Questo non è (più) un dilemma: connesso! Dentro e fuori

Che cosa sia un edificio “smart” l’abbiamo spiegato nell’articolo “Quando l’intelligenza dell’edificio diventa capillare” qualche tempo fa su questo stesso quotidiano. Oggi invece vorremmo illustrare come sia necessario che un edificio con un buon livello di automazione (almeno la classe B della UNI EN ISO 52120-1) debba essere intercomunicante con tutte le singole parti del sistema tecnologico. La connettività non è un gadget, ma è una condizione assolutamente necessaria per un vero Smart Building.

Ma cosa si intende per connettività? 

Per semplicità dividiamo il concetto in due parti:

• connettività interna al building: tramite uno o più canali di comunicazione, detti BUS di campo (per es. RS485), e uno o più linguaggi di comunicazione, detti protocolli (per es. ModBus, BACNet, KNX, DALI, M-Bus, C.Bus, ecc.) si realizzano delle reti informatiche di scambio dei dati con cui i diversi dispositivi dei servizi tecnici (climatizzazione, illuminazione, oscuranti, ecc.) possono interoperare, essere monitorati e gestiti anche a distanza. Auspicabilmente è anche presente una piattaforma di supervisione (BMS) che può essere installata su un dispositivo EDGE (Fig. Z sottostante) oppure su un comune PC server (per installazione fronte quadro elettrico, fanless fondo quadro, ecc.).
• connettività esterna: con questo termine si intende la possibilità di connettere i bus di campo con la rete IT dell’edificio. Tramite un provider internet, la rete dei BUS di campo interna è raggiungibile da remoto, attraverso l’accesso al BMS installato su PC oppure all’EDGE che, in alcuni casi, può contenere il BMS stesso. Il protocollo usato quasi sempre e’ IP. Spesso ci si appoggia anche a servizi cloud di tipo Saas (Software as a Service) per evitare le problematiche dei data center, demandando a terzi tutta la parte operativa IT come aggiornamenti software, sicurezza ed affidabilità dei dati, backup, firewall, ecc. del BMS e dei dispositivi in campo. Il dispositivo EDGE è quindi una “porta” di accesso alle reti tecnologiche dell’edificio e al BMS

Nell’articolo già citato si è parlato della norma sui BACS e di quanto sia necessaria la connettività interna per raggiungere almeno la classe B della ISO 52120-1, in modo da permettere agli organi di regolazione di essere interoperabili e raggiungere il massimo sia della efficacia che dell’efficienza energetica.

In questo nuovo articolo vedremo come la connettività interna sia necessaria non solo per i componenti HVAC, ma anche per connettere al bus di campo i dispositivi che si occupano di sicurezza, in questo caso un rilevatore di fughe di gas.

Infine vedremo l’importanza della connettività esterna e come realizzarla in maniera efficace, efficiente e sicura.

Smartness per la sicurezza da fughe di gas

In uno “smart building” di qualunque dimensione e destinazione d’uso non basta un buon livello di efficienza energetica. E’ anche necessario occuparsi dei possibili rischi derivanti dalla presenza di gas sia esplosivi che tossici. Questo approfondimento non si occuperà della IAQ (qualità di aria interna), argomento affrontato dai BACS nella ISO 52120-1 dominio 4 ossia il servizio della ventilazione (VMC), quanto piuttosto di quei gas presenti in milioni di abitazioni in cui per cucinare e scaldarsi si usa ancora il metano o il GPL. E che possono provocare ancora oggi disastri come quello accaduto molto recentemente a Saviano (NA) in cui sono deceduti due bimbi e la loro mamma.

Inoltre, a causa della nuova normativa F-Gas, le pompe di calore useranno il refrigerante R290, cioè il propano. Quindi la rilevazione di tale gas sarà sempre più necessaria in ogni luogo, dalla centrale termica a tutti quei locali dove il gas potrà essere presente.

