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In questa guida spieghiamo quali sono le caratteristiche di un impianto domotica per casa.
Con il termine domotica si intende l’insieme delle tecnologie e dei servizi sviluppati per rendere più intelligente e integrato il funzionamento dei vari tipi di impianti presenti negli edifici residenziali. Nell’impianto elettrico convenzionale si ha la netta distinzione dei vari sistemi, che funzionano in modo indipendente e che richiedono collegamenti separati: gli impianti d’illuminazione e di alimentazione delle prese a spina ed eventualmente d’azionamento motorizzato di tapparelle e tende non hanno nulla in comune con quelli di controllo del clima, antintrusione, telefonico, videocitofonico, televisivo, eccetera. Ciascun dispositivo di comando o controllo deve essere collegato fisicamente (con conduttori) all’utenza da comandare, intervenendo direttamente sulla sua alimentazione.
La tecnologia Bus
L’integrazione di questi impianti in un unico sistema domotico è stato reso possibile dalla tecnologia Bus, che consente di realizzare un unico sistema, migliorando la flessibilità dell’impianto, riducendo i tempi d’installazione ed aumentando considerevolmente le funzionalità offerte all’utente.
Questa tecnica consiste essenzialmente nel separare il circuito di comando da quello di potenza. Il primo è costituito da una rete di segnale (Bus), con la quale i dispositivi di comando e di attuazione, dotati di una propria elettronica di elaborazione e di comunicazione, sono in grado di scambiare informazioni sotto forma di messaggi codificati. Il circuito di alimentazione collega, invece, i soli attuatori di comando delle utenze che richiedono la tensione di rete per il loro funzionamento. Il coordinamento tra il dispositivo di comando e l’utenza da comandare è costituito da un collegamento logico tra loro, realizzato in fase di programmazione dei dispositivi. L’impianto che ne deriva presenta uno schema estremamente semplificato e indipendente dalla sua funzionalità. Grazie al collegamento in parallelo di tutte le utenze, l’estrema semplificazione dei cablaggi permette la realizzazione di funzioni evolute, normalmente di difficile o impossibile attuazione con l’impiantistica tradizionale, e la possibilità di modificare le funzioni dell’impianto e di aggiungerne di nuove, collegando semplicemente nuovi apparecchi al cablaggio di base già realizzato, senza la necessità di particolari modifiche murarie e strutturali. La variazione delle modalità di attuazione, ossia la riconfigurazione del sistema, avviene infatti senza intervenire sui collegamenti fisici, ma semplicemente riprogrammando i collegamenti logici tra comandi, sensori e attuatori; ciò consente vantaggi tanto più evidenti quanto maggiore è il numero dei dispositivi, la loro distanza, la complessità dei programmi d’attuazione.
Lo standard Knx
Nel settore dell’automazione degli edifici è importante la distinzione fra sistemi proprietari e sistemi aperti. Un sistema Bus si dice aperto quando i vari costruttori basano la realizzazione dei propri dispositivi su specifiche tecniche standard, in modo che prodotti realizzati da costruttori diversi possano funzionare insieme. Nel caso dei sistemi proprietari, invece, le specifiche tecniche sono patrimonio di un solo costruttore: le altre aziende non sono, quindi, in grado di realizzare prodotti che possano dialogare con il sistema proprietario, se non per concessione diretta del costruttore. La mancanza di uno standard unico ha limitato inizialmente la diffusione dei sistemi di automazione per gli edifici residenziali. Infatti, in un primo tempo si affermarono tre standard diversi (Eiba, Batibus e Hesa), che solo nel 1996 diedero vita all’Associazione Konnex (oggi denominata “Knx International”) con lo scopo di accelerare la stesura di norme e definire uno standard europeo. Nel dicembre del 2003, il protocollo Knx è stato approvato dai comitati normativi nazionali europei e ratificato dal Cenelec1 come standard europeo.
Campi di applicazioni della tecnologia Bus
L’adozione di dispositivi domotici per il comando, controllo e monitoraggio dei vari impianti tecnici di un edificio permette una serie di funzionalità che la tecnica d’installazione tradizionale non può certo realizzare e che consentono maggiore comfort, più sicurezza, migliore comunicazione e un notevole risparmio energetico.
