (Building Automation System), di Edificio Intelligente (Smart or Intelligent Building) e di Sistema di Gestione dell Edificio (Building Management System) Per l Intelligent Building Institute degli USA un edificio intelligente è quello che garantisce un elevato livello di produttività in un ampio arco di attività a costi certi attraverso l attivazione delle prestazioni delle sue quattro componenti fondamentali che sono: la struttura (building structure), gli impianti tecnici (building system), i servizi disponibili (building services), la gestione (building management). Una conclusione è che è edificio intelligente quello la cui struttura tecnologica consente di incrementarne le prestazioni (livelli e tipi) e di migliorare la produttività dei suoi occupanti. 10
Naturalmente per un corretto progetto della casa che tenga conto dei diversi aspetti (sicurezza, consumi energetici, funzionalità, fruibilità, etc), occorre poter definire tecnicamente le prestazioni delle sue diverse funzioni e parti componenti, valutare il loro vantaggio, il loro costo iniziale, il costo della loro gestione (energetica, manutentiva, etc) e la durata di vita di tutte queste parti. La durata di vita infatti è fondamentale per poter confrontare i costi di realizzazione (da riportare in costi annui tramite la valutazione delle relative quote di ammortamento) con i costi di gestione in maniera tale da ricercare il minimo costo complessivo. Nel costo complessivo occorrerebbe comprendere in considerazione anche il costo della dismissione dell opera al termine della sua vita o di parti dell opera durante la vita della stessa, tenendo conto dello smaltimento dei materiali e, per quel che è possibile, del loro recupero. 11
Un sistema domotico è formato da alcuni elementi fondamentali quali: centrale di controllo, sensori, attuatori con motorizzazioni, rete di comunicazione, interfacce utente. I sensori, a seconda della diversa tipologia di controllo, captano gli eventi esterni, li trasmettono alla centrale intelligente che li elabora e comanda un intervento che può essere di tre tipi: 1. on/off se si riferisce ad un comando acceso/spento, 2. su/giù quando si tratta di motorizzazioni, 3. regolazione a esempio quando si tratta di illuminazione 12
Struttura di un Sistema Domotico EVENTO Collegamento Punto a punto Bus Onde Convogliate Onde Radio Infrarossi Interfacce utente Consolle Touchscreen Telecomandi SENSORI CENTRALE DOMOTICA INTERVENTO Tipologia di controllo Segnalazione dell evento Elaborazione ON/OFF Tapparelle Motorizzazioni varie REGOLAZIONE Illuminazione Temperatura ALLARME Interno Esterno 11 13
ASPETTI GENERALI DEGLI IMPIANTI DOMOTICI SONO: Integrazione Normalizzazione (Standardizzazione) Multidisciplinarietà 14
La integrazione è il collante della domotica. Integrare vuole dire: Mettere insieme prodotti (componenti e sistemi), trasformandone la sommatoria in un sistema omogeneo Rendere i diversi prodotti reciprocamente compatibili, fisicamente e logicamente Uniformare il cablaggio, le tecniche di automazione, di trasmissione dei dati e di comunicazione, garantendo la interoperabilità di tutte le parti e funzioni Far interagire i servizi (tecnici e professionali) per raggiungere obiettivi comuni Operare per perseguire risultati completi, con la possibilità di poter adeguare il sistema a cambiamenti (flessibilità) e di poter aggiungere successivamente ulteriori elementi (espandibilità) Nasce l esigenza di una nuova figura professionale che è l Integratore di Sistema (System Integrator) 15
Requisiti di un Sistema Domotico INTEGRAZIONE APERTURA FLESSIBILITA AFFIDABILITA Requisiti di un sistema domotico SEMPLICITA CONTINUITA DI FUNZIONAMENTO ESPANDIBILITA 12 16
17
La normalizzazione e più in generale la normazione sono elementi di garanzia di una buona integrazione, della diffusione commerciale dei sistemi, della loro economicità. I linguaggi informatici, le compatibilità strumentali, la interoperatività delle apparecchiature e dei componenti sono oggetto di normazione, che ancor oggi incontra difficoltà per uno sviluppo generalizzato. In senso lato la comunicazione interna e con l esterno è assolutamente necessaria 18
La comunicazione può utilizzare segnali di diversa natura e mezzi di propagazione di tipo diverso. I segnali possono essere elettrici o elettromagnetici (condotti, a onde convogliate, radioelettrici), ottici, a raggi infrarossi, etc. I mezzi di propagazione dei segnali possono essere le stesse linee elettriche di energia, l aria, appositi doppini, fibre ottiche,etc Le scelte sono determinate dalla tipologia del sistema di controllo e dei componenti utilizzati così come dalle caratteristiche funzionali da realizzare. 19
Evoluzione impianti Gli impianti devono poter parlare tra loro Home networking Domotica Prossimo futuro Oggi Intrusione, Incendio, Gas Ieri Climatizzazione 7 20