Oltre ai gas esplosivi ci sono anche i gas asfissianti come il monossido di carbonio (CO). Pericolosissimo in quanto inodore ed incolore, è responsabile delle cosiddette “morti bianche”. Il monossido di carbonio è prodotto dalle combustioni anomale in condizioni di scarsità di ossigeno. perché in gran parte è consumato proprio dalla combustione stessa.  La recente legge 191/23 obbliga l’installazione di rilevatori di CO in tutte le unità immobiliari dedicate agli affitti brevi.

Quindi un rilevatore di gas, sia esplosivi che asfissianti, è da ritenersi necessario quando si verifica una combustione, e, come visto nelle righe precedenti, in alcuni casi è anche obbligatorio per legge. Per essere davvero sicuro il dispositivo deve vantare anche altre funzionalità. Ad esempio deve:

• A – segnalare la condizioni di pericolo sia visivamente anche acusticamente;
• B – avere la possibilità di effettuare delle azioni in campo a fronte di un allarme, per esempio chiudere una valvola oppure azionare un ventilatore di ricambio di aria;
• C – poter essere integrato in una rete di connettività interna dell’edificio.

La prima funzionalità è quella storica che hanno tutti i rilevatori attualmente sul mercato, anche quelli più economici. Se si determina una situazione di potenziale pericolo, il rilevatore deve come minimo emettere un allarme sonoro. Questo è sufficiente? Dipende. Per esempio, in caso di fuga di gas metano o propano, se vi fossero nell’unità immobiliare delle persone presenti e in grado di:

1. capire di che allarme di tratta,
2. ventilare adeguatamente il locale,
3. intercettare il gas a monte della perdita,

allora non si rischierebbe di registrare tutti gli incidenti che la cronaca ci racconta quasi giornalmente.

Quindi fermarsi alla sola funzionalità A non è chiaramente sufficiente. Serve avere un dispositivo che possa anche operare automaticamente su organi che servono ad attuare le funzioni 2 e 3 e quindi implementare anche la funzionalità B.

I rilevatori di gas devono essere connessi

Ma ancora tutte queste automazioni non sono sufficienti. In un edificio davvero smart, infatti, informazioni così importanti e vitali per le persone e l’immobile stesso non possono rimanere confinate all’interno del dispositivo. Quando un edificio è intelligente è di certo dotato di quella connettività interna di cui si è accennato in precedenza. Ecco perché il rilevatore di gas deve poter essere integrato in un bus di campo. In questo modo è possibile implementare anche la funzionalità C ed affiancare al buon livello di efficienza energetica anche la sicurezza delle persone che lo occupano.

Nel dettaglio, tramite il bus di campo deve essere possibile:

• conoscere lo stato dei sensori;
• aggiungere sensori di qualunque tipo; 
• leggere gli allarmi; 
• verificare la funzionalità di tutti i sistemi;
• testare le condizioni dell’allarme;
• verificare gli ingressi e le uscite del controllore;
• riprogrammare il dispositivo per eventuali manutenzioni ed aggiornamenti, e molto altro.

Serve anche poter aggiungere qualsiasi sensore che sul mercato possa arrivare anche successivamente all’installazione del dispositivo di sicurezza. Tramite la porta ModBus dell’RFG questa operazione può essere fatta anche da remoto.

Il dispositivo per la connettività esterna: l’EDGE

L’edificio SMART è quindi una parte di un sistema più ampio. Anche la ISO 52120-1 prevede – seppure con una sola funzione (funzione 7.7) – un meccanismo di comunicazione esterna al building. Oggi però non è immediatamente attuabile in quanto riguarda la comunicazione con la smart grid. E’ una funzionalità fondamentale per attuare le funzioni di gestione dei carichi, soprattutto elettrici. Questa gestione prende il nome di Energy Management System (EMS) che spesso è presente sui BMS e sui dispositivi EDGE. Il protocollo viene chiamato Active Demand Response (ADR). OpenADR è uno di questi protocolli e il più conosciuto in USA. Presente da circa 20 anni oggi è arrivato alla versione 3. 

La Smart City non è però confinata alle esigenze della smart grid e dell’EMS che pure è indispensabile per realizzare l’autoconsumo nelle Comunità Energetiche Rinnovabili (CER, o nei gruppi di autoconsumo condominiali.