L’illuminazione
L’accensione e lo spegnimento di apparecchi d’illuminazione possono essere realizzati con comando manuale (con pulsanti tradizionali o telecomandi a raggi infrarossi) o in modo automatico (mediante temporizzazioni o sensori di presenza persone). Il collegamento di ciascun pulsante al rispettivo apparecchio d’illuminazione, o a più apparecchi, può essere modificato riconfigurando, tramite il software, la connessione logica. Per aumentare la sicurezza, possono essere programmate accensioni e spegnimenti casuali o predisposte sequenze di accensione luci e movimentazione tapparelle per simulare la presenza di persone quando si è fuori casa (dissuasione contro indesiderate intrusioni). Ma l’aspetto più interessante per quanto riguarda l’illuminazione si ha, come si vedrà in seguito, con la creazione di “scenari”, ossia l’esecuzione di più funzionalità con un solo comando.
Controllo del clima – Proprio nel campo della termoregolazione, il sistema Bus gioca un ruolo fondamentale nel miglioramento del comfort e nella riduzione dei consumi. È possibile controllare tutti i tipi di terminali degli impianti di riscaldamento e climatizzazione: dai tradizionali radiatori ai fan coil, dai noti pannelli radianti a pavimento agli innovativi pannelli radianti da soffitto.
L’impianto domotico permette facilmente di differenziare la gestione dell’impianto termico per zone (ad esempio zona giorno, zona notte, cucina), in modo indipendente tra loro e in funzione delle loro modalità di utilizzo, consentendo di non sprecare inutilmente energia. All’apertura prolungata di una finestra, il riscaldamento può essere attenuato o spento, utilizzando sensori di apertura finestra coordinati con il termostato. Alla chiusura della finestra, l’impianto viene, poi, riattivato automaticamente.
Allarmi tecnici
Malfunzionamenti della lavastoviglie o perdite nell’impianto idraulico comportano il rischio di allagamento in cucina e nei bagni: per prevenire tale situazione si può predisporre la funzione di allarme acqua. Opportunamente posizionati, i sensori rilevano la perdita di acqua, chiudono l’elettrovalvola del circuito idraulico, attivano una segnalazione locale e inviano sul Bus un messaggio di allarme, che può essere anche trasmesso mediante sms ad un apparecchio telefonico remoto.
Analogamente, al verificarsi di fughe di gas in cucina, un sensore opportunamente posizionato rileva la fuga e chiude l’elettrovalvola della conduttura, attiva una segnalazione locale ed invia, anche a distanza, sul Bus un messaggio di allarme.
Comando di tapparelle, tende da sole e dell’impianto d’irrigazione – L’apertura e la chiusura motorizzata delle tapparelle e delle persiane offre vantaggi in termini di comfort e di risparmio energetico. Mediante la movimentazione di tende o tapparelle si può, infatti, rendere la casa accessibile all’irraggiamento diretto del sole (in inverno) oppure ripararla (in estate) in base ad un programma temporizzato o in relazione all’intensità del sole. Al variare delle condizioni meteo, il sensore vento può segnalare eventuali situazioni pericolose e comandare automaticamente gli azionamenti motorizzati per la chiusura di lucernai e finestre, il sollevamento di tapparelle e veneziane od il riavvolgimento di tende da sole. La gestione dell’irrigazione è già diffusa anche in ambiente domestico, grazie alle elettrovalvole temporizzate, applicate direttamente all’impianto d’irrigazione. La loro integrazione con l’impianto domotico offre ulteriori vantaggi: – evita lo spreco di acqua in caso di pioggia (segnalata da un sensore pioggia); – consente di gestire il funzionamento dell’impianto a distanza.
Sicurezza
L’integrazione dei diversi sistemi permette di ottenere un livello di sicurezza superiore rispetto al consueto impianto antifurto. L’impianto antintrusione può, infatti, dialogare con gli impianti di videosorveglianza, d’illuminazione e con gli altri sistemi domestici.
