Il progredire delle nuove tecnologie 4.0 e della building automation sta favorendo l’evoluzione degli edifici in Smart Building, cioè edifici connessi e intelligenti: possono gestire in modo ottimale l’energia e assicurare un maggiore comfort agli abitanti, rendendoli più consapevoli dei consumi energetici e di come ridurli. Secondo la IEA - International Energy Agency quasi il 40% del consumo di energia nel mondo è imputabile agli edifici.
Al consumo di energia degli edifici, quasi interamente attribuibile al funzionamento degli impianti installati per garantire i servizi connessi all’uso e al comfort abitativo, si somma il crescente aumento delle emissioni di CO2: quanto più un edificio è energivoro, infatti, tanto maggiori saranno le sue emissioni climalteranti. Un uso più intelligente dell’energia e una corretta gestione energetica degli edifici diventano cruciali per raggiungere gli obiettivi delle politiche energetiche europee e nazionali.
La necessità di incrementare il risparmio e l’efficienza energetica ha portato negli anni a una continua revisione al rialzo degli obiettivi UE previsti dal Piano RepowerEU, nell’ambito del pacchetto “Fit for 55”: recentemente la Commissione ha proposto di innalzare dal 9% al 13% il target di efficienza energetica al 2030, rispetto allo scenario di riferimento del 2020.
Un obiettivo ambizioso che, tuttavia, è possibile raggiungere migliorando l’efficienza energetica e rendendo più sostenibili gli edifici: grazie agli Smart Building è possibile usufruire di soluzioni di AI e IoT in grado di controllare, ottimizzare e limitare il consumo di energia e le emissioni di anidride carbonica, contribuiendo alla riduzione dei costi energetici e al miglioramento del comfort abitativo.
La domanda di tecnologie efficienti dal punto di vista energetico in tutti gli edifici, ha generato una forte crescita del mercato globale degli Smart Building: secondo un recente report di Juniper Research, gli edifici intelligenti raggiungeranno i 115 milioni di unità entro il 2026, con una crescita del 150% a livello globale, alla base della quale c’è un sempre più attento efficientamento dei consumi energetici. Per l’Efficient World Scenario della IEA, in media, entro il 2040 gli edifici potrebbero essere quasi il 40% più efficienti rispetto a oggi.
Cos’è uno smart building
Per centrare gli ambiziosi obiettivi di riduzione dei consumi auspicati dall’International Energy Agency la strada degli smart building è l’unica alternativa percorribile.
Già oggi abbiamo bisogno di progettare i nuovi edifici secondo logiche nuove, dove gli elementi delle strutture sono interconnessi tra loro per creare sistemi (climatizzazione, illuminazione, energia elettrica, sicurezza, telecomunicazioni, multimedialità, informatica, controllo accessi, ecc.) più coerenti nel consumo di risorse. Abbiamo bisogno mettere in relazione le cose tra loro, creare interdipendenza per consentire una gestione e un controllo integrati e automatizzati. Solo grazie a questa strategia olistica di costruzione potremo aumentare l’efficienza energetica, l’affidabilità degli attuali sistemi di domotica e la fruibilità stessa di un edificio.
Il concetto di smart building è applicabile a tutte le tipologie di edifici. Ovviamente quelli di nuova costruzione sfruttano il vantaggio delle infrastrutture progettate ad hoc per ospitare tecnologie di monitoraggio e sensoristica per la riduzione dei consumi, ma anche gli edifici antichi o da ristrutturare possono diventare smart building. Uffici, ospedali, alberghi, banche, musei, abitazioni, la trasformazione in edifici intelligenti non conosce destinazione d’uso edilizio, è trasversale a ognuno. Una delle ‘conditio sine qua non’ per uno smart building efficiente è che il sistema di controllo nell’edificio sia parte integrante di esso. Altre caratteristiche essenziali riguardano:
- livelli di sicurezza proattivi;
- adattabilità e modularità per implementare continue innovazioni tecnologiche;
- alto livello di comfort per rendere la vita più facile a chi li abita.
