Il progetto

EEB: Edifici a Zero Consumo Energetico in Distretti Urbani Intelligenti

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Nonostante i notevoli progressi fatti nell’edilizia di nuova costruzione, gli edifici esistenti, quelli storici in particolare, necessitano ancora di particolare attenzione, nonché di metodi e strumenti per migliorarne l’efficienza energetica e l’automazione adeguate per raggiungere gli obiettivi europei in materia di riduzioni di CO₂ e più in generale di integrazione delle fonti energetiche rinnovabili nell’ambiente costruito.

Inoltre, il livello di distretto o di quartiere, non risulta essere ancora sufficientemente esplorato ed integrato in ambito europeo con la scala edilizia.

In questo progetto, l’aumento dell’efficienza energetica degli edifici e più in generale dei distretti urbani viene perseguita tramite un massiccio utilizzo di tecnologie di monitoraggio e di controllo in tempo reale di parametri ambientali, dei consumi e della produzione di energia tramite smart devices. Particolare attenzione sarà rivolta ai problemi di monitoraggio/controllo in edifici storici, dove è più difficoltoso agire a livello strutturale e si rendono necessarie tecnologie pervasive ma il più possibile non invasive.

Il flusso di informazioni verrà reso disponibile su piattaforme remote e distribuite tramite un’opportuna infrastruttura di comunicazione e gestione dei dati per poi essere messi a disposizione di applicativi utilizzati dagli utenti finali e dai gestori tramite una serie di servizi web. L’infrastruttura dovrà consentire l’interoperabilità tra le apparecchiature di reti differenti per facilitare l’integrazione tra tecnologie orientate agli Smart Building e agli Smart-District, consentendo una interazione building-building all’interno del distretto.

Il progetto si propone, quindi, di definire una serie di metodologie e di infrastrutture hardware e software allo scopo di realizzare interventi caratterizzati finalizzati al risparmio energetico negli edifici pubblici e privati esistenti, in particolare storici, e di proporre un sistema innovativo di presentazione dei dati basato sull’AR. Tale ricerca è volta al raggiungimento dei seguenti obiettivi:

1. Lo sviluppo di un sistema di tecnologie innovative capaci di:
   1. permettere la realizzazione di sensori wireless il più possibile autosufficienti dal punto di vista energetico, per consentire il monitoraggio pervasivo dei diversi parametri che garantiscono il confort (temperatura, umidità e illuminamento) e la sicurezza (fumi), nonché le attività umane all’interno degli edifici, con minimo impatto sull’infrastruttura degli edifici (in particolare storici) e minimi costi di manutenzione (ad esempio per la sostituzione delle batterie);
   2. ridurre i costi di acquisizione e di installazione degli impianti e dei sistemi di monitoraggio e di controllo;
   3. ottimizzare la gestione e la manutenzione degli edifici attraverso sistemi digitali di FM basati su metodologia BIM;
   4. consentire una efficiente comunicazione e gestione dei dati tramite opportuni protocolli e infrastrutture di rete, per garantire la fruizione dei dati di monitoraggio e di controllo a dispositivi decisionali remoti;
   5. fare cooperare i diversi sistemi/elementi (software) in modo dinamico ed efficiente, sfruttando le tecnologie a servizio per la creazione di un middleware per la realizzazione di “sistemi di sistemi”;
   6. consentire l’integrazione di tipi di dati eterogenei, dai dati di monitoraggio di consumo e di produzione di energia ai parametri ambientali, fino alle mappe e ai modelli (parametrici) degli edifici e degli impianti;
   7. permettere la visualizzazione delle informazioni raccolte e integrate su dispositivi personali quali smartphones e tablet, presentando le informazioni in maniera efficace ed intuitiva.

2. Lo sviluppo di un sistema di gestione energetica a scala urbana capace di:
   1. sviluppare un sistema di monitoraggio e di controllo ICT in grado di fornire una gestione performante tra gli edifici (Smart Buildings) sfruttando in sinergia le informazioni provenienti dal monitoraggio del consumo a livello di distretto tramite gli Smart Meter utilizzati dal distributore di energia elettrica;coniugare tecnologie esistenti con tecnologie di ultima generazione grazie a sistemi middleware;
   2. ottimizzare l’utilizzo di sistemi wireless (es. Wi-Fi) per la comunicazione dei dati per il monitoraggio e il controllo dei consumi in ambito termico ed illuminotecnico ed elettrico;
   3. definire dei sistemi di modellazione, simulazione e controllo delle dinamiche in tempo reale, basata sulla interoperabilità dei dati;
   4. aggregare in tempo reale i dati acquisiti dalle soluzioni tecnologiche distribuite negli edifici monitorati al fine di fornire feedback sui comportamenti ottimali e ottenere il massimo risparmio energetico tramite algoritmi cooperativi.
   5. facilitare le operazioni di gestione dei dati in maniera integrata tramite una metodologia BIM;
   6. modellizzare le attività umane all’interno degli edifici e sfruttare il concetto di “Smart Community” per creare dinamiche collettive (e.g. social networking), anche al fine di avere impatto su scala urbana;
   7. stimolare il risparmio energetico responsabilizzando gli utenti grazie a sistemi di comunicazione innovativi basati sull’AR.