Il classico impianto antifurto può essere integrato negli scenari (ad esempio, nello scenario “notte”, che attiva anche la protezione perimetrale dell’impianto, o in quello “uscita da casa”, che accende l’intera protezione perimetrale e volumetrica, oltre a spegnere tutte le luci). A seguito di un allarme può essere attivato un segnale di avviso, trasmesso ad un cellulare predeterminato.
Comunicazione – Per sfruttare completamente le potenzialità offerte dall’impianto domotico, si utilizza un “remotizzatore”, che consente – attraverso la rete Gsm – sia di trasmettere una serie di informazioni, sia di impartire comandi. Le informazioni che è possibile trasmettere a distanza riguardano tutte le funzioni presenti nell’impianto domotico. Per la cucina, ad esempio, è utile trasmettere a distanza messaggi di allarme in caso vengano rilevate fughe di gas o perdite di acqua. L’interfacciamento dell’impianto domotico con quello citofonico permette, sempre via rete Gsm, di ricevere sul telefono cellulare le chiamate citofoniche e di comandare a distanza l’impianto domotico per l’apertura di porte e cancelli. È anche possibile il controllo visivo della casa a distanza, via Internet, per rilevare accessi indesiderati, verificare le condizioni meteorologiche per prevenire danni o anche solo accertare le condizioni degli ambienti di casa.
Scenari
Lo scenario è l’esecuzione coordinata e contemporanea di più funzionalità, attuata con un solo comando in relazione a particolari momenti della giornata o alle diverse esigenze di chi utilizza l’abitazione. La maggior parte degli ambienti, infatti, viene utilizzata con differenti modalità. L’integrazione offerta dalla domotica permette di memorizzare una determinata combinazione di stati e valori dei diversi impianti e di richiamarla con un singolo comando. Gli scenari rappresentano, quindi, un grado di libertà che l’impianto realizzato con la tecnologia tradizionale non può offrire. Esempi di scenari domotici in un edificio residenziale possono essere: – risveglio: viene impostata anticipatamente una temperatura confortevole nei bagni, tutte le tapparelle vengono alzate, viene disinserita la protezione perimetrale dell’antifurto, in funzione durante la notte; – notte: vengono abbassate tutte le tapparelle, si attenua la temperatura nei locali, si attiva la protezione perimetrale dell’edificio, si accendono le luci del giardino, si spengono tutte le luci della casa, ad eccezione di quelle che illuminano il percorso per raggiungere la stanza da letto; – ingresso in casa: viene disinserito l’antifurto perimetrale e volumetrico, si alzano le tapparelle, si accende la luce nella zona ingresso; – uscita di casa: s’inserisce l’antifurto perimetrale e volumetrico, si abbassano le tapparelle, si attenua il riscaldamento, si spengono tutte le luci; – ferie: le attività vitali dell’impianto vengono ridotte, per ottenere il massimo risparmio energetico, mentre cresce il livello della vigilanza negli ambienti interni.
L’impianto domotico
La rete di comunicazione – Un impianto domotico è costituito da una rete che collega tutti i dispositivi, caratterizzati da un proprio indirizzo. Un segmento di linea può collegare sino ad un massimo di 64 dispositivi, mentre si possono connettere fra loro, mediante ripetitori, fino a 4 segmenti di linea, per un totale di 256 dispositivi. Una linea principale può unire fino ad un massimo di 15 linee, per costituire un’area. La topologia del cablaggio può assumere varie configurazioni
– lineare: tutti i dispositivi sono collegati in derivazione su un unico Bus
– a stella: tutti i dispositivi sono collegati ad un unico punto centrale, che assume il controllo dell’intera rete
ad albero: da una linea Bus principale vengono derivati rami, che collegano i vari dispositivi.
I mezzi di trasmissione utilizzati dai dispositivi per comunicare tra loro possono essere: cavi in rame, onde convogliate, onde radio.
