Case smart, edifici smart e città smart: non può esistere transizione energetica senza KNX

Yasmin Hashmi presenta gli highlight del confronto del panel "Gestione energetica smart con KNX", che, in occasione del recente Smart Energy Summit, ha discusso l'importanza di KNX nella transizione dal combustibile fossile a zero carbonio.

La gestione dei flussi di energia in un edificio rappresenta un settore di interesse per KNX fin dalle origini. Il suo ambito si è ben presto esteso oltre i confini di una singola abitazione o edificio per giungere alla modalità di gestione energetica in un quartiere o persino in un'intera città. Nel lontano 2012 questo era stato dimostrato alla fiera Light+Building, in cui KNX Association presentava la "KNX City", spiegando come il concetto di città smart potesse essere affrontato con i prodotti KNX esistenti.

Nove anni dopo, con il cambiamento climatico in cima all'agenda, il concetto di città smart e la transizione dal combustibile fossile a zero carbonio non sono mai stati più importanti. Quale ruolo deve allora svolgere KNX e in che modo andremo avanti?

Nella discussione del panel "Gestione energetica smart con KNX" durante il recente KNX Smart Energy Summit online, quattro esperti del settore si sono confrontati sul modo consolidato di utilizzare KNX per gestire la digitalizzazione della transizione energetica e su cosa fare per garantire un ulteriore progresso.

Ottimizzazione del consumo energetico nel nucleo familiare

Teoricamente, il modo di ottimizzare il consumo energetico nel nucleo familiare consiste nel fornire gestione intersettoriale tra elettricità, alimentazione termica ed e-mobility attraverso l'uso coordinato delle risorse di generazione, consumo e storage in un'abitazione. Jürgen Leppig, Presidente dell'associazione federale tedesca di consulenti indipendenti per l'energia GIH Bundesverband e.V., sottolinea che, sebbene le pompe di calore comunichino solitamente tramite protocollo Modbus, ciò non rappresenta un problema, data la disponibilità di gateway per la conversione di Modbus in KNX. Ciò significa che la pompa di calore è ora controllabile tramite HEMS (Home Energy Management System) KNX. Inoltre, nel 2020, il provider di soluzioni di storage batteria sonnen GmbH si è unito a KNX Association, per cui adesso HEMS ha la possibilità di controllare il consumo energetico (compresi i punti di carica EV) in base allo storage batteria al fine di attuare la gestione dinamica del carico e ottimizzare il consumo. Leppig sostiene inoltre che l'esigenza di ottimizzare i consumi non termina entro i confini dell'edificio, dichiarando che "KNX è adatta all'interconnessione di settori, con l'apertura completa di nuovi territori per noi!"

E-mobility

Secondo Helmut Haßenpflug, Amministratore delegato della società di integrazione di sistemi IGT GmbH, nonostante nel 2012 si discutesse già dell'interconnessione di settori e dell'elettrificazione della mobilità, all'epoca il numero di auto elettriche in tutta la Germania era di sole 4500 unità. Osserva che "alla fine del 2020, si contavano già 350.000 auto elettriche sulle nostre strade e, per la fine di quest'anno, si prevede che raggiungeranno 1,1 milioni. Indipendentemente dalle cifre, stiamo raggiungendo un livello che inizia a essere interessante. L'interconnessione di settori, compresa e-mobility e wallbox [stazioni di carica a parete più rapide di una presa tradizionale], deve essere innanzitutto gestita, ma possiamo farlo con i prodotti di cui disponiamo già."

Haßenpflug sottolinea che la sfida per KNX consiste nel caricare le auto elettriche dalle smart home e integrarle nel sistema di gestione energetica. L'auto deve sapere cosa succede nell'abitazione e viceversa e i dati per farlo giungono tramite la backbone KNX. KNX svolge il ruolo di direttore d'orchestra nel concerto dell'energia e armonizza i processi tra un massimo di cinque caricatori di tipologia e costruttori diversi, il sistema PV con relativo inverter, lo storage batteria e i consumatori nella smart home. Haßenpflug aggiunge, "Il fatto che sia già possibile senza fare scattare il fusibile di casa dimostra quanto KNX agisca al meglio in questo ambiente, in costante accelerazione".

