Il Rapporto tra Tecnologia e l’Architettura
Building Automation
Alfio Galatà
Automazione & Energy Saving
Building Automation
Gestire un edificio in maniera efficiente significa:

assicurare le migliori condizioni di comfort ambientale
agli occupanti con il massimo contenimento dei consumi
energetici;

offrire una soluzione di gestione il più possibile unica;

adattare la funzionalità degli impianti alle esigenze
operative determinate dall’uso degli spazi abitativi e dalle
richieste degli occupanti;

coordinare dinamicamente i processi di conduzione degli
impianti tecnologici e risolvere la complessità del
controllo derivante delle interazioni dei singoli sistemi;

comandare la strumentazione e l'impiantistica esistente,
senza richiedere supporto di personale specializzato.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Il concetto più moderno di automazione degli edifici considera la
struttura edilizia e gli impianti tecnologici come un unico sistema
edificio-impianti, e tende a risolvere, attraverso l'integrazione, i
conflitti che spesso scaturiscono dall'interazione tra:

involucro edilizio e sistemi energetici passivi (architettura
bioclimatica);

controllo attivo della funzionalità degli impianti tecnologici;
Le Variabili fisiche devono essere valutate insieme alle richieste e
comportamento degli occupanti, per ottenere una combinazione
tra efficienza energetica e comfort ottimale.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Un sistema BMS è composto da:

componenti hardware: sensori, attuatori e moduli di
controllo

funzioni software: algoritmi di regolazione e controllo;
L’obiettivo principale di un sistema BMS é quello di offrire
servizi, definibili attraverso le fasi di ingegnerizzazione del
sistema.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Struttura di base di un sistema BMS:
 field level: sensori ed attuatori per il controllo dei dispositivi
finali
 control level: algoritmi di controllo per i dispositivi finali
 management level: procedure gestionali del sistema edificioimpianti
Spesso i sistemi BMS locali sono collegati a centri di supervisione
in postazione remota per la gestione degli impianti distribuiti su
aree geografiche.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Misure:
 Temperatura: interna ed esterna;
 Luminosità: interna ed esterna
 Umidità relativa: interna ed esterna
 Qualità dell’aria: interna
 Regime di occupazione: presenza/assenza all’interno dei locali
 Energia: elettrica, termica
 Meteo: Radiazione Solare, Velocità e Direzione Vento, Pioggia
 Stato Finestre: aperto / chiuso
Attuazioni:
 Relé: accensioni/spegnimenti e/o aperture/chiusure;
 Valvola a 3-vie: regolazione portata fluido termovettore;
 Dimming: regolazione potenza elettrica corpi illuminanti;
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Funzioni di Controllo
 Funzioni generali
 Start/Stop schedulati a tempo
 Start/Stop ottimali
 Cambio strategie stagionali: inverno, estate, mezza
stagione
 Abilitazioni e Disabilitazioni dei controlli implementati
 Controllo apparecchiature elettriche
 Gestione dei carichi
 Sforature dei limiti contrattuali di potenza elettrica
installata
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Funzioni di Controllo
 Controllo Climatizzazione
 Aria esterna durante i periodi di warm-up/cool-down
 Temperatura del fluido termo-vettore (aria/acqua) nei
circuiti primario e secondario;
 Temperatura ambiente: On/Off a tempo, termostato,
differenti profili di comfort, regime di occupazione;
 Dispositivi di ombreggiamento esterni
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Funzioni di Controllo
 Illuminazione Artificiale
 Accensioni / Spegnimenti: a tempo, sequenza tabellare;
 Regime di occupazione del locale;
 Daylight: massimo sfruttamento delle risorse luminose
naturali
 Comfort visivo: abbagliamento, contrasto
 Filtri sulla tensione di alimentazione;
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
 I sistemi BMS giocano un ruolo primario nei processi di
riduzione dei consumi energetici, miglioramento del comfort
ambientale e della sicurezza per gli occupanti e le strutture
edilizie/impiantistiche.
 Impianti non controllati in modo adeguato, inevitabilmente
comportano sprechi energetici e discomfort per gli occupanti.
 Un sistema BMS deve essere capace di risolvere in modo
integrato le mutue relazioni tra i seguenti impianti tecnologici:

Lighting (artificiale e naturale)

