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Illuminazione e lampade smart, in cosa consistono, quali vantaggi offrono, come sceglierle

Come si misura la luminosità delle lampadine Led, cos’è la temperatura colore, quali sono gli standard di comunicazione utilizzati per l’interconnessione, quali App possono essere utilizzate per il controllo a distanza, gli accessori disponibili. Alcuni esempi di modelli in commercio

Negli ultimi anni il settore dell’illuminazione, professionale e domestica, ha subito una profonda trasformazione, in conseguenza dell’innovazione tecnologica. La tecnologia costruttiva che si è imposta è quella Led (Light Emitting Diode), che porta con sé numerosi vantaggi: minor consumo a parità di luminosità, funzionamento sia a corrente di rete (alternata) sia a bassa tensione (continua), ampia gamma di temperatura colore e cromatica, possibilità di controllo tramite dimmer o altri dispositivi digitali.

Alla tecnologia costruttiva delle lampade si è aggiunta la possibilità di interconnessione in rete, tramite diversi standard di radiocomunicazione, quindi la possibilità, per ogni singola lampadina, di entrare a far parte di una Lan e di poter essere quindi controllata tramite una apposita App anche dallo smartphone. Naturalmente, l’intera illuminazione domestica può essere integrata in un più ampio sistema Smart Home.

I protocolli di connessione per l’illuminazione smart

Oltre agli standard wireless più conosciuti, come WiFi e Bluetooth, per i sistemi smart home (e per l’illuminazione) esistono altri standard, le cui caratteristiche sono di trasmettere meno dati ma attraversare meglio le pareti e consumare pochissima energia. I protocolli di comunicazione più diffusi sono ZigBee e Z-Wave.

Lo standard Z-Wave funziona a basse frequenze, in grado di penetrare anche attraverso muri spessi; queste frequenze sono diverse a seconda della regione geografica, per cui un dispositivo basato su Z-Wave acquistato in Nord America non sarà utilizzabile insieme a uno acquistato in Italia.

ZigBee è uno standard aperto – creato e certificato dalla Wi-Fi Alliance – e sfrutta sia le frequenze 915 MHz e 2,4 GHz (la stessa delle reti Wi-Fi). Ha un raggio di estensione di circa 15 metri, contro i 30 metri raggiungibili da Z-Wave, ma consumi davvero molto bassi, che la rendono utilizzabile anche su dispositivi a batteria con una lunghissima autonomia. Poiché ogni dispositivo funge da ripetitore di segnale, la portata può essere aumentata utilizzando più device.

Sia ZigBee che Z-Wave per funzionare necessitano della presenza di un hub centrale, a cui tutti i dispositivi connessi (lampadine, interruttori, ma anche altri accessori IoT non legati all’illuminazione) si interfacciano.

WiFi e Bluetooth presentano il vantaggio di poter funzionare senza un hub, ma richiedono una maggiore quantità di energia e hanno tempi di latenza maggiori nelle comunicazioni.

Nel 2017 è stato presentato il protocollo Bluetooth Mesh, ma il suo utilizzo è ancora limitato.

Anche Google propone il suo protocollo, Thread, che si può trovare già in alcuni dispositivi, ma sempre in abbinamento ad altri standard.

Illuminazione smart: come si controlla a distanza

La principale peculiarità che differenzia l’illuminazione smart dai comuni sistemi è la possibilità di essere controllata a distanza. I tradizionali sistemi di illuminazione domestica impiegano interruttori, deviatori e relé per accendere e spegnere le luci. Tutti dispositivi che devono essere azionati manualmente e richiedono quindi la presenza umana in loco.

L’illuminazione smart va oltre questi limiti. A livello tecnico la soluzione è rappresentata pur sempre da relé (interruttori comandati da un impulso elettrico, in grado di gestire potenze anche notevoli) e dimmer elettronici (regolatori di intensità), i quali però non necessitano di una azione meccanica, bensì sono gestiti in modo digitale e, in ultimo, hanno come interfaccia utente una App.

