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Smart metering, sub-metering e LoRaWAN: una nuova soluzione per il monitoraggio dei consumi

Nata dallo sforzo congiunto di due importanti aziende hi-tech, la soluzione di IoT consente teleletture in tempo reale, azzerando i costi di installazione e di manutenzione dei dispositivi di raccolta e trasmissione dati nel rispetto della Direttiva europea UE 2018/2002 sull’efficienza energetica

Nell’ottobre 2019, due aziende, con oltre 30 anni di esperienza in differenti settori industriali, hanno stretto una partnership per la realizzazione di una soluzione innovativa di monitoraggio energetico. Due aziende che hanno fatto dell’innovazione continua la loro vision. Una opera nel settore delle telecomunicazioni e l’altra in quello della produzione di strumenti di misurazione dei consumi di acqua ed energia.

Si tratta di Unidata e Zenner, che insieme hanno realizzato una concreta applicazione della nuova frontiera dell’IoT, per il monitoraggio dei consumi di acqua e calore in modo semplice, immediato ed economico. Una soluzione in cui i temi dell’innovazione tecnologica, del risparmio energetico, della salvaguardia della risorsa idrica come bene prezioso e della sostenibilità ambientale, sociale ed economica, sembrano fondersi magicamente.

Fig. 1 – Sostenibilità

Un importante sforzo comune il cui frutto è, in estrema sintesi, una soluzione di smart metering applicata al sub-metering, realizzata con tecnologia LoRaWAN.

Spieghiamo meglio cosa sono smart metering e sub-metering e cosa hanno a che fare con LoRaWAN.

Smart metering, sub-metering e LoRaWAN

ARERA (Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente) definisce correttamente, con il termine smart metering, i sistemi che consentono la telelettura e telegestione dei contatori di energia elettrica, gas e acqua. I vantaggi dei sistemi di smart metering sono numerosi. Oltre alla riduzione dei costi per le letture e per le operazioni di gestione senza un intervento sul posto dell’operatore, i sistemi di smart metering consentono altri vantaggi che dipendono dal settore in cui sono applicati:

– migliore consapevolezza del cliente finale in relazione ai propri consumi e promozione dell’efficienza energetica e dell’uso razionale delle risorse;

– migliore gestione della rete e migliore individuazione delle perdite tecniche e commerciali.

Il sub-metering, invece, comprende l’insieme di attività di misura e gestione della risorsa idrica ed energetica (calore) svolte a valle del punto di consegna del Gestore, abilitando la contabilizzazione dei consumi per i singoli appartamenti di uno stabile. Si applica, quindi, sostanzialmente, in ambito condominiale.

Oggi, per i consumi idrici, il sub-metering non viene, di fatto, realizzato. La ripartizione dei consumi condominiali, infatti, avviene in funzione delle tabelle millesimali, oppure si esegue una lettura manuale una volta l’anno con grandi resistenze dei singoli condòmini che non vogliono fare entrare in casa propria i letturisti.

Anche per il calore, sono ancora molti i casi nei quali si applica la ripartizione dei consumi per millesimi. Nei condomìni più ligi alle regole, invece, vengono realizzati sistemi che prevedono l’installazione dei ripartitori di calore su ciascun termosifone (contabilizzazione indiretta), o un misuratore di energia termica posto sul ritorno del ramo di riscaldamento del singolo appartamento (contabilizzazione diretta) consentendo così una corretta contabilizzazione dei consumi. Come vedremo, però, la nuova direttiva europea sta per modificare lo scenario, rendendo necessarie soluzioni che riescano a soddisfarla senza far lievitare i costi. La soluzione qui proposta riesce a coniugare queste esigenze grazie all’uso della tecnologia LoRaWAN.

In sintesi (rimandando l’approfondimento di questa tecnologia a un altro articolo), LoRaWAN è un protocollo di comunicazione bidirezionale di rete LPWAN (Low Power Wide Area Network) che utilizza la stessa frequenza libera 868 MHz usata dalla tecnologia Wireless M-Bus attualmente adottata da molti dei sistemi di sub-metering. A differenza di quest’ultima, la tecnologia LoRaWAN, trasmette a distanze molto grandi, dell’ordine di chilometri, pur utilizzando una potenza confrontabile a quella di un comune telecomando apri-cancello. Per semplificare, possiamo dire che LoRaWAN è una tecnologia dalle “orecchie molto grandi” e per questo capace di sentire “un sussurro” a distanza di chilometri, senza dovere “strillare” per farsi sentire.

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Fig. 2 – Vantaggi della Tecnologia LoRaWAN

È, in pratica, una tecnologia che abilita la realizzazione di reti interamente dedicate all’IoT ed è supportata e diffusa in tutto il mondo.

