La necessità di migliorare la sostenibilità degli edifici sulla base del nuovo quadro normativo europeo (EPBD IV) per l’efficienza energetica sta oggi promuovendo l’ingresso delle tecnologie digitali nel campo dell’edilizia, rendendole componenti strutturali dei nuovi edifici. Costruzioni residenziali e industriali necessitano di piattaforme integrate per monitorare, gestire e ottimizzare i consumi in modo intelligente, note come Building Automation and Control Systems (BACS), che operano attraverso reti di sensori e connessioni anche esterne all’edificio. In associazione con altri componenti verticali come, per esempio, gli Energy Management Systems (EMS) per la gestione dell’energia, i BACS costituiscono l’ossatura digitale dell’edificio, lo strumento per la gestione in tempo reale dei servizi mediante capacità di analisi dei dati e di automazione. Il mercato BACS è oggi in forte crescita. Precedence Research stima che dai circa 88 miliardi di dollari nel 2024 il valore del mercato possa crescere a 176 miliardi entro il 2034. Crescita che riguarda anche l’Italia dove, nel 2024, sono stati investiti circa 600-700 milioni di euro nei sistemi di controllo e monitoraggio energetico (elaborazione su fonti Enea, Assotermica, Assoclima, GSE, CRESME, ANCI). Piattaforme basate su reti di sensori, di attuatori e software per l’analisi dei dati e l’automazione, i BACS consentono il monitoraggio dei consumi e un controllo continuo sugli impianti HVAC (heating, ventilation, air conditioning), dell’illuminazione e di altri sistemi, contribuendo alla riduzione degli sprechi.
Un compito che non serve solo a ottenere più efficienza energetica, ma anche a rendere gli edifici più confortevoli per le persone che ci vivono o lavorano, grazie all’efficacia dell’integrazione e della centralizzazione dei controlli, rispetto ai tradizionali sistemi indipendenti.
IoT ed edge computing
Il monitoraggio di temperature, consumi, presenza di persone e di altre informazioni chiave che alimentano i sistemi BACS è affidato a un vasto insieme di sensori dislocati nel fabbricato, sia nei locali tecnici sia in quelli frequentati da persone. A differenza dei sistemi di controllo/automazione stand alone tradizionali, è impiegata la tecnologia IoT (internet of things) per permettere l’interconnessione su reti cablate o wireless con il sistema centrale, previa raccolta, integrazione e prima elaborazione locale dei dati.
L’affinità della sensoristica con i moderni sistemi di sicurezza fa sì che apparati come telecamere, lettori di badge, sistemi d’accesso, utilizzati per altri scopi, possano costituire fonti dati utili anche agli ambiti applicativi dei BACS. Allo stesso modo sono utili infrastrutture di edge computing per elaborare i dati più vicino alle fonti, garantendo velocità e resilienza alle automazioni locali, limitando alle informazioni di sintesi gli scambi di dati con le dashboard e i sistemi centralizzati di controllo.
Digital twin e simulazione
La disponibilità attraverso il BIM dei dati relativi agli aspetti costruttivi e infrastrutturali di un edificio, unitamente a quelli raccolti dai sensori durante la fruizione da parte di lavoratori o abitanti, rende possibili capacità evolute di simulazione e previsione. Con le informazioni disponibili è possibile creare una replica virtuale su computer dell’edificio e del complesso di cui fa parte. La creazione di un gemello digitale (digital twins) permette di studiare le relazioni tra i dati registrati dai sensori e le caratteristiche dell’edificio, per esempio, per capire come l’occupazione di determinati spazi incide su temperature e condizionamento. I sistemi BACS più avanzati tengono conto di dettagli importanti, come le preferenze di singoli reparti o anche personali in termini di temperatura e luce, migliorando la produttività degli ambienti di lavoro. Con la simulazione è possibile prevedere, per esempio, l’impatto delle modifiche organizzative sui consumi, oppure identificare le innovazioni che possono conciliare al meglio la sostenibilità con il comfort delle persone.
L’AI e le capacità predittive
Tra le novità più importanti nell’ambito dei BACS c’è l’integrazione con l’AI. Il riconoscimento vocale fa fare un salto di qualità nelle capacità d’interazione con le persone nell’ambito, per esempio, delle regolazioni dell’illuminazione e del condizionamento. Consente inoltre di analizzare moli di dati storici e i flussi in tempo reale provenienti dai sensori per riconoscere i pattern significativi per una gestione ottimale dei servizi. Questo permette di dare addio alle automazioni basate su temperature e orari fissi su base settimanale, per passare a controlli HVAC in tempo reale capaci di massimizzare il risparmio energetico in condizioni di massimo comfort per gli occupanti.
L’AI permette inoltre d’introdurre forme avanzate di controllo predittivo (non più solo reattivo), per esempio, per tradurre i dati dei sensori di monitoraggio delle apparecchiature in indicazioni utili a prevenire i guasti e a dare indicazioni precise ai tecnici della manutenzione. Queste capacità hanno un forte potenziale nel ridurre i tempi di fermo impianto e i costi maggiori di interventi fatti quando il guasto si è ormai manifestato.
La cybersecurity “by design”
La trasformazione dell’edificio in un ecosistema iper-connesso a controllo digitale ha come aspetto negativo l’ampliamento delle superfici d’attacco per i criminali informatici. Mentre in passato i sistemi di gestione e controllo dei servizi dell’edificio – illuminazione, riscaldamento, condizionamento, accessi, e così via – risultavano protetti dalla loro segregazione, l’adozione di reti IP, controlli remoti e funzionalità estese via cloud possono esporre le infrastrutture critiche alle minacce cyber. Un attacco alla sensoristica IoT potrebbe creare danni tangibili, per esempio, impedendo l’accesso all’edificio (ransomware dell’edificio) o rendere inefficace un sistema antincendio. La sfida è quindi implementare VLAN dedicate, micro-segmentazioni alle reti e implementare logiche zero-trust nell’autenticazione dei dispositivi periferici. Va considerato che la sensoristica può avere cicli di vita molto lunghi, rendendo difficile procedere nel tempo con aggiornamenti e patch di security. La progettazione dello smart building deve quindi seguire logiche “by design” della sicurezza digitale. La sicurezza non è un accessorio che può essere aggiunto in un secondo tempo, ma un prerequisito per la resilienza operativa dell’immobile.
Cosa controllano i sistemi BACS
- Illuminazione. Capacità di spegnimento o regolazione automatica in base alla presenza delle persone.
- Temperatura. Modulazione dinamica del riscaldamento e del raffrescamento.
- Aria e qualità interna. Regolazione della ventilazione esterna in funzione delle condizioni climatiche e dell’occupazione.
- Impianti tecnici. Coordinamento integrato di riscaldamento, raffrescamento, pompe di calore e altri sistemi ausiliari.
Per essere conformi con EPBD IV devono:
- Monitorare e analizzare continuamente i dati sul consumo energetico.
- Identificare e segnalare le perdite di efficienza energetica degli impianti.
- Comunicare e interagire con gli impianti tecnici dell’edificio (interoperabilità).
- Garantire il monitoraggio digitale (non è più sufficiente un semplice controllo manuale o meccanico).