Cavi in rame
Sono cavi a 2 o a 4 conduttori, con doppio isolamento. Nel tipo a 4 conduttori, una coppia di questi è dedicata alla trasmissione del segnale e all’alimentazione, mentre l’altra ad applicazioni aggiuntive. I cavi possono essere dotati di schermatura, per ridurre gli effetti delle interferenze elettromagnetiche provenienti dall’ambiente esterno.
Onde convogliate – Per la trasmissione si utilizzano le esistenti linee di potenza (230 Vac), convogliando sui loro cavi, mediante segnali ad alta frequenza, le informazioni di controllo e supervisione dell’impianto.
Onde radio
La flessibilità offerta dalla tecnologia di trasmissione di onde radio a radiofrequenza fornisce rilevanti vantaggi: ad esempio, la possibilità di realizzare impianti in strutture non idonee al passaggio dei cavi o di variare la disposizione delle apparecchiature negli ambienti senza dover ricorrere a dispendiosi lavori di muratura. Per le sue caratteristiche, si tratta di una tecnologia particolarmente indicata nelle ristrutturazioni.
Telegramma
Le informazioni sono trasferite all’interno del sistema domotico tramite telegrammi con logica binaria, costituiti da diverse parti che contengono
– indirizzo del dispositivo, o dei dispositivi, che deve/devono ricevere il messaggio
– indirizzo del dispositivo che invia il messaggio
– dati/informazioni, ovvero il contenuto del messaggio
– controllo errori, per consentire al dispositivo destinatario di verificare l’integrità del messaggio ricevuto.
Le trasmissioni di ogni singolo telegramma, in realtà, sono semplici variazioni della tensione sul Bus, che vengono sovrapposte alla tensione continua di alimentazione. Per evitare che più telegrammi siano inviati contemporaneamente, ad ognuno di loro viene attribuita una priorità, mediante un particolare sistema di controllo.
Dispositivi della rete
Per il funzionamento della rete sono necessari essenzialmente i seguenti apparecchi
-alimentatore, per fornire energia a tutti i dispositivi collegati ad ogni segmento di linea Bus
-l’accoppiatore/ripetitore, che separa galvanicamente le linee Bus, rigenera il segnale, impedisce che un guasto elettrico a una linea si propaghi alle altre ed, inoltre, permette di ampliare l’architettura complessiva di un sistema Knx fino al suo limite massimo. Se utilizzato come accoppiatore linea/area, collega tra loro le linee e queste alla linea principale; se utilizzato come ripetitore, collega tra loro due segmenti di linea, rigenerando il segnale nel caso quest’ultimo si sia degradato
-dispositivi di applicazione, ossia di ingresso e uscita, costituiti da due moduli: uno con funzioni di comando (ad esempio, un interruttore) o di attuazione (ad esempio, l’apertura o chiusura delle tapparelle) e l’altro destinato alla connessione al Bus per l’interscambio dei segnali. Come dispositivi di comando (ingressi) si possono utilizzare pulsanti, sensori, pannelli di comando, cronotermostati, ecc., come uscite si possono collegare attuatori, dimmer, display, eccetera. Possono essere usati anche i normali pulsanti o interruttori delle serie civili, purché dotati di apposite interfacce che ne consentano il collegamento al Bus.
Modalità di configurazione dei dispositivi Knx
I dispositivi dell’impianto domotico, una volta installati, possono essere configurati in due diversi modi: a) Modalità “system” (S-mode). È ottimale quando sono richieste funzioni di automazione/controllo varie e complesse ed il sistema comprende numerosi apparecchi, un’elevata personalizzazione delle funzioni e un’ampia distribuzione spaziale (impianti di Building Automation); richiede l’uso di un pc e dell’apposito software Ets; b) Modalità “easy” (E-mode). È una metodologia semplificata (non è necessario l’uso di pc), adatta per impianti nelle abitazioni. I dispositivi Easy, a differenza di quelli System, contengono già al loro interno le configurazioni possibili; ciò, se da un lato limita il numero di funzioni disponibili, tuttavia semplifica notevolmente il processo d’impostazione del sistema. Le funzionalità disponibili rimangono comunque ampiamente sufficienti a soddisfare tutte le necessità delle applicazioni domotiche.