Vediamo nel dettaglio quali sono i vantaggi di questa tecnologia LoRaWAN e quali sono i motivi per cui è stata considerata come base fondante di tutta questa soluzione IoT:

  • grande raggio di copertura. In campo aperto, riesce a trasmettere a distanze di oltre 20 km;
  • capacità di raggiungere luoghi «deep indoor» come, per esempio, i contatori che si trovano sotto i tombini o nei cavedi;
  • è una tecnologia nativamente sicura, perché i dati partono dai dispositivi periferici in modo criptato, con doppia chiave di criptazione;
  • i dispositivi periferici trasmettono utilizzando una potenza molto bassa, quindi la durata delle batterie è molto lunga. Può arrivare a superare i 15 anni;
  • l’ecosistema è enorme, con un numero di aziende che realizzano prodotti LoRa / LoRaWAN in continua crescita;
  • è di semplice implementazione e utilizzo. Basti pensare che, nel caso in oggetto, l’installatore deve pensare solo a montare il contatore o il ripartitore e mapparli (ossia associare il numero di serie al singolo condòmino). Nient’altro;
  • con una rete LoRaWAN è possibile, inoltre, densificare la copertura per raggiungere tutti i dispositivi, perfino con gateway da interno;
  • infine, aspetto di non poco conto, è uno standard de facto aperto e open source.

Il mercato e le attuali soluzioni di sub-metering

Secondo le analisi di mercato messe a disposizione da ANCCA (Associazione Nazionale Contabilizzazione Calore e Acqua), il segmento del sub-metering risulta particolarmente rilevante in Italia. Oltre il 30% degli immobili, infatti, non è ancora in regola con gli obblighi riportati nel decreto legislativo 4 luglio 2014, n. 102, poi integrato dal dlgs 141/2016 e deve procedere al più presto alla prima installazione dei sistemi di contabilizzazione che, secondo appunto la direttiva europea descritta in seguito, non può che essere fatta con sistemi che consentono la lettura remota dei dispositivi a partire dal prossimo 25 ottobre 2020. Vi è poi da considerare il mercato della sostituzione di installazioni antecedenti al 2010, sia per ottimizzare un intervento che comunque dovrà esserci per l’esaurimento a breve delle batterie, che per la scadenza della certificazione MID (Measuring Instruments Directive).

Fig. 3 – Sistemi di Sub-Metering

Tralasciando le letture visuali, destinate a scomparire a seguito dell’applicazione della direttiva europea, e i sistemi cablati aventi elevati costi di installazione iniziali, possiamo dire che oggi il sub-metering è, per la maggior parte dei casi, realizzato con soluzioni walk-by o a rete fissa A.M.R. (Automatic Meter Reading).

Questi sistemi prevedono in gran parte l’utilizzo della tecnologia a corto raggio Wireless M-BUS e richiedono quindi l’installazione di ripartitori e/o contatori di acqua e/o di calore, capaci di trasmettere i dati con questa modalità. I dati, quindi, possono essere raccolti, da questi dispositivi, “in walk-by” da parte di un addetto che, una volta l’anno, si avvicina fisicamente ai dispositivi. Questo metodo prevede le sole spese operative dell’addetto chiamato a fare la raccolta dei dati. Come vedremo tra poco parlando della nuova Direttiva europea, tra due anni, occorrerà eseguire una lettura mensile dei dispositivi (ripartitori e contatori) e il metodo di telelettura in walk-by diverrà estremamente antieconomico.

Per avere letture frequenti o addirittura giornaliere è stato, fino ad oggi, necessario fare ricorso ai sistemi a rete fissa A.M.R. che richiedono l’installazione di gateway, concentratori e antenne che devono essere posizionate tipicamente nei pianerottoli di un edificio ogni due piani circa. Da un lato si può disporre di letture in tempo reale, senza la necessità di un operatore presente fisicamente nel condominio, dall’altro occorre però affrontare dei costi iniziali di installazione che richiedono anche costi operativi aggiuntivi per la gestione e manutenzione degli apparecchi installati.

La soluzione realizzata grazie alla tecnologia LoRaWAN consente un salto innovativo ed economico fondamentale rispetto ai sistemi a rete fissa, perché ha i vantaggi della soluzione A.M.R., ossia le letture in tempo reale, ma in più azzera i costi di installazione e di manutenzione dei dispositivi di raccolta e trasmissione dati non richiedendo agli amministratori di condominio e, quindi, alle imprese installatrici, di installare nient’altro che i dispositivi periferici (ripartitori e contatori).

