Home Automation e integrazione delle tecnologie nella casa

Uno dei punti importanti e più difficili nello stesso tempo per attuare la progettazione della Home Automation riguarda il coinvolgimento delle diverse figure professionali fin dalla fase del progetto preliminare.Indice:

• I vantaggi del sistema di integrazione
• La figura dello specialista in automazione domestica e degli edifici
• Fasi di sviluppo di un sistema di home automation
• Home Automation VS impianto tradizionale: valutazione dei costi

Per entrare direttamente nel tema vorrei riportare alcune proposte emerse in un convegno proposto dalla Commissione Impianti elettrici del Collegio degli Ingegneri e Architetti di Milano in collaborazione con AssimprEdil, Assistal, il Dipartimento d’ingegneria dei Sistemi Edilizi e Territoriali del Politecnico di Milano e l’Unione Nazionale Consumatori, con la partecipazione della società AVE.

Per esempio è stato evidenziato come in diversi interventi di recupero e manutenzione d’edilizia civile, oltre che in parecchi settori industriali, i costi impiantistici rispetto ai costi edili assumono proporzioni sempre più considerevoli e in un futuro non lontano la complessità dei sistemi impiantistici ospitati nell’edificio tenderà a costituire il principale vincolo progettuale e funzionale per l’edificio stesso.

Dal punto di vista dell’architetto la risposta alla tendenza degli ultimi anni, caratterizzata da un aumento della richiesta di servizi impiantistici a grande diffusione (elettrico, TV, telefonico, telematico, di sicurezza, ecc.) veniva indicata nella ridondanza della rete e dei punti di utilizzazione degli impianti, definita anche “flessibilità indiretta”.

In pratica si consigliava di predisporre una serie organica e ravvicinata di punti d’adduzione e d’utilizzazione (ridondanza del numero di tubazioni e delle cassette) dei vari tipi, attivando solo quelli ritenuti utili al momento del progetto.

Questa soluzione consente un’alta percentuale di variazioni sostanzialmente soft in pratica senza i costosissimi e incerti interventi d’opere murarie il più delle volte ad umido.

Diversamente da questo tipo di soluzione occorrerebbe pensare ad una “flessibilità diretta” vale a dire un intervento sugli elementi interessati da questa impiantistica leggera e diffusa che coinvolge necessariamente le caratteristiche fisiche e geometriche dei componenti costruttivi interessati.

Questo problema meriterebbe un serio approfondimento di ricerca tecnologica coordinata che in verità non è mai stato condotto.

Anche da parte dei costruttori di edifici in alcuni casi vengono manifestate maggiori attenzioni per la predisposizione degli impianti. In particolare gli impianti sono considerati anche in previsione di modifiche in relazione a diverse tipologie di arredo e quindi ad una esigenza di flessibilità.

A tale proposito sono state richiamate alcune semplici regole d’installazione quali:

• la realizzazione della distribuzione prevalentemente a pavimento
• l’interconnessione mediante un sistema ad anello dei diversi punti di comando e di utilizzazione per consentire facili modifiche che si rendessero necessarie con collegamenti di lunghezza limitata
• la riduzione al minimo dei collegamenti “passanti” creando connessioni, mediante adeguate tubazioni, tra ciascun punto di utilizzazione con la propria cassetta di zona
• l’utilizzo di cassette di derivazione adeguate al numero di collegamenti in modo da garantire, in particolare per la distribuzione elettrica, lo smaltimento di calore prodotto e maggiore spazio di utilizzo
• il rispetto delle distanze previste nelle zone dei bagni e dei lavandini

Per quanto riguarda il trasferimento nel residenziale delle soluzioni adottate nel terziario e negli edifici commerciali vi è un certo scetticismo, per esempio per la realizzazione dei pavimenti galleggianti e dei controsoffitti per il passaggio delle canalizzazioni degli impianti.

Tali soluzioni, al di la dell’estetica, comportano un aumento del volume dell’edificio e quindi costi maggiori per il committente oltre che maggiori oneri di urbanizzazione.

