White Paper “Smart Building” / CEI 2023

 

Questo White Paper “Smart Building” del CEI è stato predisposto da un gruppo di lavoro nell’ambito del Tavolo di Confronto 3 “Transizione Energetica”.

 

L’obiettivo dei numerosi esperti che lo hanno elaborato è favorire lo sviluppo delle tecnologie che consentono di realizzare edifici energeticamente altamente efficienti, a supporto, tra gli altri, di progettisti e installatori, del settore delle costruzioni, del terziario e della pubblica amministrazione anche in un’ottica di interventi nell’ambito del PNRR. 
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I recenti orientamenti e programmi di intervento nazionali 1 ed europei 2 hanno ulteriormente accelerato i temi inerenti alla decarbonizzazione, l’efficientamento energetico e la modernizzazione, in chiave tecnologica e digitale, dell’intero settore delle costruzioni, determinando quel salto epocale che prevede, già a partire dai prossimi anni, la costruzione e la ristrutturazione profonda degli edifici per renderli a “zero emissioni”, ZEB, e anticipando di fatto gli obiettivi che l’Unione Europea si è prefissata al 2050.

 

A partire dal PNRR, FESR e Tassonomia, vengono specificatamente introdotte alcune sfide addizionali che ci accompagneranno lungo tutto il percorso per la decarbonizzazione del settore attraverso il raggiungimento di livelli di efficientamento energetico più restrittivi rispetto al quadro regolatorio vigente, ed in particolare per tutti quegli investimenti che contribuiranno sostanzialmente al raggiungimento dell’obiettivo della mitigazione dei cambiamenti climatici 3.

 

Il PNRR rappresenta una priorità centrale dell’Italia con l’obiettivo di “produrre occupazione e non sussidi, nel quadro di un forte ancoraggio europeo”, oltre che essere “un piano di scopo e non di spesa”, trasformandosi, insieme con le sue missioni e progetti, in una concreta ed efficace occasione di modernizzazione e rilancio nazionale, e, allo stesso tempo, cogliendo la sfida collettiva ed irrinunciabile della Neutralità Climatica.

 

Per la corretta implementazione del PNRR, le diverse stazioni appaltanti e le amministrazioni pubbliche del Paese, a partire dai Ministeri referenti delle missioni del piano, ai governi Regionali, sino alle amministrazioni locali, ovvero i comuni capoluoghi di Provincia e non, dovranno affrontare sfide importanti, quali ad esempio l’esecuzione dei lavori nel rispetto del cronoprogramma, e saranno chiamati a pubblicare bandi di gara in un’ottica di coerenza con gli obiettivi del piano stesso, garantendo stessi requisiti tecnici, stessi standard di qualità e prestazionali, puntando ad effettuare investimenti duraturi per soddisfare i bisogni di resilienza anche futuri di cui il Paese necessiterà.

 

In questo contesto, e a monte della pubblicazione dei bandi di gara e della diffusione dei cantieri sul territorio nazionale, trova pertanto particolare rilevanza il tema di definire raccomandazioni inerenti specifiche minime di qualità che dovranno quindi garantire il soddisfacimento delle priorità strategiche del piano, vedi ad esempio la transizione ecologica e digitale, i principi trasversali, il principio DNSH per non arrecare danni ambientali, la tracciatura climatica e digitale degli effetti introdotti dalle misure progettuali, per le quali potrebbe essere utile identificare gli stessi requisiti tecnici nonché le medesime macrosoluzioni ed architetture di sistema. In questi termini, lo Smart Building (edificio intelligente) rappresenta la soluzione attraverso la quale è possibile ridurre i consumi energetici finali e favorire la diffusione dell’energia prodotta da fonti rinnovabili, trasformando l’attuale struttura energetica dipendente dai combustibili fossili in un sistema efficiente in termini di sfruttamento delle risorse energetiche. 

 

Uno degli obiettivi dell'Unione europea è aumentare il ruolo diretto dei cittadini nella produzione di energia da fonti rinnovabili in grado di adeguare i propri modelli di consumo in base ai segnali del mercato (sistema energetico decentralizzato e digitalizzato). 

 

 

Gli edifici, i quartieri e le città dovranno dunque diventare più intelligenti per raggiungere livelli di "energia zero" ma soprattutto, anche grazie alle tecnologie digitali, “emissioni zero”. 

 

Gli Smart Buildings rappresentano i principali elementi per attuare la transizione energetica, l’ambiente attraverso il quale rendere fruibili strumenti e tecnologie di comunicazione a beneficio dell’utente adottando tecnologie che consentono a diversi oggetti, sensori e funzioni all’interno di un edificio di comunicare tra loro, interagire, nonché essere gestiti, controllati e automatizzati anche da remoto. 

 

Un edificio intelligente deve essere visto come un sistema nel quale convivono in modo integrato aspetti di natura impiantistica, di automazione degli impianti, di sensoristica, di connettività, di informazione e comunicazione, di tecnologie digitali, di Edge Computing, di Intelligenza Artificiale, per consentire nuove funzionalità, servizi agli occupanti, comfort e benessere, personalizzazione dei servizi. Ciò consentirà di orientare la domanda di energia degli utenti in base alle esigenze della rete elettrica e partecipare pienamente alle soluzioni Smart Grids.