La Direttiva europea UE 2018/2002

Secondo la nuova Direttiva europea UE 2018/2002 sull’efficienza energetica, che modifica la precedente Direttiva UE 2012/27, vi sono alcune date chiave da tenere presente, sintetizzate molto bene da ANCCA in un comunicato di qualche mese fa.

  1. Entro il 25 giugno 2020, lo Stato dovrà decidere se i sistemi mobili walk-by e drive-by sono da considerare sistemi di telelettura oppure no.
  2. I dispositivi (contatori e ripartitori) installati dopo il 25 ottobre 2020 su impianti nuovi devono essere leggibili da remoto. Entro la stessa data, gli Stati membri devono mettere in vigore le disposizioni legislative, regolamentari e amministrative necessarie per recepire le disposizioni della direttiva. Se i dispositivi sono leggibili da remoto, dal 25 ottobre 2020 le informazioni sul consumo o le letture degli apparecchi devono essere fornite agli utenti finali almeno due volte all’anno oppure, su richiesta dell’utente, trimestralmente.
  3. Se i dispositivi installati sono leggibili da remoto, dal 1° gennaio 2022 le informazioni basate sul consumo o sulla lettura di tali apparecchi devono essere fornite mensilmente. Al momento della ripartizione dei costi, devono essere fornite indicazioni chiare sul conteggio e un confronto grafico – con correzione climatica – con lo stesso periodo dell’anno precedente. Inoltre, devono essere fornite: informazioni sul mix di combustibile usato, sull’uso di energie rinnovabili e sulle emissioni di gas serra (a seconda delle decisioni prese da ogni Stato membro all’atto della conversione della direttiva in legge nazionale). Deve inoltre essere disponibile il confronto con il consumo di un utente medio o di riferimento.
  4. Infine, dal 1° gennaio 2027 tutti i dispositivi esistenti devono essere leggibili da remoto; eventuali altri apparecchi devono essere sostituiti entro tale data.

Fig. 4 – Schema ANCCA della Direttiva europea UE 2018/2002

La soluzione UniZenner Meter Cloud

La soluzione realizzata prevede che i ripartitori e i contatori di acqua e calore (Zenner), dotati di modulo di trasmissione radio LoRaWAN, comunichino direttamente con la rete IoT UniWAN esistente (Unidata). Questa rete manda, quindi, i dati alla piattaforma di connettività UniOrchestra disponibile sul cloud, per rendere immediatamente disponibili i dati di lettura in un portale dedicato che prende il nome di UniZenner Meter Cloud.

La soluzione è completata da un’applicazione smartphone per installatori e per i singoli condòmini che hanno così la possibilità di monitorare quotidianamente i propri consumi giornalieri.

Fig. 5 – Le componenti fondamentali dell’architettura UniZenner

La rete IoT UniWAN comprende tutti i gateway installati sul territorio che comunicano direttamente con i contatori e i ripartitori dotati di tecnologia LoRaWAN. La piattaforma di connettività UniOrchestra, presente sul cloud, è necessaria per gestire la rete e i dispositivi periferici e trasferire i dati. UniZenner Meter Cloud è un portale di gestione completo di tutti gli strumenti, i dati, gli utilizzatori e i loro diritti.

L’installatore o l’amministratore di condominio o una eventuale società terza, quindi, si dovranno semplicemente preoccupare di acquistare i dispositivi e installarli. Dopo la mappatura dei dispositivi che avviene contestualmente all’installazione, quindi, si potrà interagire con il portale UniZenner Meter Cloud per la gestione delle letture, abilitando così la contabilizzazione dei consumi.

Con questa soluzione, quindi, ai vantaggi presentati dai sistemi A.M.R. si sommano quelli dello smart metering realizzato con la tecnologia LoRaWAN. Quindi oltre alla sicurezza personale (nessuno entra in casa) e all’assenza di errori umani nell’acquisizione dei dati, si sommano:

  • il risparmio sui costi d’installazione (niente gateway, concentratori, antenne e opere murarie);
  • il risparmio sui costi operativi di gestione degli apparati;
  • il risparmio sui costi operativi di gestione dei dispositivi periferici la cui durata della batteria è di gran lunga superiore agli attuali;
  • la disponibilità per i singoli condòmini di monitorare i propri consumi di acqua e calore, abilitando un meccanismo virtuoso di consapevolezza dei propri consumi che consenta il risparmio energetico, la salvaguardia della risorsa idrica come bene prezioso e la sostenibilità ambientale, sociale ed economica.

Fonti:

https://www.to.camcom.it/la-direttiva-mid-measuring-instruments-directive-201432ue

https://www.ancca.org/la-direttiva-ue-2018-2002-schema-riassuntivo/

 

 

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