In questo modo, per accendere una lampadina non è necessario premere l’interruttore posto nella stanza ma si agisce sfiorando una icona sul touchscreen dello smartphone; quindi, si può tranquillamente stare in un’altra stanza della casa o addirittura all’esterno di essa, lontani anche migliaia di chilometri…

Affinché questo sia possibile, la lampada smart, o l’interruttore smart, oltre a essere interconnessi grazie alla rete domestica wireless, devono essere connessi con la rete Internet tramite hub e router. Quest’ultimo si incarica di attribuire a ogni device un indirizzo Ip, il quale può essere poi raggiunto da qualsiasi distanza tramite il web.

Il principale controllo di un sistema di illuminazione intelligente avviene tramite smartphone, sfruttando un’app o utilizzando la voce attraverso gli assistenti virtuali come Siri, Alexa o Google Assistant. Il controllo concesso da un sistema di illuminazione smart è pressocché totale: accendere e spegnere tutte le luci di una stanza, di un insieme di stanze (come la zona giorno o la zona notte), di un piano o dell’intera casa.

Un sistema di illuminazione smart, però, non è tale solo perché comandabile dallo smartphone, dal tablet o dal pc. Vi è un altro aspetto altrettanto importante e utile e riguarda gli automatismi. Stiamo parlando di sistemi di geofencing (localizzazione Gps), della creazione di “scene” e dell’abbinamento con altri prodotti IoT, ad esempio i sensori di movimento.

Sensore di movimento Osram

Illuminazione smart: i sistemi di geofencing

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Sappiamo che gli smartphone dispongono di localizzazione GPS e possono conoscere con una certa approssimazione l’area in cui ci troviamo grazie ai dati delle celle telefoniche. Questo secondo metodo permette la localizzazione senza consumare più energia di quanto non avvenga normalmente, senza GPS attivo. Queste tecniche, definite geofence (recinto geografico), possono essere sfruttate nel mondo dell’IoT domestica (ad esempio nella climatizzazione); per quanto riguarda l’illuminazione, si può sfruttare il geofencing per impostare delle scene personalizzate a seconda dei nostri spostamenti, ovvero della nostra presenza o assenza nell’abitazione. Così, uscendo di casa non dovremo preoccuparci di spegnere le luci, poiché il sistema si accorgerà che siamo usciti e regolerà opportunamente l’illuminazione, spegnendola del tutto oppure impostando una “scena dissuasiva” in funzione antifurto, magari solo nelle ore notturne o se la luminosità rilevata dai sensori scende sotto una certa soglia. Allo stesso modo, il sistema smart si accorgerà che siamo tornati nelle vicinanze della casa, accendendo le luci al nostro rientro nel modo impostato.

In tema di antifurto, sono disponibili programmi che simulano la presenza umana in casa, accendendo e spegnendo le luci in modo casuale.

Un altro sistema di controllo automatico dell’illuminazione è basato sull’ora in cui sorge e tramonta il sole; si può fare in modo che le luci della casa si accendano automaticamente al momento giusto, o la temperatura colore delle lampade sia la più adatta per il benessere, in modo da accordarsi con il ciclo circadiano.

Sfruttando le scene si può predisporre l’illuminazione domestica più adatta per ogni occasione. Ad esempio, si può scegliere di far accendere le luci lentamente al mattino, per un risveglio graduale e naturale, e in modo inverso la sera, quando si approssima l’ora di andare a dormire. Ma esistono tante altre “scene” possibili; ad esempio per la lettura, con una luce forte ma non troppo fredda, o per lavorare mantenendo alta la soglia di concentrazione, grazie a luci forti e tonalità tendenti al bianco ghiaccio (luce fredda).

Illuminazione smart: cos’è la temperatura colore e come si riconosce

Poiché la temperatura colore e il grado di luminosità ricorrono spesso parlando di illuminazione smart, chiariamo questi concetti.

La temperatura colore si misura in gradi Kelvin (K); nelle lampadine varia solitamente dai 2000 ai 6500 gradi Kelvin. Un valore più basso indica un “colore”, ovvero una tonalità, più calda, simile a quelle della tradizionali lampade a incandescenza. A mano a mano che si sale nella scala si va verso la luce bianca (4000 K), quindi nella fascia del bianco freddo (5600 K), sempre più tendente al blu (oltre 6000 K).