Educazione dell'operatore elettrico e del pubblico ai vantaggi di KNX

Sebbene i vantaggi di KNX siano evidenti e comprensibili agli addetti ai lavori, restano ancora molti elementi su cui educare. Per esempio, per quanto KNX possa essere attualmente diffuso - in Germania, per esempio, la quota di smart home ed edifici commerciali KNX è del 56% - il sistema è tutt'altro che una bazzecola. Il panorama delle smart home è ancora troppo frammentato e caratterizzato da molti sistemi concorrenti e in sovrapposizione. Come osserva Hermann Schmidt, Amministratore delegato della società di integrazione di sistemi KNX HSc Informatik, "Nella mia esperienza i clienti devono essere convinti di KNX in quanto sono sopraffatti dalla varietà e dalla complessità delle offerte sul mercato."

Siccome KNX è uno standard mondiale aperto a cui sono conformi oltre 500 costruttori, dovrebbe essere facile da vendere, soprattutto potendo aggiungere e inserire i prodotti di aziende diverse che lavoreranno insieme senza problemi. Ciò offre al cliente protezione a prova di futuro e indica che non sarà ostaggio di un unico fornitore. Schmidt afferma che "Dal 2009 ho visto finire nell'oblio molti sistemi ed è questa la tendenza delle soluzioni di proprietà." Per questo ha scelto KNX per la sua casa fin dall'inizio, proprio perché non è un sistema di proprietà.

KNX presenta inoltre i vantaggi di evolversi continuamente, pur rimanendo retrocompatibile, come esemplificato da un progetto CHP (Combined Heat and Power) a cui Schmidt partecipa dal 2012. Un'azienda aveva stabilito di acquistare un'unità CHP (uscita termica 40 kW, uscita elettrica 15kW) per mantenersi in standby in quanto l'alimentazione tramite rete era estremamente instabile. Anche una caldaia a gas si accendeva come richiesto. Sono stati inoltre integrati edifici secondari a 150 m di distanza. Il sistema di gestione energetica è attualmente in fase di espansione in modo da contenere un sistema PV esistente e un sistema di storage batteria agli ioni di litio da 70kW.

"Devono comunicare l'uno con l'altro, tuttavia le interfacce KNX sono rare in questi settori, mentre è Modbus a prevalere," spiega Schmidt. Tuttavia, è riuscito a risolvere il problema con relativa facilità, in quanto esistono attualmente numerosi gateway che convertono vari protocolli di controllo in KNX. Nell'esempio specifico, ha utilizzato EibPC? di Enertex Bayern. Tuttavia, l'esempio dimostra soprattutto che il sistema di gestione energetica è in funzione dal 2012 e continua a essere ampliato, grazie alla flessibilità e allo sviluppo corrente di KNX.

Sicurezza e solidità

Secondo Schmidt, un altro vantaggio di KNX è che "un sistema KNX può essere impostato non soltanto come sistema aperto, ma anche come sistema chiuso. Questo è un aspetto importante in termini di sicurezza. Per esempio, cosa succede in caso di guasto di Internet? Con KNX, qualsiasi cosa accada, la smart home non cesserà di funzionare, ma continuerà indisturbata," grazie al fatto che KNX utilizza l'intelligenza distribuita nel sistema, anziché quella localizzata centralmente o in outsourcing sul cloud, per cui non esiste un guasto centrale in grado di abbattere il sistema. Qualunque dispositivo si rompa, tutto il resto continua a funzionare. KNX offre inoltre una cybersecurity efficace, grazie alla tecnologia KNX Secure.

Installatori

Un altro vantaggio di KNX è il numero crescente di installatori certificati in tutto il mondo che Bernd Zeilmann, Capo dell'Associazione di ingegneria elettrica e tecnologia informativa di Bayreuth, ritiene essere la chiave e il mezzo per non abbandonare i clienti quando il loro installatore non è più disponibile. Sottolinea che "Maggiore è il numero di persone con competenze in KNX, meglio è, così l'azienda può reperire immediatamente un tecnico quando l'altro non è disponibile. Per questo è importante frequentare le scuole professionali!