I vantaggi del sistema di integrazione

Col termine integrazione s’intende normalmente l’operazione di mettere insieme qualcosa attraverso procedure ed operazioni comuni. Significa anche rendere qualcosa completo, o più valido, più efficace, con la possibilità di poter aggiungere in seguito ulteriori elementi.Per quanto riguarda l’integrazione degli impianti nella struttura dell’edificio questa operazione coinvolge prima di tutto il coordinamento tra il progettista degli impianti (elettrico, meccanico, di sicurezza, ecc.) e quello architettonico con lo scopo di utilizzare alcuni elementi strutturali dell’edificio quali i ferri di armatura dei pilastri in cemento armato, grondaie e pluviali metallici per la realizzazione degli impianti di terra e di protezione contro i fulmini e di definire, inoltre, in via preliminare, idonei spazi per i passaggi delle condutture (elettriche, idriche, di sicurezza,ecc.) verticali ed orizzontali e di individuare, per esempio, idonei ambienti per le apparecchiature ed i locali tecnici, i contatori e quei locali classificati a maggior rischio in caso di incendio quali le centrali termiche, box ed autorimesse, eventuali depositi di combustibili e/o di infiammabili, ecc., i cui impianti presentano requisiti particolari.

Altri importanti vantaggi riguardano:

• Il risparmio sui costi d’installazione evitando di eseguire opere murarie a posteriori (fori, tracce su muri, ecc.), tenendo conto per esempio, che inserire 2 tubi al posto di 1 ha come costo aggiuntivo in concreto solo quello del tubo anziché dover fare due volte le tracce sui muri.
• La riduzione dei tempi di esecuzione dei lavori.

Per fare tutto ciò è importante che sia sviluppata in modo disciplinare e interdisciplinare la progettazione degli impianti come fase di studio per la ricerca delle soluzioni tecniche più idonee e che deve necessariamente precedere la fase di realizzazione delle opere.

E’ fondamentale la separazione delle funzioni e delle competenze tra progettista ed esecutore evitando così varianti e modifiche in corso dei lavori.

Saranno adesso presentati alcuni brevi cenni sulle modalità di sviluppo delle fasi della progettazione di un impianto elettrico e di automazione della casa e dell’edificio, mettendo a confronto i relativi costi nel caso dell’installazione in un edificio residenziale di nuova costruzione.

La figura dello specialista in automazione domestica e degli edifici

Data la maggiore complessità e l’interdisciplinarietà di un impianto d’automazione rispetto a tanti singoli impianti separati, con la realizzazione dei primi sistemi automatizzati è nata la nuova figura professionale dello specialista in automazione domestica e degli edifici.

Egli assume caratteristiche diverse in base alle dimensioni del sistema: nella realizzazione di impianti di building automation si occupa esclusivamente dell’aspetto dell’integrazione tra gli impianti dell’edificio.

Si tratta in genere di un tecnico che ha competenze in materia d’elettronica ed informatica che gli consentono di realizzare sistemi d’automazione anche molto complessi.

Rispetto all’edificio, la progettazione della singola abitazione risulta ovviamente meno complessa, per cui il profilo professionale richiesto è differente.

Essa, nella maggior parte dei casi, è affidata agli installatori stessi; in particolare l’installatore d’impianti di security, che possiede competenze d’elettronica, assume più frequentemente il ruolo di progettista del sistema di controllo dell’abitazione.

Fasi di sviluppo di un sistema di home automation

Come accennato in precedenza, in questo tipo di impianti la funzione del progettista è svolta dall’installatore di impianti di sicurezza. Le varie fasi del suo lavoro possono essere suddivise come rappresentato dal seguente schema.

Valutazione degli impianti e delle esigenze del committente

Nella prima fase, il progettista ha il compito di capire quali sono le reali esigenze e i bisogni del cliente; in questa fase preliminare, egli deve anche analizzare la configurazione degli impianti esistenti che, per la maggior parte delle installazioni consiste nell’integrazione d’impianti già installati.

Questa operazione, oltre ad essere indispensabile per decidere le aggiunte o le modifiche da apportare, e importante anche per stabilire il grado di integrazione ottenibile per ciascun impianto già presente all’intero dell’abitazione.
Un semplice esempio è dato dagli impianti di riscaldamento: capita spesso di trovare delle caldaie controllate da un termostato intelligente con il quale lo scambio di informazioni avviene attraverso un protocollo di comunicazione incompatibile con ogni sistema d’automazione domestica.

Sul termostato sono impostati i cicli di temperatura e sono segnalati i vari stati della caldaia. In una situazione del genere l’integrazione realizzabile e necessariamente limitata, infatti, sarà possibile solo accendere e spegnere l’insieme formato da termostato e caldaia attraverso un altro termostato collegato al sistema domotico.
Si perdono quindi buona parte delle opportunità offerte dall’avere la caldaia controllata dal sistema domotico integrato (ad esempio la gestione degli stati d’allarme).

