IoT per smart building: gli USA puntano sui GEB, gli edifici efficienti interattivi

Il recente annuncio del Dipartimento dell'Energia USA di finanziare con 61 milioni di dollari dieci progetti pilota che doteranno più di 7.000 edifici di soluzioni intelligenti per l’efficienza energetica e la riduzione delle emissioni, rappresenta un importante passo della strategia USA “net zero”.

TAKEAWAY

  • Il Dipartimento dell’Energia USA stanzierà 61 milioni di dollari per realizzare dieci progetti pilota dedicati a comunità di smart building in grado di interagire con la rete elettrica.
  • L’Internet of Things sarà l’architettura abilitante di molte soluzioni alla base dei cosiddetti Grid-interactive Efficient Buildings (GEB) costituenti le “comunità commesse”.
  • Sui GEB il DOE si aspetta molto: si stima che nei prossimi due decenni essi potranno permettere risparmi energetici tra i 100 e i 200 miliardi di dollari.

L’impiego dell’IoT per smart building fa un passo importante negli USA. Il DOE – Department of Energy ha da poco annunciato lo stanziamento di 61 milioni di dollari per finanziare la realizzazione di dieci progetti pilota che faranno uso di tecnologie innovative «per trasformare migliaia di case e luoghi di lavoro in edifici all’avanguardia ed efficienti dal punto di vista energetico» segnala in una nota.

Questi progetti vengono definiti “comunità connesse”, ovvero gruppi di edifici in grado di interagire con la rete elettrica per ottimizzare il loro consumo di energia, che diminuirà sostanzialmente le loro emissioni di CO2, producendo drastici risparmi energetici. Tale progetto aiuterà a raggiungere l’obiettivo dell’amministrazione Biden di raggiungere un’economia a carbonio zero, segnala lo stesso DOE. Il presidente USA proprio pochi giorni fa ha promesso di raggiungere l’obiettivo zero emissioni nette di energia elettrica entro il 2035 e a zero emissioni nette su tutta la linea entro il 2050 o prima.

Come riusciranno queste comunità connesse a centrare i propri obiettivi è presto detto: grazie alla tecnologia. L’Internet of Things, oltre che per l’energy management, sarà l’architettura abilitante di molte soluzioni alla base dei cosiddetti Grid-interactive Efficient Buildings (GEB) costituenti le comunità connesse.

Gli edifici efficienti interattivi fanno uso di controlli intelligenti, sensori e strumenti di analisi per comunicare con la rete elettrica, riducendo la quantità di energia necessaria durante i periodi di picco della domanda. Questa capacità viene utilizzata per ottimizzare gli edifici e le risorse energetiche distribuite per mantenere il comfort degli occupanti dell’edificio, abbassa le bollette e riduce i costi del sistema di rete.

I numeri stimati sono interessanti: un recente studio del DOE ha previsto che, entro il 2030, i GEB potrebbero far risparmiare fino a 18 miliardi di dollari all’anno sui costi del sistema energetico e tagliare 80 milioni di tonnellate di emissioni di CO2 ogni anno. Tali quantitativi sono pari a quelli prodotti in un anno da 50 centrali a carbone di medie dimensioni o da 17 milioni di automobili. Le prime due comunità connesse in Alabama e in Georgia hanno già dimostrato questo potenziale: utilizzano circa il 42-44% in meno di energia persino rispetto alle moderne case all-electric.

IoT per smart building: cosa sono i GEB – Grid-interactive Efficient Buildings

La strategia USA delineata dal Dipartimento dell’Energia fa comprendere di basarsi su tre pilastri chiave: decarbonizzazione, digitalizzazione, decentralizzazione. Ma soprattutto punta sui GEB, che lo stesso DOE definisce come «edifici ad alta efficienza energetica con tecnologie intelligenti caratterizzate dall’uso attivo delle DER per ottimizzare l’uso dell’energia per i servizi di rete, le esigenze e le preferenze degli occupanti e la riduzione dei costi». Se volessimo definirli in altro modo, potremmo intenderli come smart building evoluti, connessi e dotati di tecnologie interoperabili in grado di regolare la domanda energetica, gestendo il carico elettrico in risposta alla rete (principalmente grazie alla presenza di impianti fotovoltaici e di storage) e alle esigenze dell’edificio.

Le tecnologie GEB includono termostati intelligenti, sensori IoT wireless e controlli, building automation system, soluzioni Distributed Energy Storage, contatori intelligenti, soluzioni di illuminazione ed elettrodomestici smart.

Questi GEB sono la base delle comunità connesse, ovvero gruppi di Grid-interactive Efficient Buildings dotati di attrezzature diverse e flessibili per l’uso finale e di altre risorse energetiche distribuite (DER) che operano collettivamente per massimizzare l’efficienza dell’edificio, della comunità e della rete mentre soddisfano il comfort e le esigenze degli occupanti. Le DER sono unità di generazione elettrica situate all’interno del sistema di distribuzione elettrica presso o vicino all’utente finale. Si presentano sotto forma di pannelli fotovoltaici, impianti mini-eolici o altre fonti rinnovabili, che soddisfano in parte le necessità energetiche degli edifici su cui sono installati.

