INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Monitoraggio energetico del patrimonio ediliziosensori, standard ed architetture di sistemi

Alberta Bianchin, Massimo Rumor, Silvia Dalla Costa, Jonathan Rizzi

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Ambito della ricerca

La ricerca rientra nel progetto PRIN 2007 “La Geomatica a supporto degli Enti Locali”, coordinata a livello nazionale dal prof. Maurizio Barbarella dell’Università di Bologna.Il contributo riguarda le attività svolte dall’Unità di Ricerca IUAV di Venezia, coordinata dalla prof.ssa Alberta Bianchin.

Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale

Gruppo di lavoro IUAV

Alberta Bianchin

Massimo Rumor

Silvia Dalla Costa

Jonathan Rizzi

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Obiettivi della ricerca e del contributo

Progettazione e realizzazione prototipale di una piattaforma tecnologica in grado di acquisire, pubblicare ed interrogare dati sulle prestazioni energetiche, sui consumi termici ed elettrici, sui parametri ambientali e sulle emissioni di gas serra, a supporto delle attività di “accountability energetica” relative al patrimonio edilizio delle Pubbliche Amministrazioni locali.

Ricerca

Contributo

Sintesi dello stato di avanzamento della progettazione dell’infrastruttura applicativa, basata su meccanismi e procedure di interoperabilità service oriented e che utilizza gli standard internazionali di riferimento, in particolare le specifiche OGC Sensor Web Enablement (SWE).

Introduzione ad alcune questioni emerse nel corso della ricerca relative alla modellazione di dati 3D relative alle entità

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Efficienza energetica e ruolo della PA

Alcune Amministrazioni stanno lavorando in tal senso, attraverso la redazione di Piani di Efficienza Energetica del proprio patrimonio. L’analisi di queste realtà e della documentazione prodotta evidenzia tuttavia come i piani non siano poi accompagnati da strumenti di gestione delle analisi e di valutazione e monitoraggio degli interventi attuati o programmati.

Orientamenti

Problematiche

La Direttiva Europea 2002/91/CE sul Rendimento Energetico nell’Edilizia raccomanda un approccio esemplare nei confronti dell’ambiente e dell’energia da parte delle PA locali, il loro assoggettamento alla certificazione energetica, nonché l’esposizione negli edifici pubblici degli attestati di rendimento energetico e di altre informazioni pertinenti.

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Efficienza energetica e ruolo della PA

Orientamenti: nuovo ruolo della PA nella promozione dell’efficienza energetica

Problematiche: difficoltà oggettiva a gestire i piani di efficienza

Potenzialità: delle risorse informative esistenti di proprietà della PA, integrate ai dati da sensori,

Progettazione di una piattaforma web gis multiutente orientata alla pubblicazione delle informazioni sugli edifici pubblici oggetto di riqualificazione

energetica e dei loro consumi termici ed elettrici in tempo reale.

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Tecnologie per il monitoraggio energetico

Utilità della tecnologia: collocare spazialmente i sensori utilizzati; modellare i manufatti edilizi di interesse; conoscere le relazioni spaziali dei manufatti tra loro e con gli altri oggetti naturali ed artificiali del contesto; modellare le relazioni dei manufatti con le variabili ambientali.

Sensori e reti di sensori

SIT

Sensori per la diagnosi energetica: termocamere a infrarossi portatili o alloggiate su aeromobile

Dispositivi di misurazione dei consumi o dei parametri ambientali: BEMS, termoigrometri, sensori per il monitoraggio dei flussi di persone, etc. da confrontare con le caratteristiche degli edifici, finalizzati a monitoraggi più approfonditi o alla valutazione di interventi già realizzati, alla gestione intelligente degli edifici

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Tecnologie per il monitoraggio energetico

StandardGli standard utilizzati nell’ambito del progetto riguardano sia quelli relativi ai dati provenienti da sensori sia quelli attinenti alla condivisione e interoperabilità dell’informazione geografica.Sono stati tutti sviluppati dall’Open Geospatial Consortium

Sensori Sensor Web Enablement

Modelli standard e schemi XML: Observations & Measurements Schema

(O&M)

Sensor Model Language (SensorML)Transducer Markup Language (TML)