Le cose diventano ancora più complesse se il termostato della caldaia, ad ogni accensione, deve essere riconfigurato. La stessa cosa avviene con tutti gli elettrodomestici “intelligenti” (lavatrici, lavastoviglie, forni, ecc.) che le case produttrici stanno iniziando ad immettere sul mercato: se utilizzano un controllore che non può dialogare con il sistema di domotica utilizzato, l’integrazione sarà ancora possibile solo a livello di controllo acceso/spento, perdendo cosi tutta una serie di possibilità offerte dalla compatibilità tra il sistema domotico e l’elettrodomestico.

Tornando all’esempio della caldaia, la situazione migliore, dal punto di vista dell’integrazione, si presenta o quando il sistema d’automazione e il controllore della caldaia utilizzano lo stesso protocollo di comunicazione o quando l’accensione della caldaia può essere controllata semplicemente imponendo un certo segnale ai morsetti di una porta elettrica.

In quest’ultimo caso il controllo può essere eseguito senza problemi, semplicemente rendendo compatibili i segnali d’uscita del sistema domotico con gli ingressi della caldaia (e viceversa) mediante amplificatori, relè, ecc.
Negli esempi precedenti abbiamo visto dei casi in cui dei sistemi sono difficilmente integrabili a causa della problematica gestione delle variabili di controllo.

Il livello ideale d’integrazione però, non corrisponde necessariamente con la possibilità di gestire tutte le variabili.
Per restare sull’esempio della caldaia, non avrebbe senso far gestire al sistema integrato il controllo della temperatura in camera di combustione; oppure, considerando l’apertura motorizzata di un cancello, non conviene far gestire al sistema centrale le durate delle manovre o l’intervento delle fotocellule di sicurezza.

Per queste funzioni di controllo, specifiche d’ogni sottosistema, è opportuno utilizzare le schede elettroniche, tarate dai produttori della caldaia o del cancello motorizzato, che interverranno in caso di necessità; al limite può essere gestito dal sistema un segnale che indica l’intervento di questi dispositivi.

La scelta delle funzioni da integrare è quindi, compatibilmente con le possibilità offerte dai vari sistemi, un’operazione delicata poiché c’e il rischio di appesantire troppo il sistema di controllo o di trascurare alcune funzioni importanti.

Questa prima parte del lavoro dello specialista è molto delicata: errori di valutazione o incomprensioni, possono portare ad un’errata progettazione e installazione del sistema che può tradursi in notevoli aggravi di costo per correggere gli errori commessi.

Sviluppo della progettazione

Questa fase, molto importante, deve porsi innanzitutto l’obiettivo di modificare e scegliere tutta la tecnica degli impianti dal punto di vista dell’integrazione; i nuovi componenti, oltre che sulla base dei criteri di dimensionamento classici, dovranno essere scelti anche tenendo conto della loro compatibilità con il sistema di controllo utilizzato.

Sarà quindi compito del progettista, mediante un capitolato chiaro e preciso, indicare le caratteristiche dei dispositivi da installare.

La progettazione di un sistema d’automazione, può essere suddivisa in diverse fasi che si differenziano in base alla tecnologia utilizzata. Nella tabella seguente è proposta una descrizione sintetica delle varie fasi della progettazione per due tipologie d’impianto: ad onde convogliate e a bus.

Installazione

Durante l’installazione, i vari tecnici eseguono i lavori previsti sugli impianti in modo indipendente l’uno dall’altro.
E’ importante rilevare ancora come eventuali modifiche rispetto alle specifiche, devono essere concordate con il progettista: questo perché molti installatori sono ancora legati all’idea di una separazione netta tra i vari impianti, quindi una modifica, che all’apparenza può sembrare ininfluente, è fondamentale se si considera il componente inserito in un sistema integrato.

Programmazione e integrazione

L’ultima fase dei lavori consiste nel realizzare l’integrazione tra i vari impianti modificati o nuovi: questo si ottiene mediante collegamenti elettrici e un’opportuna programmazione dell’unità centrale. In questo caso la progettazione dell’integrazione tra gli impianti dell’edificio è affidata ai cosiddetti system integrator.

La loro attività può essere svolta congiuntamente s quella dei progettisti dell’architettura e degli impianti; in questo caso si parla d’integrazione e automazione a priori.