Heating e Cooling

Indoor Air Quality e Ventilation
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Concetto di sistema integrato
Lighting
Heating
Cooling
Shading
Ventilation
and IAQ
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Soluzione convenzionale
Conventional cabling
- Diversi sottosistemi indipendenti
- Cablaggio “a stella”
- Intelligenza centralizzata
- Progettazione e installazione
richiedono specialisti diversi
Subsystem 1
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Subsystem 2
Subsystem 3
4 Aprile 2002
Building Automation
Soluzione integrata
LON
Local Operating Network
– Cablaggio strutturato
– Intelligenza distribuita
– Progettazione e installazione
risultano semplificate
Integrated
Building Management System
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Soluzione Tecnologica
 L’offerta di mercato relativa ai sistemi di Building Automation
si differenzia, essenzialmente, in base alla tecnologia della
rete di controllo sulla quale sono basati.
 Molte reti sono di derivazione industriale, basate su moduli di
controllo ad alte prestazioni, che implementano protocolli di
comunicazione.
 Le tecnologie più comuni sono: LonWorks, FieldBus, EIB,
Profibus, BatiBus, InterBus, DeviceNet, ecc.
 Alcuni di questi standard sono “proprietari”, cioè legati ad un
produttore unico o principale.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Soluzione Tecnologica
 Obiettivo dei sistemi di Building Automation è quello di poter
disporre di tecnologie aperte a molti costruttori, affidabili ed a
costi sufficientemente bassi, tali da permettere anche
l’integrazione di apparati “poveri” quali interruttori,
termostati, dimmers, ecc.
 Tra le varie tecnologie di rete disponibili, quella più
largamente supportata da costruttori e più utilizzata nel
settore della Building Automation e’ la tecnologia LonWorks.
 Sviluppato dalla societa’ americana Echelon, il protocollo
LonWorks, basato sull’impiego di un processore unico
(neuron chip), è oggi totalmente “aperto” a qualsiasi
costruttore voglia supportarlo.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Soluzione Tecnologica
 Il protocollo LonWorks, e’ basato su una topologia di rete
“libera” e permette di creare una rete di controllo
comprendente fino a 32.000 apparecchiature dotate di
intelligenza autonoma, interconnesse utilizzando un qualsiasi
mezzo di collegamento oggi disponibile.

cavi dedicati (rame e fibra ottica);

onde convogliate su cavi elettrici;

radiofrequenza;

infrarossi
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Soluzione Tecnologica
Supervisore
Supervisore
remoto
Rete
LAN
Supervisore
(gateway)
Supervisore
Backbone
router
Rete LonWorks
router
bus di piano
router
bus di piano
router
bus
verticale
router
bus
verticale
router
bus
verticale
bus di piano
router
bus
verticale
bus di stanza
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Messaggi sulla rete LonWorks
PRESENZA
0
ACCENSIONE
LUCE
INTENSITÀ
LUMINOSA
100
LIVELLO
"Binding"
Variabile di
entrata
Variabile di
uscita
1
2
3
4
5
6
7
8
9
*
0
#
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Allarme
attivato
Codice
valido
Allarme
resettato
4 Aprile 2002
Building Automation
Tipologie degli interventi nei sistemi BMS:

Interventi finalizzati alla destinazione d’uso dei locali.