Il grande vantaggio di utilizzare lampadine smart consiste nel non dover scegliere a priori la temperatura colore (come accade con le lampade tradizionali), ma nel poterla regolare a seconda delle esigenze in un range che generalmente va da 2700 a 6500 K, ovvero da luce calda a fredda.

Esistono poi lampadine RGB/RGBW capaci di produrre luce in migliaia (o milioni) di colori diversi, con la possibilità di ricreare atmosfere particolari, come l’illuminazione adatta a una festa o a un momento di relax (cromoterapia).

Illuminazione smart: cosa indicano i lumen

Il parametro da prendere in considerazione per misurare la luminosità prodotta da una lampada Led è il lumen (lm), ed è indicato generalmente sulla confezione. Il lumen indica la quantità di luce emessa dalla lampada; per conoscere quanti lumen sono necessari per illuminare adeguatamente ciascun ambiente introduciamo un secondo parametro, definito lux (lx). Mentre il lumen indica il flusso luminoso, il lux misura l’illuminamento. La relazione fra queste due grandezze è espressa dalla seguente formula:

lux = lumen / mq.

Appare chiaro che all’aumentare delle dimensioni dell’ambiente siano necessari più lumen per ottenere i lux necessari alla corretta illuminazione dell’ambiente. Come si fa a sapere quanti lux sono adeguati a ciascun ambiente? Ecco un sintetico specchietto per orientarsi:

  • zone di passaggio: 50–150 lux
  • cucina: 200–400 lux
  • bagno: 100–250 lux
  • salotto: 150–300 lux
  • camera da letto: 100–150 lux
  • zona di lettura: 250–400 lux
  • cantine, solai, garage: 50–100 lux

Illuminazione smart, i consumi

Tra i molti vantaggi della tecnologia Led si possono sicuramente annoverare i consumi ridotti, a parità di luce generata, rispetto a tutte le altre tipologie di lampadine in commercio. Le lampadine a Led si attestano sulla Classe A o A+ del consumo energetico, mentre nei migliori casi si arriva alla classe A+. Per fare un esempio, una lampadina a Led con luminosità 800 lumen in classe A assorbe circa 9,5-10 W di potenza, molto meno se paragonata alle vecchie lampadine a incandescenza, o alle alogene e alle CFL. Inoltre, la massima luminosità viene raggiunta immediatamente.

Un altro fattore da tenere presente nella scelta di una lampadina è la vita media: per quelle a Led può arrivare anche a 15-20 anni (anche se occorre tenere conto del numero di cicli di accensione/spegnimento che limitano la durata).

Un sistema di illuminazione smart, per contro, non è mai davvero spento, ovvero a consumo zero. Quando la lampadina non emette luce, infatti, rimane comunque connessa alla rete elettrica, pronta ad accendersi al comando, consumando quindi una piccola quantità di energia (in genere una frazione di Watt). Vi è poi da tenere conto del consumo del dispositivo wireless impiegato: quelli a tecnologia Bluetooth o WiFi hanno consumi maggiori rispetto a quelli a tecnologia ZigBee o Z-Wave.

App proprietarie e sistemi centralizzati

Quasi tutti i prodotti per l’IoT domestica si controllano attraverso un’app dedicata, disponibile per i sistemi Android e iOS. Controllare tutti i sistemi di un impianto domestico dovendo ricorrere a tante diverse app, una per ogni brand di cui abbiamo acquistato un accessorio, è decisamente scomdo e per niente “smart”. Si possono quindi utilizzare sistemi che centralizzano tutti i controlli in un unico strumento, rendendo inoltre possibile il controllo domotico anche con i comandi vocali impartiti a un’assistente virtuale.

Fonte: Philips

I tre sistemi maggiormente diffusi sono: Google Home (o Assistant), Amazon Alexa e Apple HomeKit.

Al momento di acquistare una lampada o un intero sistema di illuminazione smart è quindi importante controllare che i prodotti siano certificati per funzionare con l’assistente di cui disponiamo (Apple HomeKit, Google Assistant o Amazon Alex); per verificarlo basta osservare se sulla confezione è presente il marchietto corrispondente, o comunque se ci sono indicazioni in merito nella descrizione del prodotto.

