Building automation, la nuova frontiera della domotica

Gli edifici residenziali, quasi come quelli del terziario, sono densi di impianti tecnologici: illuminazione parti comuni, riscaldamento / climatizzazione, antintrusione, controllo accessi, eccetera.
Applicando l'impiantistica tradizionale (cosiddetta filare, per il rilevante numero di fili ), ciascun impianto costituisce entità autonoma e quindi anche il controllo è realizzato tramite impianti singoli la cui realizzazione comporta rilevante cablaggio ( posa di condutture ) e rigidità di impiego perché è difficile realizzare ampliamenti e/o modifiche.
Invece, usando la tecnica dell'automazione applicata agli edifici - Building Automation B.A. -- cosiddetta domotica -- si ottiene facilità di installazione e gestione.
La domotica ( building e home automation ) rappresenta l'insieme delle tecnologie, dei sistemi e dei servizi capaci di rendere < intelligente ed integrato > il funzionamento dei vari tipi di impianti installati in un edificio e/o un'abitazione.
Con tale disposizione il sistema di funzionamento cambia radicalmente : l'utente è costantemente informato sullo < stato > degli apparecchi e/o apparati: dal posto di installazione (casa-ufficio ) o da luogo lontano può conoscere, ad esempio, se la caldaia o il frigorifero sono in funzione o spenti per guasto, black –out, oppure se c'è un allarme sulle tapparelle del lucernario, ecc.. e può decidere tempestivamente di intervenire.
L'utente può anche decidere in merito ai consumi di energia ( elettrici e termici ) ad esempio parzializzando o spegnendo i vari impianti ( luce, riscaldamento, eccetera) in base alle proprie necessità.
I sistemi di automazione possono utilizzare tre diversi sistemi di trasmissione del segnale:
-bus, onde convogliate, radio-frequenza
Il sistema bus
La domotica basata sul bus adotta doppia linea : una di energia, a 230 V – 400 V, per l'alimentazione dei dispostivi attuatori ( motori di pompe / ventilatori, apparecchi illuminati, valvole, motori di tapparelle, condizionatori, sirene di allarme, elettrodomestici, ecc..) ed un linea di segnale, a bassissima tensione, formata da due cavi (bus ) collegata ai sensori ( termostati, ricevitori a raggi infrarossi, anemometri, sensori di luminosità).
La linea BUS è adibita al transito di dati di comando e controllo, per agire sugli attuatori che sono sempre on line, ma agiscono, solo quando sono raggiunti da particolari messaggi, in codice digitale, ad esempio:
-apri/chiudi ; accendi /spegni; alza /abbassa; eccetera.
Gli attuatori ( o motori ) sono dispositivi capaci di trasformare l'energia di ingresso (elettrica, pneumatica, idraulica ) in movimento o forza per eseguire un determinato lavoro (spesso impulsivo ).
I sensori invece sono dispositivi atti a intercettare / misurare una grandezza fisica ( temperatura, livello di illuminamento, forza, prossimità-posizione, ecc..)
I dati sono raccolti ed elaborati da una speciale unità di controllo o programmatore o micro-processore che di fatto sono dispostivi elettronici realizzati con circuito elettronico a semiconduttori, con la funzione di controllare e decodificare le istruzioni che arrivano dal campo e devono ritornare in campo.
I micro-processori hanno l'intelligenza di indirizzare i messaggi ad un singolo componente o ad un gruppo: quando due o più messaggi devono percorrere contemporaneamente il bus, il micro-processore individua la priorità e da la precedenza al messaggio dal contenuto più importante, mentre gli altri messaggi vengono memorizzati e inviati appena il < canale > è libero.
Evidentemente con il sistema Bus, si superano le difficoltà di installazione dei sistemi tradizionali perché due sole linee alimentano, in parallelo, le utenze, ovviamente secondo un determinata suddivisione circuitale.
La differenza tra impianti tradizionali ed i sistemi di building automation consiste nei seguenti fattori:
a)Nei sistemi tradizionali il dispositivo di comando agisce direttamente sul circuito di potenza dell'utenza: nel caso di impianti elettrici l'interruttore agisce sul conduttore di fase, mentre nel caso termico agisce sulla valvola o sulla pompa.
b)Nei sistemi di automazione, il circuito di comando è completamente separato dal circuito di alimentazione.
Il circuito di comando – BUS – è costituito da cavi ove passano segnali ( correnti deboli ) dotati di una propria elettronica di elaborazione e comunicazione. I vari componenti sono in grado di scambiarsi informazioni sotto forma di messaggi < codificati > in forma digitale.