3. Lo sviluppo di un sistema di supporto decisionale e di controllo gestionale innovativo utile a:
   1. promuovere l’adozione e l’uso dell’ICT da parte delle autorità locali;
   2. indirizzare le policy a scala territoriale tramite sistemi in grado di simulare dinamiche sociali e di mercato per indirizzarle verso comportamenti virtuosi dal punto di vista energetico. Il sistema di supporto decisionale sarà costituito da metriche capaci di valutare le performance a diverse scale spaziali, dal cluster alla città, secondo un approccio trans- scalare;
   3. guidare il processo di integrazione e gestione degli edifici esistenti (anche storici) all’interno della Smart City;
   4. valutare e scegliere adeguati modelli di business che tengano in considerazione sia le esigenze delle compagnie energetiche, sia la psicologia dell’utente, le dinamiche sociali e di governance, al fine di trasformare il consumatore finale da statico/passivo a partecipante pro-attivo all’interno dell’intero processo dell’energy chain (da Consumer a ProSumer).

Più nel dettaglio, l’obiettivo è quello di realizzare una piattaforma software che, utilizzando smart devices per il monitoraggio, tramite opportuni protocolli e sistemi di comunicazione, raccolga informazioni che possano essere elaborate per:

• Definire un sistema decisionale di business, in grado di implementare politiche di controllo dei consumi (dovuti al sistema di illuminazione, riscaldamento/condizionamento e personal devices) e della produzione di energia da fonti rinnovabili, basato sulle informazioni in tempo reale, locali e remote, collezionate dal sistema di monitoraggio e anche sulla modellazione e simulazione degli scenari energetici, allo scopo di massimizzare il risparmio energetico e di ridurre le emissioni di CO₂, garantendo un adeguato livello di comfort per gli utenti. A partire da questi modelli di business potranno essere impostate delle decisioni più ampie, di tipo politico, valide a livello nazionale;
• Favorire l’interazione building-building attraverso un sistema di monitoraggio e collezionamento dati che consenta l’ottimizzazione a livello di distretto superando il concetto di singolo building, sfruttando le informazioni a livello di rete fornite da tecnologie di Smart Metering;
• Visualizzare i consumi, anche su smart devices, in maniera interattiva e in real-time, sfruttando applicazioni avanzate di Augmented Reality (AR), per promuovere consapevolezza verso gli utenti finali e verso gli operatori, fornendo rispettivamente informazioni utili e strumenti per intervenire sulla gestione energetica degli edifici del distretto;
• Definire un recommender system in grado di fornire indicazioni specifiche sulle opportunità di ridurre il consumo energetico dell’edificio.

Più specificatamente, il progetto intende:

• Conseguire un uso efficiente dell'energia dalla scala edilizia limitata al singolo edificio ad una scala più ampia, di distretto urbano;
• Impostare un adeguato modello di supporto alle decisioni per consentire una gestione congiunta dell’efficienza energetica nell'edilizia pubblica e privata (anche storica);
• Valutare la convenienza e la fattibilità delle strategie ICT sulla base del calcolo del Return on Investment (ROI), a partire da un'analisi dei flussi di cassa e del valore economico (es. minori costi operativi, maggiori ricavi) per ciascun stakeholder coinvolto;
• Individuare i modelli innovativi di business, di prodotti e di servizi, che possono emergere nell'ecosistema di una “Città Smart”;
• Definire linee guida politiche multi-scala coerenti ed integrate in grado di promuovere e incentivare l’efficientamento energetico, la microgenerazione, aumentare la consapevolezza degli utenti sul tema del risparmio energetico, a partire soprattutto dalle nuove generazioni in ambito scolastico utilizzando tecnologie avanzate di comunicazione come l’AR;
• Fornire raccomandazioni di utilizzo sostenibile dell’energia a tutti i livelli, dall’edificio al distretto urbano.

Le tecnologie necessarie al raggiungimento degli obiettivi precedentemente definiti consistono in:

• Dispositivi pervasivi di monitoraggio e di controllo ambientale tramite reti di sensori wireless e Smart Meters ad elevata autonomia per il monitoraggio e il controllo di consumi e di produzione energetica, in particolare in edifici dove non è consentito un estensivo retrofitting;
• Protocolli e infrastrutture di comunicazione per consentire la fruizione dei dati in un ambiente distribuito e remoto;
• Middleware per l’integrazione dei dati provenienti da sensori di diverse case produttrici con sistemi BMS proprietari pre-esistenti e con le altre fonti di informazione tipiche del BIM (Building Information Modeling) e del FM (Facility Management);
• Tecnologie realizzative di sistemi per rendere scalabile l’approccio dall’edificio al distretto urbano;
• Tecnologie ed algoritmi per la gestione, analisi, ottimizzazione ed interpretazione dei dati (es. databases, information systems design, data mining, evolutionary algorithms, knowledge representation and reasoning);
• Tecnologie per la visualizzazione tramite AR dei dati ambientali e di consumo in tempo reale, incluso l’utilizzo di interfacce cosiddette persuasive (“Persuasive Interfaces”);
• Tecnologie per l’integrazione tra sistemi di supporto decisionale e sistemi di simulazione sociale in grado di supportare decisioni politiche, le azioni delle aziende energetiche e migliorare le abitudini dei cittadini.