Interventi di carattere generale.
Uffici
Rappresentanza
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Direzione
Servizi
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “luci”
Il controllo automatico delle luci artificiali,
governato da un sensore di presenza ed uno
del livello luminoso, assicura il miglior comfort
visivo con il massimo risparmio di energia
elettrica.
• Accensione/spegnimento/regolazione, in funzione della presenza di
personale nel locale e del livello di luce naturale rilevato;
• Accensione/spegnimento centralizzato per interventi asserviti a
controllo orario, gestione delle emergenze, o manuali inviati da
sistema di supervisione;
• Accensione/spegnimento/regolazione manuale da interruttori, con
priorità sul controllo automatico.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Luci
Controllo “luci”
Ballast
Ballast
Ballast
Ballast
• uno o più moduli di
controllo luci;
• uno o più sensori di
presenza e luminosità;
• una o più tastiere di
controllo manuale.
Modulo di controllo
illuminazione
artificiale
220 VAC
Bus
Rilevatore di
presenza e di
intensita’ luminosa
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “clima”
Il
controllo
automatico
della
climatizzazione, governato da vari
sensori previsti, consente di ottenere
il confort termico desiderato con il
massimo risparmio di energia termica.
• Accensione/spegnimento/regolazione, in funzione della presenza di
personale nel locale, stato delle aperture e temperatura
impostata/rilevata nel locale;
• Accensione/spegnimento centralizzato per interventi asserviti a
controllo orario o manuali inviati da sistema di supervisione;
• Possibilità di intervento manuale per la modifica del set-point da
tastiera (+/- t° rispetto a quello definito nel set-up).
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “clima”
Utilizzatori
Ventilaz.
•
•
•
•
•
moduli controllo clima;
sensori di presenza;
tastiera per comandi
manuali;
sensori di apertura
finestra;
sensore di temperatura
esterna.
temperatura
esterna
Riscald.
Sensore
apertura
finestre
Raffresc.
Modulo di
controllo
climatizzazione e
ventilazione
220 VAC
Bus
Rilevatore di
presenza
temperatura
interna
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Comandi
manuali
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “qualità dell’aria interna”
Il controllo automatico della qualità dell’aria
interna, utilizzando i sensori di presenza e di
apertura infissi, consente di ottimizzare gli
interventi di ventilazione forzata dei locali
riducendo i consumi elettrici.
• Modulazione della ventilazione in funzione della presenza di
personale nel locale e dello stato rilevato delle aperture del locale
stesso;
• Controllo centralizzato per attivazione stati predefiniti legati a
controllo orario, gestione delle emergenze, o manuali inviati da
sistema di supervisione;
• Modifica manuale del volume di ricambio aria (da tastiera) con
priorità sul controllo automatico.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “qualità dell’aria interna”
•
•
sensori di presenza*;
sensori di apertura infissi*.
* possono anche essere gli
stessi utilizzati per altre
funzioni di controllo
Valvola
regolatrice
Sensore apertura
finestre
Ventilaz.
Modulo di controllo
climatizzazione e
ventilazione
220 VAC
Bus
Rilevatore di
presenza
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “Aperture”
Il controllo automatico della posizione
verticale e dell’orientazione delle alette,
combinato con il controllo luci artificiali e
governato da un sensore di presenza e
livello luminoso, assicura il massimo
confort visivo e un significativo risparmio
di energia elettrica.
• Apertura/chiusura/regolazione in funzione della presenza di
personale nel locale e del livello di luce naturale rilevato;
• Apertura/chiusura centralizzata per interventi asserviti a controllo
orario, gestione delle emergenze, o manuali inviati da sistema di
supervisione;
• Apertura/chiusura/regolazione manuale con priorità sul controllo
automatico.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Controllo “Aperture”
Altezza
•
•
•
•
•
uno o più moduli di
controllo;
uno o più sensori di
presenza e luminosità;
una o più tastiere di
controllo manuale;
un sensore di radiazione
solare;
uno o più sensori di “fine
corsa”.
Inclinaz.
radiazione
solare esterna
Modulo di
controllo
schermi solari
220 VAC
Bus
Pulsantiera
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Sensori fine corsa
Motori
luminosità
interna
Rilevatore di
presenza e di
intensita’
luminosa
4 Aprile 2002
Building Automation
Interventi di carattere generale
Servizi per l’intero edificio che si realizzano con sistemi di
supervisione in postazione remota.