La multidisciplinarietà della domotica non può essere affrontata con il semplice coinvolgimento delle varie competenze necessarie in una ipotetica suddivisione dei compiti. E necessaria la stretta integrazione delle competenze e il diretto confronto tra le stesse. Ritorna come imprescindibile, anche ai fini della funzionalità del progetto, la necessità di far intervenire tutte le variabili del sistema domotico come altrettanti parametri progettuali che nella sintesi della ottimizzazione del progetto si condizionano reciprocamente. Ancor oggi, soprattutto nell ambito professionale, questo processo ritarda a evolversi adeguatamente 21
22
Sono fasi per la progettazione di un a sistema di home automation le seguenti 1.Analisi delle esigenze dell utente 2.Valutazione degli impianti e dei componenti 3.Definizione delle funzionalità del sistema 4.Scelta del sistema di controllo e dei suoi componenti 5.Stesura dei layout degli impianti 6.Mappa dei segnali (ingressi) e dei comandi (uscite) 7.Schemi delle connessioni 8.Specifiche di programmazione del sistema. 23
La domotica costa, anche alcune unità o decine percentuali in più. In contrapposto si migliorano e si accrescono le prestazioni della casa e quindi il suo valore Si migliora anche la gestione della casa e si economizza durante la sua utilizzazione La decisione di rendere domotica la casa è bene che sia presa in fase progettuale, per meglio e più economicamente conseguire l obiettivo. Nel progetto quindi vanno fissati alcune specifiche tecniche preliminari e poi va trovata la soluzione che ottimizza il bilancio economico della stessa riconoscendo di volta in volta il valore che l opera finita acquisterà. 24
Per un corretto progetto della casa occorre quindi tenere in conto i diversi aspetti (sicurezza, consumi energetici, funzionalità, fruibilità, etc), occorre poter definire tecnicamente le prestazioni delle sue diverse funzioni e parti componenti, valutare il loro vantaggio, il loro costo iniziale, il costo della loro gestione (energetica, manutentiva, etc) e la durata di vita di tutte queste parti. La definizione della durata di vita infatti è fondamentale per poter confrontare i costi di realizzazione (da riportare in costi annui tramite la valutazione delle relative quote di ammortamento) con i costi di gestione in maniera tale da ricercare il minimo costo complessivo. Nel costo complessivo occorrerebbe comprendere anche il costo della dismissione dell opera al termine della sua vita o di parti dell opera durante la vita della stessa, tenendo conto dello smaltimento dei materiali e, per quel che è possibile, del loro recupero. 25
Si presenta adesso una nuova metodologia atta a trovare in sede progettuale la condizione di minimo dei costi totali (costruzione, gestione e dismissione) di un opera. Per questo si fa riferimento a un importantissimo aspetto della domotica, quello legato all energia. Ma la validità del metodo è generale Sono presi in considerazione i costi attualizzati di seguito riportati: Yge: costo annuale per la gestione energetica dell edificio moltiplicato per la sua presunta durata di vita espressa in anni; Zde: costo di dismissione dell edificio alla fine della sua vita; Xce: costo di costruzione dell edificio. 26
Esiste un valore di Xce (Xce,min), sotto il quale non è possibile andare, in corrispondenza del quale il valore di Yge è massimo (Yge,max). Esiste anche un valore minimo di Zde. Esiste un valore massimo di Xce (Xce,max) al di sopra del quale non si ottiene alcun vantaggio (riduzione) economico nel costo di Yge. In corrispondenza, quindi, si ha il minimo valore di Yge (Yge,min). In un primo approccio è possibile pensare che Xce abbia un influenza su Zde che è significativamente più bassa di quella che ha su Yge e per questa ragione noi consideriamo, preliminarmente, solo l influenza di Xce su Yge. 27
Ovviamente, incrementando Xce, Yge decresce. Poichè esistono i valori limiti Yge,max, Yge,min, Xce,max e Xce,min allora si può supporre una dipendenza iperbolica tra Yge e Xce anche se, a dire il vero, questa dipendenza può avere alcune discontinuità. La figura rappresenta la dipendenza supposta. Ciascuna curva è caratterizzata dal valore del parametro: K = (Yge - Yge,min) x (Xce - Xce,min) 28
yge yge max K yge min K1 K4 K3 K2 xce min xce max xce 29
La soluzione del problema è ottenuta determinando la condizione per la quale il costo totale, Yge + Xce, supposto variabile, assume il minimo valore. Il costo minimo è ottenuto ponendo la derivata della somma, che rappresenta il su menzionato costo totale, uguale a zero, il che vuol dire quando: Xce,opt = Xce,min + K In un ristretto campo di variazione di Xce, attorno a Xce,opt, può essere determinato il valore di Zde e così il valore minimo della somma Yge + Zde per ricavare, poi, il valore di Xce corrispondente al valore di Yge determinato in questo modo. 30