La gestione centralizzata tramite un BMS e la telegestione sono condizioni imprescindibili per operare su un singolo edificio, soprattutto se gli edifici sono molteplici. La necessità di ottimizzare gli spostamenti degli operatori e la recente pandemia hanno reso evidente a tutti che poter operare da remoto non solo è efficiente in sé, ma può anche migliorare di molto l’efficienza energetica degli edifici.

Un esempio di dispositivo EDGE immesso sul mercato recentemente è il EHC 602 di COSTER che dispone di:

• processore Quad-core (ARM v8)
• 4Gb di RAM
• 16Gb di memoria eMMC per i dati storici
• 2 porte RS485 programmabili sia come bacnet che modbus, per connettere fino a 32 device per bacnet e 20 per YLC su modbus
• 1 porta M-Bus, per connettere fino a 7 contatori di calore
• 1 porta C-Bus per serie X COSTER, per connettere fino a 5 apparecchiature senza alimentatori aggiuntivi
• 2 porte ethernet in modalità bridge e dual
• access point WIFI per la configurazione wireless
• BMS WEBGARAGE con HayStack integrato, fino a 2000 punti finisci e 400 punti storicizzabili.

Le funzionalità di questo dispositivo sono molteplici:

• A – rende contemporaneamente accessibili le reti di campo BacNet, ModBus, M-bus e C-bus tramite connessione IP su porta ethernet;
• B – è completamente configurabile tramite WEB sia sulle porte IP ETH che tramite access point (AP) WIFI già integrato;
• C– virtualizza i device Modbus e M-bus su rete Modbus IP facilitando e velocizzando il lavoro dei system integrator in maniera unica sul mercato;
• D – include a richiesta il BMS per un edificio di piccole e medie dimensioni.

Ciò significa che in soli 6 DIN abbiamo una centrale di gestione completa per un medio edificio. E se non fosse sufficiente è possibile, usando solo una porta ETH della rete cablata del building, mettere in cascata questi dispositivi in modalità “daisy-chain”, evitando così molteplici cablaggi al quadro.

Vediamo brevemente le funzionalità. 

La A è una funzionalità che hanno anche altri dispositivi ma non così integrata come in EHC. Infatti la lista dei numerosi device connettibili è davvero eterogenea per un solo convertitore.

La funzionalità B è comune ad altri sul mercato ma EHC aggiunge la porta WIFI, molto comoda quando il dispositivo si trova già cablato all’interno di quadro elettrico. Infatti non solo questa porta WIFI può essere usata in fase di messa in servizio, ma è anche molto utile in caso di manutenzione in quanto non serve accedere alla rete dell’edificio per accedere a EHC, basta solo premere il tasto frontale. In questo modo è possibile accendere temporaneamente l’AP WIFI e da qui procedere alla manutenzione in loco. Dopo qualche tempo l’AP WIFI si spegne automaticamente per sicurezza.

Tramite web è possibile configurare tutto il dispositivo, ma soprattutto controllare che i device che sono a lui connessi siano funzionanti ed accessibili.

L’interfaccia WEB consente un controllo capillare sia di ciò che si vede ma anche di ciò che può essere in avaria in quel momento, velocizzando le attività di manutenzione e ricerca dei guasti in campo.

La funzionalità C, chiamata “virtual device”, è molto apprezzata dai system integrator. EHC può, infatti, essere usato non solo come gateway puro tra Modbus RTU su RS485, M-bus e C-bus e IP, ma è anche in grado di diventare lui stesso un device modbus, inglobando nelle sue variabili quelle dei device connessi a valle. Questo è molto comodo perché in caso di manutenzione o sostituzione dei device a valle EHC agisce in modo che nulla cambi a monte, cioè sul BMS.

Può infatti capitare che i device connessi ai bus di campo necessitino di manutenzione, sostituzione o aggiornamento, spesso questo significa anche aggiornare il BMS. Con EHC questo viene evitato risparmiando il lavoro di riprogrammazione del BMS, molto tempo, errori e quindi denaro.