Più spesso, tuttavia, la progettazione dell’integrazione deve essere svolta a posteriori quando le parti strutturali e impiantistiche sono già state progettate e, talvolta, realizzate. In quest’ultimo caso l’integrazione è realizzata sviluppando delle interfacce a hoc per far dialogare i diversi impianti.

A differenza dei sistemi d’automazione domestica, un sistema di building automation è installato in edifici nuovi o durante importanti ristrutturazioni; inoltre il cliente, nella maggior parte dei casi, è una società che ha l’obiettivo di rivendere o affittare l’edificio ad uno o più utilizzatori finali.

Questa distinzione tra cliente ed utilizzatore è molto importante: mentre l’utente finale è in grado di definire quali sono le sue esigenze, in termini di utilizzo di sistemi integrati intelligenti per il controllo e il comando degli impianti dell’edificio, il cliente non è in grado di farlo con esattezza.

II cliente definisce quindi una dotazione standard comune per qualunque tipo d’utenza finale, lasciando la progettazione e l’installazione di sistemi più complessi dell’utente finale stesso.
La mancanza di standard comuni rende problematica questa seconda fase poiché per la realizzazione della dotazione di base vengono spesso utilizzati sistemi proprietari difficilmente espandibili.

Alla realizzazione di un sistema di building automation, partecipano varie tipologie di installatore:

• I piccoli installatori tradizionali: si occupano dell’impiantistica tradizionale;
• I piccoli installatori “evoluti”: si tratta in genere di installatori di impianti di security (gli stessi che nell’home automation sono in grado di eseguire anche la progettazione dell’integrazione) che hanno una base di conoscenze elettroniche ed informatiche; si occupano della realizzazione pratica dell’integrazione;
• I grandi installatori: lavorano su grandi commesse e solitamente sono specializzati nella realizzazione di impianti elettrici o meccanici; la parte dell’automazione resta quindi scoperta e spesso viene affidata direttamente ai produttori di sistemi di building automation con cui sono in contatto diretta.

Al termine dell’installazione è necessaria, come nel caso dell’home automation, la programmazione del sistema. Tale operazione è eseguita sulla base delle indicazioni del progettista stesso.

Coordinamento installatori sottosistemi

Nel caso dell’home automation, la figura principale nella realizzazione di un sistema e lo specialista in automazione domestica che, frequentemente, corrisponde all’installatore di impianti di security.

Dato che un sistema domotico interagisce con le varie componenti impiantistiche, gli installatori coinvolti sono molti: l’elettricista, l’idraulico ed altri, ognuno per la parte di propria competenza. Tutti questi installatori devono essere coordinati della nuova figura professionale presentata nei paragrafi precedenti.

La mancanza di un coordinatore, nella maggior parte dei casi, porterà ad avere tanti sistemi d’automazione diversi agenti ciascuno su un impianto.

Questo comporta tre svantaggi:

• Essendo installati molti sistemi di controllo intelligenti si hanno dei doppioni. Infatti, le funzioni complessive richieste al sistema, non sono tali da giustificare la presenza di una cosi alta capacità di calcolo. Questo in pratica si traduce in un costo maggiore rispetto ad un sistema integrato, a parità di funzioni svolte.
• Dato che tra la maggior parte dei suddetti sistemi di controllo non si possono avere scambi d’informazioni, si perdono tutte le potenzialità tipiche di un sistema integrato.
• L’utente deve gestire vari sistemi di controllo che possono essere anche molto diversi tra loro. Questo parta ad una disincentivazione dell’uso di sistemi d’automazione da parte di quelle categorie di persone meno portate verso le nuove tecnologie in quanto attribuiscono loro notevole complessità e difficoltà di apprendimento.

Nel caso d’impianti di building automation, gli aspetti negativi della mancanza d’integrazione, in precedenza elencati sono sicuramente più evidenti che nel caso di un sistema di home automation a causa della maggiore complessità degli impianti presenti.

Home Automation VS impianto tradizionale: valutazione dei costi 

Dal punto di vista dei costi, grazie all’economia di scala ottenibile, la situazione più vantaggiosa si ha nel caso che si preveda l’installazione di un impianto d’automazione domestica in tutte le unità abitative di una nuova costruzione.

Per dare un’idea dell’incidenza dei costi di un impianto d’automazione rispetto al costo dell’impianto elettrico tradizionale, sarà illustrato il caso di un edificio residenziale, attualmente in fase di costruzione a Milano.