L’IoT per gli Smart Building
Secondo la definizione dell’Energy & Strategy Group del Politecnico di Milano, con Smart Building si intendono gli “edifici i cui impianti sono gestiti in maniera intelligente ed automatizzata, attraverso un’infrastruttura di supervisione e controllo, per ottimizzare il consumo energetico, il comfort e la sicurezza degli occupanti, garantendone l’integrazione con il sistema elettrico”. I sistemi in grado di portare i maggiori vantaggi in termini di riduzione dei consumi energetici sono quelli di energy management e il cuore tecnologico dello Smart Building è l’IoT. Grazie alla digitalizzazione, è possibile dotare questi edifici di soluzioni tecnologiche avanzate, quali sensori, Intelligenza Artificiale, Internet of Things e cloud, per operare un controllo e monitoraggio continuo dell’energia utilizzata per l’illuminazione e per i sistemi di riscaldamento e ventilazione (HVAC) degli edifici e dei parametri ad essi associati. È possibile quindi regolare temperatura, umidità, CO2, impostando i dispositivi in base alle condizioni meteo, al tempo di occupazione dell’edificio, alle esigenze di mantenimento della temperatura e del comfort interni.
L’Internet of Things, elemento chiave per la building automation, garantisce la connessione alla rete di tutti i dispositivi e i device presenti e assicura la disponibilità dei dati acquisiti dai numerosi sensori dislocati nell’edificio. Dati che, costantemente elaborati da piattaforme AI, restituiscono informazioni utili per suggerire o mettere in atto direttamente le azioni necessarie per il funzionamento ottimale dei sistemi di energy management, aumentando così l’efficienza operativa, ottimizzando l’utilizzo delle risorse (come elettricità, acqua e gas) e individuando le possibili anomalie.
Le applicazioni di Real-time energy monitoring per la registrazione del consumo energetico in tempo reale e la restituzione di informazioni sulle modalità di utilizzo dell’energia – in termini di illuminazione, riscaldamento e condizionamento dell’aria – sono ormai uno standard consolidato negli Smart Building.
Le capacità dell’IoT per l’efficienza energetica/monitoraggio energetico
Con le sfide poste in essere dalla transizione ecologica, adottare soluzioni avanzate di monitoraggio dei consumi è uno degli obiettivi più stringenti. Per fare ciò non basta costruire utilizzando materiali isolanti di ultima generazione, serve tenere sotto controllo in tempo reale i dati reali di consumo attraverso l’uso di sensoristica e tecnologia di apprendimento automatico. L’integrazione dell’IoT con soluzioni di AI rappresenta in questo senso un approccio innovativo all’ottimizzazione delle risorse energetiche. La sinergia tra le due è in grado di creare ambienti intelligenti capaci di reagire alle variazioni della domanda di energia in base all’analisi real time dei dati e all’analisi previsionale.
La capacità dei sistemi IoT di comunicare tra loro, e soprattutto di apprendere dai modelli storici, apre nuove opportunità per ottimizzare il consumo energetico e ridurre i costi. L’integrazione tra sistemi hardware e software permette inoltre di sfruttare tutti i benefici di risparmio energetico offerti dalle attuali smart grid. Avere a disposizione sistemi di sensoristica avanzati e metterli in comunicazione con le reti di distribuzione intelligenti massimizza ancor di più il potenziale di risparmio energetico, offrendo una delle migliori risposte ai problemi di sostenibilità degli edifici in un futuro a stretto giro.
Il vantaggio dell’IoT è che parte dal basso: qualsiasi dispositivo collegato alla rete elettrica può essere ottimizzato, dunque il lavoro di efficientamento è pressoché continuo. Sono diversi i fattori che un sistema di riduzione dei consumi basato sull’Internet of Thing può monitorare: ad esempio temperatura, umidità, livelli di illuminazione e occupazione dei locali di un edificio. Questi dati sono poi trasmessi a una piattaforma centralizzata che li elabora in tempo reale per identificare i modelli di utilizzo e ottimizzare il funzionamento. L’algoritmo predittivo è fondamentale in questo scenario per ridurre i costi, grazie alla sua capacità di anticipare i periodi di alta richiesta energetica e regolare il sistema evitando i picchi di consumo.