Infine, sarà l'operatore elettrico a dovere implementare l'automazione di case ed edifici e impostare i sistemi di gestione energetica in loco. "Il consumo energetico deve essere ridotto del 50 percento entro il 2050", spiega Zeilmann, "tuttavia l'operatore elettrico non è sufficientemente coinvolto e molti aziende non conoscono bene il settore. Possiamo raggiungere l'obiettivo soltanto con operatori competenti giovani." Per questo, in Germania, è stata creata la nuova professione di "Tecnico dell'elettricità per l'integrazione di sistemi in edifici". Tuttavia, avverte Zeilmann, "Mi preoccupa il fatto di riuscire a malapena a soddisfare le esigenze della nuova formazione che caratterizzeranno il prossimo futuro."

Un ruolo di rilievo

Zeilmann è preoccupato anche dal fatto che l'operatore elettrico debba fare fronte a richieste completamente nuove. L'obiettivo è il controllo energetico anticipato, "per cui dobbiamo considerare l'auto-generazione e l'auto-consumo, monitorare lo stato della rete per ridurne i costi, tenere conto del mercato dell'elettricità in quanto i prezzi saranno presto flessibili e pianificare l'intero processo 96 ore prima. A fine giornata, dobbiamo affidarci agli operatori elettrici per implementare tutto questo in modo adeguato dal punto di vista economico. Un altro punto che Hermann Schmidt è ansioso di sottolineare è la partecipazione dei professionisti KNX alla redazione dei regolamenti tecnici riguardanti l'interconnessione di settori, come e-mobility e integrazione di rete.

KNX e transizione energetica

Le funzioni dei sistemi KNX esistenti e i prodotti dei membri KNX sono all'altezza delle sfide che prevedono l'implementazione della transizione energetica? Secondo Zeilmann, il fatto che KNX sia indipendente e già ampiamente utilizzato è un buon punto di partenza. Hermann Schmidt aggiunge, "KNX deve creare interfacce intelligenti comprensibili a tutti, qualcosa di chiaro, come IoT KNX." Bernd Zeilmann è dello stesso parere, "Per raggiungere tale scopo, è necessaria una maggiore intelligenza nei sistemi." Su questa base, in futuro vorremmo vedere meno tipologie di dispositivi, per esempio integrando attuatori e sensori.

Secondo Helmut Haßenpflug, KNX è in grado di svolgere un ruolo importante nella transizione. "Disponiamo di tutti i prodotti necessari e possiamo utilizzarli con i sistemi domestici di gestione energetica esistenti, già funzionanti nelle smart home. Tuttavia, dobbiamo ancora lavorare su riscaldatori e ventilazione. Sono ancora troppo pochi i fornitori che attualmente dotano i loro dispositivi di interfacce intelligenti o addirittura non vogliono rivelare le interfacce, in particolare nei range di prestazioni superiori.

Conclusione

Grazie all'intraprendenza e allo spirito innovativo di oltre 500 membri di KNX in circa 50 paesi, che offrono adesso una vasta gamma di dispositivi KNX diversi, è possibile risolvere praticamente qualsiasi problema e soddisfare ogni desiderio di automazione.

La varietà dei dispositivi KNX attualmente utilizzabili nell'ambito dell'IoT indica che KNX soddisfa già i requisiti per potere realizzare interconnessione di settori e trasferimento del carico. In particolare, le colonnine di ricarica delle auto elettriche possono essere integrate nella costruzione di case e edifici, un aspetto importante per il successo della transizione energetica.

Per quanto i vantaggi tecnici di KNX siano chiari, è importante anche portare dalla nostra parte gli utenti finali. Come suggerisce Jürgen Leppig, "L'intera questione dell'automazione di case deve essere sottoposta all'attenzione del grande pubblico. Non si tratta dei dettagli delle discussioni tecniche. Gli utenti finali non dovrebbero neanche accorgersi della tecnologia complessa presente, che funzionerà soltanto se potremo fornire soluzioni convincenti." I gateway degli smart meter che ora devono essere introdotti offrono nuove opportunità in quest'ambito; la combinazione di smart metering e smart home potrebbe raggiungere il traguardo finale. Ciò richiederebbe tuttavia soluzioni più standardizzate anziché di proprietà. Con la crescita della domanda di efficienza energetica, KNX può svolgere un ruolo di rilievo non soltanto in abitazioni ed edifici, ma anche in quartieri e città. Bernd Zeilmann è categorico sul fatto che "interconnessione di settori, transizione energetica e protezione climatiche non sono possibili senza KNX."

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