Per tal edificio, in fase di progetto degli impianti, non è stato previsto alcun sistema d’automazione integrato né per le parti condominiali né per gli alloggi. Ad inizio lavori il committente ha richiesto una progettazione integrativa che prevedeva la predisposizione d’alcune dotazioni da offrire come optional agli acquirenti degli alloggi che ne avessero espresso la richiesta e per dare un valore aggiunto alle uniti abitative.

A tale proposito sono state formulate delle proposte per l’installazione di un impianto base ad onde convogliate più delle dotazioni aggiuntive che saranno descritte di seguito.

L’edificio è costituito da 8 piani fuori terra con 56 alloggi di superficie compresa tra 90 e 130 mq, 5 negozi al piano terra, box e cantine ai piani interrati.

Ciascun appartamento è provvisto d’impianto di riscaldamento autonomo con caldaia a gas, a predisposizione dell’impianto di condizionamento autonomo, rivelatore fughe di gas, elettro valvola di sicurezza, videocitofono, antenna satellitare.

Le utilizzazioni, per quanto riguarda l’impiantistica elettrica tradizionale (illuminazione e prese di servizio), di segnalazione, l’impianto TV e quello telefonico, vanno da un minimo di 80 punti per gli alloggi da 9O mq a 100 punti per gli alloggi da 130 mq.

I costi d’installazione degli impianti di cui sopra, comprensivi anche della quota di quelli condominiali a servizio degli alloggi, esclusi i servizi generali, variano dagli 11 ai 14 milioni di lire ad appartamento.

Per quanto riguarda il sistema d’automazione domestico, sono state proposte e valutate le seguenti tipologie d’installazione:

1. configurazione di base;
2. configurazione intermedia;
3. configurazione completa.

La configurazione di base comprende:

• Il sistema centrale di controllo con tastiera e display
• La sicurezza ambientale (rivelatore di gas ed elettro valvola gas)
• Comfort ambientale (sensore di temperatura, comando caldaia e condizionatori)
• Predisposizione tubazioni e cavi per la configurazione completa (circa 30 punti di utilizzo aggiuntivi)

La configurazione intermedia comprende :

• Il sistema centrale di controllo con tastiera e display
• La sicurezza anti intrusione con 8 contatti magnetici, 2 rivelatori ad infrarossi, la sirena estrema con lampeggiante, un accumulatore ricaricabile
• La sicurezza ambientale (rivelatore di gas ed elettro valvola gas)
• Comfort ambientale (sensore di temperatura, comando caldaia e condizionatori)
• Predisposizione tubazioni e cavi per la configurazione compieta (circa 13 punti di utilizzo aggiuntivi).

La configurazione completa comprende:

• Il sistema centrale di controllo con tastiera e display, filtro di linea, interfaccia di linea bi direzionale
• La sicurezza anti intrusione con 8 contatti magnetici, 2 rivelatori ad infrarossi, la sirena esterna con lampeggiante, un accumulatore ricaricabile
• La sicurezza ambientale (rivelatore di gas ed elettro valvola gas, 3 rivelatori di acqua ed elettro valvola acqua)
• Comfort ambientale (sensore di temperatura, comando caldaia e condizionatori)
• Gestione illuminazione con 2 moduli ricevitori luce a relè
• Gestione elettrodomestici con 2 moduli ricevitori apparecchi a relè
• Gestione irrigazione con un elettro valvola acqua

Gli oneri di fornitura ed installazione dei tre sistemi sopra illustrati, con sistema ad onde convogliate con protocollo X10 di Sistema Casa Sas, considerando l’economia di scala per tutti i 56 alloggi, sono i seguenti:

• Costo della configurazione di base per alloggio 1.900 €
• Costo della configurazione intermedia per alloggio 2.500 €
• Costo della configurazione completa per alloggio 3.000 €

L’incremento di costo dovuto agli impianti di domotica è di poche unità percentuali (si tenga presente che i costi relativi all’impianto elettrico tradizionale sarebbero presenti anche in assenza dell’impianto d’automazione). Tale risultato, potrebbe essere sicuramente migliorato in seguito ad una maggiore diffusione di tali sistemi nelle nuove costruzioni residenziali grazie ad un’economia di scala a livello di produzione dei dispositivi. Il costo dell’installazione sarebbe maggiore se la fornitura riguardasse una o solo alcune unità abitative.

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