Topologia
L'insieme dei vari percorsi di comunicazione inteso come collegamento dei diversi punti di un sistema, formano un intreccio che comunemente chiamiamo < rete >. A sua volta, sulla rete, lo schema logico di collegamento fra i vari punti o nodi, è indicata con topologia: le più importanti sono bus, stella, albero, maglia.
Protocolli di comunicazione
Il protocollo di comunicazione si riferisce al formato del telegramma ed alle azioni che si devono realizzare quanto un dispositivo invia < un telegramma > ad altro dispositivo. Per essere riconosciuto e ritenuto valido, il format del telegramma deve essere composto da precise < regole si sintassi > e di < grammatica >, in caso contrario è considerato falso e quindi rigettato. Ciascun telegramma deve sempre contenere l'indirizzo della sorgente e quello di destinazione ( mittente /destinatario ) e quindi permettono ad un'istruzione di essere presa in considerazione solo dal dispositivo interessato. Il telegramma è composto di 5 campi:
-Campo di Controllo: contiene informazioni di sistema, come la priorità di trasmissione, o la successione del telegramma, ecc…
-Campo di Indirizzo: contiene gli indirizzi del dispositivo che invia il telegramma e quello che lo deve ricevere;
-Campo Dati: contiene le istruzioni o le informazioni che devono essere trasmesse;
-Campo Sicurezza: contiene informazioni di verifica e sicurezza del telegramma;
-Campo Conferma: contiene il RICEVUTO o NON RICEVUTO inserito dal dispositivo destinatario, prima di rispondere al mittente.
BUS proprietari e BUS aperti
I bus sono codificati secondo protocolli brevettati da una singola azienda : in genere sono semplici da configurare ma soddisfano specifiche esigenze dell'azienda produttrice.
Invece i bus aperti, sono codificati secondo regole standardizzate adottate da consorzi di aziende e permettono di adottare sistemi più articolati. In ambito europeo il bus aperto e più diffuso è quello che segue i protocolli definiti all'interno del consorzio EIBA ( European Installation Bus Association ) con lo scopo di sviluppare lo standard EIB ( European Installation Bus ).
Domotica e risparmio energetico
La progettazione e installazione del sistema di automazione, deve prevedere un'accurata suddivisione del sistema complessivo edificio-impianto, in un adeguato numero omogeno di sottosistemi ad esempio: illuminazione, controllo carichi, clima, antintrusione e sicurezza , controllo accessi, automatismo porte, cancelli, tapparelle, irrigazione.
Secondo stime recenti i consumi energetici nel settore residenziale, in Italia, risultano:
-Riscaldamento ambiente 50%
-Elettrodomestici 21%
-Riscaldamento acqua per usi igienici sanitari 16%
-Raffrescamento ambiente 6%
-Cottura alimenti 4%
-Illuminazione 3%
-Totale 100 %
In tale contesto, gli impianti di automazione, soprattutto negli edifici soggetti a ristrutturazioni importanti, associati al miglioramento tecnologico degli utilizzatori ( motori /apparati ) a migliore efficienza energetica ) possono contribuire alla riduzione dei consumi.
I sistemi della domotica ( o building automation ) si possono applicare per le seguenti macro funzioni.
1.Illuminazione
Una tipica applicazione riguarda l'illuminazione mediante:
- Comando ON /OFF;
- Controllo tramite dimmer,
-Regolazione automatica dell'accensione in funzione della luminosità;
-Regolazione dell'accensione in funzione del movimento o presenza persona;
-Comando crepuscolare;
-Comando luce scala;
-Illuminazione di emergenza /sicurezza;
2.Regolazione delle schermature solari ( ombreggiamento )
-Controllo tapparelle : salita /discesa;
-Controllo veneziane mediante variazione dell'inclinazione delle lamelle;
-Chiusura lucernari in funzione delle condizioni meteo;
3.Comando carichi elettrici
-Utilizzo elettrodomestici in funzione delle tariffe orarie ( costo energia );
-Gestione delle attività di stand by
4.Gestione dell'impianto termico e di condizionamento
-Termoregolazione locale /individuale;
- Azione su valvole applicate ai singoli radiatori;
-Comando – controllo scalda-salviette;
-Comando –controllo ventilconvettori;
-Controllo qualità dell'aria in ambiente;
-Protezione antigelo;
-Impianti di raffrescamento ad espansione diretta “split”;
-Gestione della centrale termica ( accensione /spegnimento pompe, bruciatori, regolazione temperatura);
-Ventilazione;
-Misura consumi;
5.Sicurezza Security e Safety
-Impianto antiallagamento;
-Impianti di rivelazione gas- incendio;
-Impianti antintrusione;
-Controllo accessi ( monitoraggio perimetrale)