In tutto questo scenario l’Internet of Things è un presupposto fondamentale che permette la digitalizzazione e l’interoperabilità dell’energia transattiva, ovvero quella che un giorno non lontano sarà gestita dai prosumer, i consumatori-produttori. In parte è già così: se pensiamo che solo in Italia più del 90% degli impianti fotovoltaici installati ha una potenza inferiore ai 20 kW ci troviamo a parlare sempre più di prosumer.

L’IoT e i dispositivi connessi hanno portato la capacità di comunicazione tra i dispositivi e i sistemi non solo all’interno della rete locale, ma anche in connessione attraverso Internet (con il cloud). Con l’aggiunta di sensori, controlli automatici e sistemi IT, la capacità di monitorare e gestire i sistemi dell’edificio è stata notevolmente migliorata grazie all’Internet delle Cose. 

Ecco perché si parla di IoT per smart building: nel caso specifico i dieci progetti pilota, riguardanti comunità connesse saranno in grado di dotare più di settemila edifici di soluzioni intelligenti per ridurre l’uso di energia, i costi e le emissioni.

IoT per smart building: i progetti pilota finanziati in USA

I progetti selezionati dal DOE sono assai differenti per tipologia di applicazione, malgrado siano tutti caratterizzati da un ampio impiego della tecnologia. Qualche esempio: il progetto pilota coordinato dalla EPRI – Electric Power Research Institute intende trasformare edifici multifamiliari ubicati in complessi residenziali a prezzi accessibili in GEB.

PacifiCorp stabilirà, invece, un programma per gestire il fotovoltaico, le batterie di accumulo, le soluzioni per la ricarica dei veicoli elettrici in una comunità diversificata di edifici all-electric e un centro di trasporto di massa hi-tech in modo da ottimizzare il loro uso collettivo dell’energia e fornire servizi di rete su scala.

Portland General Electric rinnoverà più di 500 edifici nei quartieri storicamente poco serviti di Portland Nord per ridurre il loro carico energetico con numerose misure di efficienza energetica e dispositivi collegati. Come si può immaginare, le soluzioni IoT per smart building sono parte integrante delle soluzioni per raccogliere dati, monitorare la gestione energetica e ottimizzarla

Da segnalare anche il progetto dell’ente no profit Post Road Foundation che intende studiare la capacità di un nuovo sistema di servizi energetici transattivi per armonizzare le comunicazioni e ottimizzare l’uso dell’energia tra le risorse energetiche distribuite, i mercati energetici locali e gli edifici di tre comunità rurali.

Non manca neppure un polo universitario: l’Ohio State University vuole analizzare la capacità dell’attuale comunità collegata all’interno del campus nel fornire servizi di rete essenziali – ma trascurati da una vasta gamma di tecnologie interattive di rete – in un ambiente sicuro dal punto di vista informatico e dei dati.

Quanti risparmi con i GEB: tra i 100 e i 200 miliardi di dollari

L’opportunità di finanziamento Connected Communities è guidata dal DOE’s Building Technologies Office, il cui obiettivo è lavorare per rendere gli edifici più intelligenti in termini di gestione efficiente dell’energia e lo fa anche attraverso la Grid-interactive Efficient Buildings Initiative.

La GEB Initiative lavora per trasformare gli edifici in risorse energetiche pulite e flessibili, combinando l’efficienza energetica e la flessibilità della domanda con tecnologie e comunicazioni intelligenti per offrire in modo economico maggiore accessibilità, comfort, produttività e prestazioni alle case e agli edifici americani.

Per farlo, riunisce e condivide il percorso con attori quali le agenzie federali, amministrazioni pubbliche statali e locali, costruttori, produttori di componenti edilizi, scienziati, ingegneri.

Lo stanziamento di 61 milioni di dollari è parte integrante della roadmap nazionale per gli edifici efficienti interattivi alla rete. Essa prevede che nei prossimi due decenni, i GEB potrebbero fornire tra i 100 e i 200 miliardi di dollari di risparmi al sistema energetico degli Stati Uniti. Questi edifici possono offrire una serie di servizi in grado di tagliare i costi, eliminare gli sprechi e migliorare le operazioni di rete. Per esempio, possono agire sull’illuminazione e gli elettrodomestici efficienti. Aggiunti a involucri edilizi a elevata efficienza energetica possono ridurre la domanda di elettricità.

Lo spostamento del carico sfrutta l’energia più economica o più pulita spostando la domanda da un momento all’altro della giornata quando l’energia rinnovabile è abbondante sulla rete.

In questo caso entra in gioco l’IoT per smart building: grazie all’impiego di sensoristica e a soluzioni software e hardware dedicate, è possibile modulare il carico con batterie e altri dispositivi elettronici, permettendo all’edificio di mantenere la frequenza di rete o controllare la tensione del sistema. Infine, l’impiego di impianti fotovoltaici chiude il cerchio della gestione energetica, consentendo al consumatore di diventare non solo produttore ma anche abilitatore della transizione energetica.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)
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