Archiviazione dati ed elaborazioni statistiche.
Monitoraggio dei consumi energetici disaggregati.
Gestione degli allarmi tecnici.
Controllo antiintrusione, antincendio e diffusione sonora.
Comandi da postazione remota.
Facilitazione per le operazioni di space planning..
Diagnosi sullo stato di funzionamento dei dispositivi
periferici.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Criteri per valutare la convenienza di un sistema BMS.
 Semplicità di utilizzo, dei comandi manuali.
 Comfort ambientale mantenuto, da cui deriva il grado di
accettazione degli occupanti.
 Risparmio Energetico e Manutentivo, che ne deriva.
 Affidabilità, assenza di errori negli algoritmi di controllo
 Espandibilità, salvaguardando quanto è già installato e
funzionante.
 Costi,
materiali,
installazione,
eventuali
modifiche
impiantistiche e strutturali.
 Tempo di ritorno dell’investimento.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Evoluzione dei sistemi di Building Automation
1975
Si sviluppano i primi sistemi di “Hardware dedicato” sia per
l’unità centrale sia per i pannelli periferici.
1980
• Evoluzione dei sistemi con funzioni sempre più avanzate e
sviluppo di interfaccia standard quali: IBM, Digital, Bull, ...
• Si diffonde una sempre maggiore attenzione a
problematiche di risparmio energetico e cominciano a
svilupparsi i primi sistemi di controllo digitale diretto (DDC).
198
5
199
0
Si sviluppa una maggiore integrazione tra i sistemi, si
diffondono “sistemi intelligenti” e vengono costruiti i primi
edifici “cablati”.
Si lanciano sul mercato le prime reti di comunicazione locale e
geografica, mentre fanno la loro apparizione i primi sistemi
aperti.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Evoluzione dei sistemi di Building Automation
1995
199
7
Sviluppo dei primi “System Integrator”.
• Si sviluppa la tecnologia dei “bus di campo”, che garantisce
maggiori integrazioni tra sistemi e sottosistemi.
• Si affermano reti di consulenti multidisciplinari che
garantiscono maggiori interconnessioni tra gli aspetti
tecnologici, elettrici e di sicurezza.
• Affermazione del concetto di “Building Management”: vi è
una maggiore tendenza verso sistemi integrati e “edifici
intelligenti"
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Evoluzione dei sistemi di Building Automation
1998
2000
La maggiore interconnessione dei sistemi porta allo sviluppo
dei primi fornitori “globali”.
Semplificazione e razionalizzazione dei sistemi: la tecnologia
più sofisticata viene messa a disposizione di impianti piccoli e
semplici, mentre si afferma sempre più il concetto di “global
service” come fornitore globale.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Beak-down del mercato per area geografica
Nel 2000 il mercato europeo della Building Automation è stato pari a 2,78
miliardi di euro (con un incremento del 5% rispetto al 1999), con un tasso medio
di crescita pari al 2,85%. Su tale mercato l’Italia incide solo per il 6%.
Benelux
Francia
9%
10%
Germania
29%
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Italia
6%
Resto
d'Europa
46%
4 Aprile 2002
Building Automation
Break-down del mercato per prodotti
Il mercato Italiano, con una dimensione pari a 163 milioni Euro, ha registrato un
incremento rispetto al 1999 del 6,4%.
Se si considera il valore di mercato delle manutenzioni sviluppate dal mercato originario e
le connesse attività di installazione e cablaggio il mercato complessivo raggiunge una
dimensione di Euro milioni 227, la cui componente principale è costituita dai sistemi di
controllo con una quota del 48%, contro solo il 14% dell’automazione convenzionale.
Installazione
elettrica
22%
Manutenzione
6%
Sistem i di
controllo
48%
Altri Im pianti
10%
Autom azione
convenzionale
14%
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Break-down del mercato per end-user
Il principale mercato di sbocco è rappresentato dal settore ospedaliero, con una
quota del 17%, seguito da industrie, alberghi e centri commerciali con una quota
rispettivamente del 14,3% e del 14%.
In termini di tassi di crescita, il segmento che ha registrato una maggior crescita è
rappresentato dall’industria, con un incremento del 18%. mentre il settore bancario
ha subito una contrazione del 10%.
Centri ricreativi
8%
Musei
3%
Varie
4%
Banche
3%
Università
6%
Ospedali
17%
Uffici
11%
TLC e loro sedi
6%
Industrie
14%
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Centri commerciali
14%
Alberghi
14%
4 Aprile 2002
Building Automation
Principali bisogni tecnologici degli end-users
Banche
Ospedali
Gestione dei sistemi di sicurezza
Servizio di assistenza su tutto il
Gestione micro-clima
Gestione immagini a distanza
Possibilità di gestione dei reparti
territorio
Possibilità di integrazione tra i
diversi sistemi
Tempestività di intervento
Tendenze
in atto
come singoli centri di costo
Gestione sistemi di sicurezza e
comunicazione interna
Tempestività di intervento
Centri commerciali
Gestione della qualità dell’aria
Gestione sistemi di sicurezza e
controllo ingressi
Controllo dei picchi di energia
Tempestività di intervento
Gestione delle sedi/reparti come
centri di costo
Intercomunicazione
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
Uffici
Gestione della qualità dell’aria
Gestione micro-clima
Gestione sistemi di sicurezza
Possibilità di gestione centralizzata
Integrazione tra i diversi sistemi
4 Aprile 2002
Building Automation
Tendenze evolutive
progettazione, costruzione, installazione,
approvvigionamenti e processi di manutenzione
contemporaneamente considerati assieme a:
condizioni climatiche, struttura edilizia, spazi
abitativi, funzioni di controllo, metodi di
gestione e regolamenti legislativi.
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
4 Aprile 2002
Building Automation
Climatizzazione [kW]
Temperatura [°C]
Controllo deterministico
(Regolazione istantanea)
10
26
24
Radiazione Solare [W/m2]
22
5
20
1200
18
0
00
600
06
8
16
18
0
24
8
16
24
16
24
Controllo Predittivo
(Regolazione anticipata)
0
0
12
24
10
23
21
5
Energy Saving
19
17
0
00
Rapporto tra Tecnologia ed Architettura
06
12
18
24
0
8
4 Aprile 2002