Servizi:Sensor Observations Service (SOS)Sensor Alert Service (SAS)Sensor Planning Service (SPS)Web Notification Services (WNS)

Informazione GeograficaServizi:

Web Feature Services (WFS)

Web Map Services (WMS)

SOAService Oriented Architecture

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Caso Studio

Settore Ambiente del Comune di Padova - ufficio Fonti Energetiche Rinnovabili (FER)

L’esigenza generale, emersa dai primi incontri, è stata quella di poter disporre di uno strumento di verifica e gestione del Piano di Efficienza Energetica, con una logica di accountability, che legasse quindi gli esiti prodotti agli impegni assunti e alle responsabilità proprie dell’Amministrazione, in un’ottica di ampia trasparenza e visibilità nei confronti dei propri cittadini.

Approccio

Scelta

Avvio della ricerca dall’analisi dei requisiti condotta su un caso reale, attraverso il disegno di un’architettura applicativa adeguata a supportare sia le esigenze presenti ed espresse, nonché le necessità future e potenziali da queste deducibili.

L’architettura disegnata deve successivamente essere sottoposta a verifica per evidenziarne i limiti e valutare gli interventi per il loro eventuale superamento.

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Fasi

Realizzate

• Analisi della sensoristica per il monitoraggio energetico-ambientale• Analisi degli standard di riferimento• Analisi delle architetture applicative conformi agli standard• Definizione con l’ufficio FER degli obiettivi dell'applicazione e delle esigenze

espresse• Analisi presso il Comune (ed eventuali altri enti) della situazione dei dati esistenti

e dei processi di interesse• Definizione dei requisiti funzionali e non funzionali del sistema• Scelta della sensoristica, delle modalità e tecnologie di acquisizione dati• Disegno del modello dei dati

In corso di definizione:• Disegno dell’architettura di sistema• Approfondimento sulla rappresentazione spaziale degli oggetti e sui metodi di

analisi spaziale

Da realizzare:• Predisposizione della documentazione sui risultati della ricerca

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Alcuni esiti: definizione dei requisiti

Requisiti utenteUtente Obiettivi Requisiti del sistema

Energy ManagerE.M.

Disporre delle informazioni necessarie a pianificare interventi di

riqualificazione energetica negli edifici comunali

Deve essere un mezzo per poter visualizzare tutte le informazioni già disponibili e utili ai fini della diagnosi o prediagnosi energeticaDovrebbe poter gestire i dati raccolti nel corso della diagnosi energetica

Monitorare i consumi termici ed elettrici degli edifici riqualificati

Dovrebbe sintetizzare i dati sui consumi per evidenziare le priorità di interventoDeve visualizzare e rendere confrontabili le serie storiche sui consumi Deve visualizzare ed estrarre dati sui consumi in tempo reale

Valutare l’efficacia economica degli interventi già realizzati

Deve allertare l’E.M. qualora si evidenzino anomalie sui consumi, in relazione anche a parametri esterni, ovvero la temperatura esternaDovrebbe poter comparare il costo degli interventi realizzati con i risparmi e i tempi di ritorno degli investimenti

Valutare l’efficacia ambientale degli interventi realizzati

Dovrebbe evidenziare il valore di CO2 ridotto con gli interventi

Occupante

Essere sensibilizzato ad adottare comportamenti efficienti e di

responsabilità

Deve visualizzare dati sintetici utili a far comprendere agli occupanti gli interventi di risparmio energetico realizzati o programmati sugli edifici, i costi di intervento, il valore di CO2 ridotto con gli interventi

Segnalare le eventuali anomalie Deve mettere a disposizione un form di segnalazione delle disfunzioni relativi agli impianti di climatizzazione o altre anomalie che potrebbero comportare un aumento di consumi

Poter suggerire attività/iniziative di efficienza

Dovrebbe poter mettere a disposizione uno spazio per suggerimenti e segnalazioni generali su iniziative, materiali e immateriali di risparmio

Cittadino

Essere reso partecipe degli interventi realizzati dall’amministrazione e

sensibilizzato in materia di efficienza energetica

Deve visualizzare dati sintetici utili a far comprendere ai cittadini gli interventi di risparmio energetico realizzati o programmati sugli edifici, i costi di intervento e il valore di CO2 ridotto con gli interventi