Digital twin e IoT, i vantaggi del gemello virtuale nello smart building
La nascita degli smart building non è un fenomeno da considerare a sé stante. La progettazione di uno o più edifici intelligenti pone in essere sfide di interrelazione tra le parti di un tutto chiamato smart city. Il che implica progetti di una complessità tale che sarebbe impossibile affrontare senza il supporto di soluzioni come quelle del Digital Twin. Di cosa si tratta? Prima di costruire a scatola chiusa, scoprendo solo in corso d’opera criticità a volte insormontabili, occorre basarsi su un modello di prototipazione rapida che simulano, emulano, il progetto reale. Questo supporto è critico per i progettisti, perché grazie a un modello virtuale possono individuare con anticipo i colli di bottiglia nella rappresentazione di un ecosistema urbano prima ancora di procedere con la fase di esecuzione.
In questa analisi delle caratteristiche più critiche di un progetto di smart building sono cruciali le informazioni che si possono ricavare dalla sensoristica. I dispositivi IoT offrono un enorme vantaggio in termini di analisi dello scenario, motivo per cui si usano per alimentare simulazioni di tipo predittivo. In ambito smart building questa integrazione porta con sé copiosi frutti, in quanto è la chiave per anticipare interventi di manutenzione di un impianto o di un sistema prima che si guasti o piò anche ottimizzare l’uso dell’energia analizzando i dati provenienti dai sensori IoT in tempo reale. I dati rielaborati dal gemello digitale forniscono informazioni sullo stato delle risorse, consentendo interventi prima che sia troppo tardi. Questa capacità di analisi predittiva non solo riduce i costi di riparazione, ma prolunga anche la durata delle apparecchiature che fanno parte integrante di uno smart building.
I vantaggi economici dell'IoT per gli Smart building
Abilitare gli edifici al monitoraggio attraverso i sensori combinati con piattaforme IoT intelligenti per la gestione e l’automazione delle funzioni di illuminazione, riscaldamento e ventilazione degli ambienti degli edifici, consente quindi di:
- efficientare in maniera crescente i costi;
- abbattere le emissioni di CO2;
- migliorare il comfort interno per chi abita o lavora nell’edificio.
La gestione dei servizi abilitati dall’automazione intelligente alla base degli Smart Building viene affidata a Facility ed Energy Manager che, grazie alle tecnologie digitali, riescono a ottimizzare la propria attività.
Una maggiore integrazione tra sistemi eterogenei costituisce indubbiamente un vantaggio competitivo sotto l’aspetto energetico, del comfort, dell’efficienza, dei consumi e dei costi TCO (Total Cost of Ownership). In tal senso, un Sistema di Gestione Energetica dell’Edificio (BEMS - Building Management Energy System) consente una migliore visibilità di tutti i servizi infrastrutturali e garantisce che i componenti operino secondo gli standard più elevati. Qual è dunque il risparmio energetico in termini economici?
In base ad alcuni studi e ricerche, grazie all’implementazione di tecnologie di IoT e AI, si potrebbe ridurre il consumo di energia del 40% e i costi di manutenzione dal 10% al 30%. Contemplando anche l’adozione di smart window, cioè di finestre intelligenti, un report della California Energy Commission stima risparmi compresi tra il 19-26% sul riscaldamento/raffrescamento e tra il 48-67% sull’illuminazione.
Secondo l’ENEA, dalle valutazioni effettuate in base alla Norma EN 15232 “Prestazione energetica degli edifici – Parte 1: Impatto dell’automazione, del controllo e della gestione tecnica degli edifici”, il potenziale risparmio energetico legato all’adozione dei sistemi di gestione dell’energia può essere stimato fino al 20% nel settore residenziale e fino al 30% nel settore non residenziale. In termini economici, quindi, il risparmio energetico può variare in funzione del tipo di edificio, delle esigenze di performance e della tecnologia offerta dal provider, con una stima in media tra il 15% e il 30%.
