Sensori intelligenti e IoT negli edifici HVAC 4.0: i dati che guidano comfort, IAQ e controllo predittivo

Perché un’Intelligenza Artificiale (IA) possa trasformare un edificio in uno Smart Building, non ha bisogno solo di algoritmi potenti di analisi dei dati, ma di un’infrastruttura affidabile che raccolga e trasporti i dati. Questo processo avviene in tre fasi:

1. la misurazione (Sensori)
2. la comunicazione (Protocolli e Trasmissione) 
3. l'elaborazione (IA)

Senza una rete di sensori capillare, l'IA sarebbe "cieca": non potrebbe distinguere tra un ufficio affollato e uno vuoto, né accorgersi di uno spreco energetico causato da una finestra aperta o da un filtro intasato. 

Per alimentare un’intelligenza artificiale nel settore HVAC, i sensori non devono solo essere precisi e ben distribuiti, ma devono anche essere capaci di comunicare costantemente dati tramite opportuni protocolli di comunicazione: ModBus, BACnet, MQTT, LoRaWAN, NB-IoT, Mesh.

I sistemi IoT sono una tecnologia in rapida diffusione a causa di diversi vantaggi competitivi rispetto ai sistemi tradizionali (cablati, wireless standard) come: la scalabilità e facilità di installazione, Efficienza Energetica, portata del segnale, Gestione massiva dei sensori, architettura cloud nativa.

Nei sistemi cablati (es. Modbus o BACnet su cavo), l'aggiunta di un sensore richiede tracce murarie, canaline e cablaggi fisici fino al quadro elettrico. Al contrario i sensori IoT sono spesso wireless a lungo raggio, che possono essere installati in pochi minuti senza opere murarie, anche in maniera incrementale su reti di controllo già avviate.
Il Wi-Fi tradizionale può consumare molta energia perché è progettato per trasmettere grandi quantità di dati (video, web), perciò le batterie dovrebbero essere cambiate spesso salvo che non si preveda una linea di alimentazione. Mentre, le tecnologie come LoRaWAN o NB-IoT sono progettate per trasmettere piccoli pacchetti di dati a intervalli regolari, perciò le batterie integrate possono durare fino a 5-10 anni. 
Il Wi-Fi e il Bluetooth hanno difficoltà a superare muri in cemento armato, solai o locali tecnici interrati (dove spesso si trovano le caldaie), invece le frequenze radio utilizzate dall'IoT industriale (sub-GHz) hanno una capacità di penetrazione molto superiore.
Un router Wi-Fi va in crisi quando si connettono più di 30-50 dispositivi contemporaneamente, mentre i gateway IoT sono progettati per gestire migliaia di sensori simultaneamente su un'unica rete. In un sistema moderno, i dati dei sensori spesso passano attraverso un Gateway IoT che raccoglie i dati dai vari protocolli (es. Zigbee, M-Bus, …etc), effettua una prima pulizia del dato (Edge Computing), invia all'IA solo le variazioni significative, riducendo il traffico dati.

Il vero vantaggio competitivo è però l'Integrazione nativa con il Cloud, mentre i sistemi cablati tradizionali richiedono spesso complessi convertitori e PC locali per interagire con le applicazioni in cloud mentre i sistemi IoT nascono Cloud-Native con forti risparmi di manodopera specializzata e di hardware. Ciò rende i dati immediatamente disponibili per gli algoritmi di Machine Learning e per le dashboard di controllo remoto, facilitando la manutenzione predittiva e il monitoraggio multi-sito (gestire 10 edifici diversi da un'unica piattaforma.

Tipologie di sensori per il controllo termo-igrometrico

Per un controllo termo-igrometrico efficace, specialmente se orientato all'integrazione con l'Intelligenza Artificiale, non è sufficiente misurare solo la temperatura dell'aria. È necessario monitorare una serie di parametri che influenzano il benessere termico reale e l'efficienza energetica, seguono le principali tipologie di sensori utilizzate nei moderni sistemi HVAC (tabella 6).

Tabella 6 – Principali tecnologie di sensori per un sistema HVAC 4.0