Un altro metodo per l’automazione si chiama IFTTT (If This Than That, traducibile come “se questo allora quello”), che permette di programmare alcuni avvenimenti che si verificano sotto certe condizioni. Ad esempio “SE: mi allontano da casa ALLORA: spegni le luci e imposta la temperatura a 18°C”.

Questo genere di attività è possibile anche con il sistema Apple HomeKit, e con le app proprietarie di molti prodotti per smart home. IFTTT è comunque un’alternativa e apre a diverse possibilità di integrazione. Ovviamente tutti gli accessori smart e connessi hanno anche delle app dedicate, da cui si può fare praticamente tutto.

Illuminazione smart: alcuni esempi di prodotti in commercio

Due fra i principali produttori di lampade, Philips e Osram, offrono già una gamma completa di prodotti per l’illuminazione smart. La serie prodotta da Philips si chiama Hue mentre quella realizzata da Osram Lightfy. Entrambe funzionano in base al protocollo ZigBee e sono compatibili con Apple HomeKit, Google Home e Alexa; inoltre, richiedono l’inserimento nell’impianto di un bridge da collegare al modem/router Internet e WiFi.

Philips Hue consente di collegare fino a cinquanta lampadine (attacco E14 e E27), faretti attacco GU10 e strisce Led e dieci accessori (interruttori, dimmer e telecomandi che permettono di controllare le luci anche in assenza di uno smartphone, sensori di movimento, sensori di luminosità, termostati).

Bridge Hue Philips

Illuminazione smart per esterno

L’illuminazione smart a strisce Led può essere installata anche in esterno. Osram, ad esempio, offre una striscia a Led outdoor, dalla lunghezza di 480 cm, luminosità 1000 lumen, dotata di protezione IP65 contro gli agenti atmosferici, in grado cioè di resistere all’umidità e alla pioggia. Per il giardino si possono installare anche i Gardenpole Multicolor, una serie di paletti luminosi dotati di luci RGBW, ideali per creare percorsi di luce o dare un tocco originale alla vegetazione. Si tratta di un modulo formato da cinque paletti aventi altezza 27 cm, estendibile con moduli aggiuntivi da tre paletti. La versione Gardenpole Mini Multicolor è formata da paletti di 13 cm di altezza.

Nel catalogo Osram Smart+ troviamo anche Indoor Plug, una presa di corrente connessa, utile per integrare altri dispositivi nell’ecosistema intelligente (ad esempio una lampada equipaggiata con una lampadina alogena tradizionale, o anche prodotti non strettamente collegati all’illuminazione, come uno termoventilatore).

Yeelight, creato dalla cinese Xiaomi, rappresenta una alternativa più economica rispetto a Philips e Osram. Anche nel catalogo di Yeelight compaiono lampade Led con attacco E27 e E14 e strisce Led. La connessione non è diretta ma passa attraverso il router Wi-Fi, con il vantaggio di poter controllare le lampadine senza bridge anche quando non si è fisicamente presenti nell’abitazione. Svantaggi: mancano interruttori, e sensori da abbinare, i controlli sono più lenti, i consumi in stand-by più alti e manca il supporto ad Apple HomeKit.

L’app di Xiaomi offre supporto ad Amazon Alexa e Google Assistant, oltre che a IFTTT.

Come trasformare le lampade tradizionali in lampade smart

Infine, vediamo come è possibile trasformare in smart le normali lampade che abbiamo già installate in casa. Koogeek propone Socket (versione SK1), un accessorio che si interpone tra una lampadina tradizionale e l’attacco esistente, rendendo smart il punto luce. Si può accendere e spegnere la lampadina da remoto, con lo smartphone e l’app dedicata, anche utilizzando HomeKit e Siri. Socket, inoltre, è in grado di registrare i consumi della lampada che alimenta, che possono essere letti in un grafico.

Esistono poi in commercio interruttori a parete, cablati in modo tradizionale e utilizzabili con le normali lampade, comandabili dallo smartphone per un completo controllo a distanza. Ne sono un esempio il KH01 Light Switch e con il KHO3 Dimmer, sempre di Koogeek. Interruttori e dimmer smart da parete sono compatibili con Apple HomeKit.

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