 

I filoni di ricerca funzionali del nuovo sistema energetico vedono protagonisti lo Smart meter, i sistemi di gestione e controllo 4, le architetture innovative per le reti di distribuzione smart, capaci di bilanciare la produzione e la domanda di energia in tempo reale, il monitoraggio della rete, l’integrazione dell’energia prodotta da fonti rinnovabili, lo sviluppo di standard e protocolli per migliorare l'interoperabilità dei dispositivi e gestire enormi quantità di dati, l’equilibrio tra privacy e sicurezza per far fronte alla necessità di scambiare dati in tempo reale, l’accumulo di energia, l'integrazione con la mobilità elettrica. 

 

Lo Smart Building interagisce con l’utente, con la rete elettrica e con le reti di comunicazione elettronica, aggregato in modo coordinato con gli altri edifici in un distretto energetico (PENs 

 

Positive Energy Neighbourhoods, PEDs - Positive Energy Districts) o in una Comunità Energetica 5, scambiando dati e informazioni. In prospettiva, l’edificio intelligente evolverà verso un modello di edificio “smart-cognitive building”, grazie all’integrazione di piattaforme di Machine Learning (Intelligenza Artificiale), ai sensori IoT (Internet of Things) e alla tecnologia di comunicazione 5G. 

 

Affinché ciò sia possibile, però, è necessario progettare l’edificio adottando un approccio integrato e sistemico, tenendo conto degli spazi installativi necessari per impianti elettrici, elettronici e di comunicazione elettronica, degli impianti di produzione autonoma e rinnovabile 6 e della prevedibile evoluzione tecnologica, ponendo come obiettivo primario la massimizzazione del risparmio energetico, il comfort e la sicurezza degli impianti e dell’utente.

 

 

Tale approccio si basa sull’adozione dei seguenti principi:

- la riduzione della domanda di energia, tramite l’utilizzo di tecnologie in grado di ottimizzare l’apporto delle fonti energetiche ambientali nel rispetto dei climi locali e garantendo il mantenimento delle condizioni di benessere e di funzionamento interno (architettura bioclimatica); all’edificio 

- il miglioramento dell’efficienza energetica e l’utilizzo di impianti e soluzioni ad alta efficienza energetica;
- l’installazione di sistemi di produzione di energia da fonte rinnovabile che consentano agli utenti di assumere un ruolo attivo nel mercato elettrico;
- l’ottimizzazione del funzionamento degli impianti mediante l’ausilio di sistemi di automazione e di gestione energetica; 
- l’installazione di sistemi di gestione e controllo, monitoraggio, comunicazione e interazione con l’utente e con la rete per adeguarne il funzionamento alle esigenze degli occupanti e alla rete, migliorando l’efficienza energetica e la prestazione complessiva degli edifici, oltre ad assicurare comfort, salute e sicurezza;
- l’utilizzo delle tecnologie ICT (Information and Communication Technology), di connettività e relativi protocolli aperti di comunicazione;
- le tecnologie digitali per dotare l’edificio di sensoristica connessa agli impianti, all’utente e alle condizioni al contorno, finalizzata alla raccolta dati, e abilitare tutti i sistemi che compongono l’edificio a comunicare incessantemente tra di loro, in maniera automatizzata, attraverso l’infrastruttura di supervisione e controllo;
- le piattaforme di controllo e gestione che effettuano il real-time energy monitoring, la raccolta, l’elaborazione e l’analisi dei dati acquisiti, la predizione dei consumi, del funzionamento e delle condizioni di uso, la capacità di imparare in base alle informazioni catturate in tempo reale dai numerosi sensori IoT;
- la possibilità degli utenti di accedere e offrire servizi digitali ed energetici, dei servizi di flessibilità richiesti dalla rete elettrica (es. servizi ancillari).

 

Il presente documento è strutturato in quattro diversi capitoli.

 

Il primo capitolo intende presentare lo stato dell’arte della legislazione e della normazione tecnica, nazionale ed europea, applicabile alla progettazione di uno Smart Building, fornendo un quadro di insieme degli impianti e delle tecnologie presenti e le prevedibili evoluzioni future (p.e., comunicazione elettronica, IoT e Cybersecurity) utili alla realizzazione di nuove costruzioni, o rinnovamento delle esistenti. 

 

Il secondo capitolo fornisce una panoramica dei diversi domini tecnici che un edificio intelligente dovrebbe presentare e integrare e le aree, criteri di impatto, che vengono influenzate dal livello di integrazione dei vari sistemi tecnici dell’edificio, concentrandosi sui principali benefici, in termini per esempio di efficienza energetica o di attenzione alle necessità e al benessere dell’utente, derivanti dall’utilizzo delle tecnologie maggiormente innovative e digitali.

 

Il terzo capitolo introduce lo schema di valutazione comune “Smart Readiness Indicator” (SRI), il quale classifica la prontezza all'intelligenza degli edifici, con lo scopo di sensibilizzare ed indirizzare tutte le possibili figure professionali coinvolte nel possibile processo operativo di analisi ed applicazione diffusa.

 

Il quarto ed ultimo capitolo presenta dei casi applicativi, per Ospedali e Scuole, con l’intento di fornire esempi di soluzioni impiantistiche conformi al PNRR atte a determinare i requisiti minimi di qualità, affidabilità e funzionalità dei sistemi nelle fasi di progettazione, realizzazione ed esercizio del sistema nelle sue varie componenti, inclusi esempi di schemi architetturali di impianti e di sistema da considerare come migliori pratiche per un’adozione efficace delle tecnologie digitali
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