Suggerire interventi immateriali di efficienza

Dovrebbe poter mettere a disposizione uno spazio per suggerimenti e segnalazioni generali su iniziative, materiali e immateriali di risparmio

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Alcuni esiti: modello dati

La relazione tra Building e Thermal Zone è di tipo spaziale (il Building è la sommatoria delle Thermal zone mentre gli Opaque element costituiscono il boundary della Thermal Zone)

Anche le relazioni tra Opaque element e Transparent element sono di tipo spaziale sulla base delle geometrie.

L’entità principale di monitoraggio e a cui afferiscono la maggior parte dei dati raccolti è la “zona termica" (Thermal Zone), definita nelle EN 13790, e ripresa dalle UNI/TS 11300, come una porzione di edificio, climatizzata ad una determinata temperatura con identiche modalità di regolazione

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Alcuni esiti: dal modello dati a CityGML

Modello 3D

Building, Thermal Zone, Opaque element e Transparent element devono costituire un modello tridimensionale, comprensivo di semantica e geometria. Tale modello deve includere inoltre tutti gli attributi necessari all’analisi della situazione e ogni elemento essenziale per accedere agli altri dati presenti nel sistema.

La scelta del formato di memorizzazione dei dati è fondamentale per assicurare riusabilità e versatilità al progetto. Considerando che l’intero impianto del progetto è basato sull’utilizzo di standard, si è scelto di valutare solamente formati tridimensionali standard

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Alcuni esiti: dal modello dati a CityGML

CityGML

Le operazioni in tempo reale richieste necessitano la presenza della semantica all’interno del formato e l’espandibilità con proprietà ed elementi personalizzati, al fine di veicolare non solo lageometria ma anche i dati ad essa relativi.

Sulla base di queste esigenze si è adottato CityGML standard OGC di recente rilascio

CityGML distingue cinque diversi livelli di dettaglio (LOD): LOD 0 (Regional, landscape) …… LOD 5 (Architectural models interior)

La geometria degli edifici e degli elementi edilizi è di tipo MultiPolygon 3D e può essere quindi agilmente contenuta in un modello CityGML. Risulta evidente la necessità di usare il livello di dettaglio più elevato.

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Alcuni esiti: architettura SOA

Cenni sull’architetturaSulla base degli standard accennati è stato possibile delineare l’architettura di un sistema dotato di tutte le funzionalità individuate e in grado di consentire accesso, elaborazione e modifiche dei dati attraverso un applicazione web che utilizza i servizi definiti dall’OGC.

Nello specifico i servizi utilizzati sono:

SOS (Sensor Observation Service)

WMS e WFS per l’accesso ai dati spaziali.

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Alcuni esiti: architettura SOA

Cenni sull’architettura

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Conclusioni

Rimangono aperti alcuni aspetti legati alla necessità di operatori spaziali in 3D e di servizi web per la restituzione di geometrie 3D.

Risolti questi aspetti tecnici, il sistema potrà essere realizzato e reso operativo presso le Pubbliche Amministrazioni, potenzialmente senza presentare problemi di integrazione in virtù della adesione agli standard ed alle scelte progettuali effettuate.

Risultati

Sviluppi

Il progetto ha consentito di sperimentare l’applicabilità degli standard Sensor Web Enablement al caso pratico studiato. Di particolare interesse, l’emergere dell’esigenza di rappresentare delle entità nello spazio tridimensionale, cui è stata dedicata una buona parte del lavoro.

E’ stato quindi studiata e verificata l’applicabilità di CityGML, standard di recente rilascio (2007) per la rappresentazione di entità urbane tridimensionali dotate di geometria e di semantica.

INPUT 2010 Potenza, 13 - 15

settembre 2010

A. Bianchin, M. Rumor, S. Dalla Costa, J. Rizzi

Conclusioni

Grazie per l’attenzione

Alberta Bianchin alberta@iuav.itMassimo Rumor rumor@dei.unipd.itSilvia Dalla Costa silvia.dallacosta@iuav.itJonathan Rizzi jonathan.rizzi@poste.it