La funzionalità D è affidata alle prestazioni eccellenti del EHC elencate precedentemente. Il processore, la RAM e la capacità di immagazzinare dati, rende questo EDGE di COSTER una sorta di server in cui poter processare reti e dati tramite il BMS WebGarage e, quando i protocolli saranno disponibili, anche EMS per smart grid e ADR. Ad oggi le funzioni di EMS in EHC sono già possibili sfruttando la potenza di programmazione all’interno di WebGarage (logic builder).

Per la connettività esterna serve un router che può essere fornito anche da COSTER nel caso si voglia utilizzare una propria rete 4G via GSM. In questi casi si consiglia fortemente l’uso di reti GSM tramite SIM con APN privato ad indirizzo IP fisso. Le questioni di cyber security si possono approfondire nel capitolo 16.4 “Sistemi di building automation e domotica” del libro del Clusit “IoT Security e Compliance: gestire la complessità e i rischi”.

EHC 602 con WebGarage integrato risponde anche alle richieste dell’art. 16 “condivisione dei dati” della nuova EPBD 4 “case green” visto che l’integrazione tramite API (Application Program Interface) è resa facile proprio dalle peculiari caratteristiche del protocollo Haystack. Grazie ad esso possono essere esportati i dati in maniera sicura e criptata anche per implementare in un prossimo futuro tecnologie emergenti come l’intelligenza artificiale, oppure per essere integrato nel sistema COSTER connect in cloud. Per avere la lista di tutti i protocolli resi ad oggi disponibili dal framework di WebGarage, i system integrator possono fare riferimento alla lista presente al link: https://finproducts.atlassian.net/wiki/spaces/FINFramework/pages/770708212/Connectors+List

Infine EHC 602, grazie alla sue porte M-Bus e ModBus con cui è possibile teleleggere i consumi sia termici che elettrici, è necessario per il conseguimento di punti per la classificazione di qualità degli edifici. Per esempio nel caso di LEED BD+C v 4.1 EA Credit: Advanced Energy Metering a pag. 142 richiede che:

• I contatori devono essere installati in modo permanente, registrare a intervalli di un’ora o meno e trasmettere i dati a una posizione remota.
• I contatori elettrici devono registrare sia il consumo che la domanda. I contatori elettrici dell’intero edificio dovrebbero registrare il fattore di potenza, se appropriato.
• Il sistema di raccolta dati deve utilizzare una rete locale, un sistema di automazione degli edifici, una rete wireless o un’infrastruttura di comunicazione comparabile.
• Il sistema deve essere in grado di memorizzare tutti i dati del contatore per almeno 36 mesi.
• I dati devono essere accessibili da remoto.
• Tutti i contatori del sistema devono essere in grado di segnalare il consumo energetico orario, giornaliero, mensile e annuale.

Tutti questi punti possono essere soddisfatti da EHC 602 e dal sistema di misurazione a lui connesso.

Chi è COSTER?

Dal 1967 Coster Group offre il meglio per la gestione efficiente degli impianti di edificio: dai regolatori per la centrale termica fino ai Building Management System sviluppati “su misura”.

Il nostro approccio è da sempre volto ad integrare le tecnologie e la gestione dell’edificio per garantire un ambiente abitativo efficiente e al tempo stesso salutare. Senza mai sacrificare la semplicità d’uso dei sistemi.

Siamo orgogliosi di dedicare da sempre grandi energie alla ricerca allo sviluppo di nuove soluzioni. Il team di R&D è tutto interno alla nostra azienda e consente di recepire tempestivamente la domanda di innovazione che giunge dal mercato. Possiamo orgogliosamente affermare di essere tra le aziende che più attivamente sostengono la transizione verso edifici sostenibili e rispettosi dell’ambiente, in conformità con l’Agenda 2030.

“Disegnare” infiniti schemi di regolazione con un unico dispositivo, personalizzabile e aggiornabile da remoto senza necessariamente ricorrere a complesse tecniche di programmazione. E’ questa l’unicità dell’approccio Coster Group, resa possibile grazie al tool CosterCad e alla piattaforma WebGarage. Nessuna inutile complessità, nessuna barriera alla diffusione dell’automazione.