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Sviluppo di metodologie di aggregazione e benchmarking dei dati energetici di rete di

edifici e modelli di feedback per il coinvolgimento degli utenti residenziali

A. Capozzoli, S. P. Corgnati, V. Fabi, F. Lauro G.Spigliantini

Report RdS/2015/021

Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, lenergia e lo sviluppo economico sostenibile MINISTERO DELLO SVILUPPO ECONOMICO

SVILUPPO DI METODOLOGIE DI AGGREGAZIONE E BENCHMARKING DEI DATI ENERGETICI DI RETE DI EDIFICI E MODELLI DI FEEDBACK PER IL COINVOLGIMENTO DEGLI UTENTI RESIDENZIALI A. Capozzoli, S. P. Corgnati, V. Fabi, F. Lauro, G. Spigliantini (Politecnico di Torino, Dipartimento Energia) Settembre 2016

Report Ricerca di Sistema Elettrico Accordo di Programma Ministero dello Sviluppo Economico - ENEA Piano Annuale di Realizzazione 2015 Area: Efficienza energetica e risparmio di energia negli usi finali elettrici e interazione con altri vettori energetici Progetto: Sviluppo di un modello integrato di smart district urbano Obiettivo: Smart Home Network Responsabile del Progetto: Claudia Meloni, ENEA l presente documento descrive le attivit di ricerca svolte allinterno dellAccordo di collaborazione Sviluppo di metodologie di aggregazione e benchmarking dei dati energetici di rete di edifici e modelli di feedback per il coinvolgimento degli utenti residenziali. Responsabile scientifico ENEA: Sabrina Romano Responsabile scientifico Politecnico di Torino: Proff. Stefano Corgnati e Alfonso Capozzoli

ACCORDO DI PROGRAMMA MSE-ENEA

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Indice

1 INTRODUZIONE .......................................................................................................................................................... 6

2 DESCRIZIONE DELLE ATTIVIT SVOLTE E RISULTATI ................................................................................................... 6

2.1 ATTIVIT B1: SMART HOME NETWORK ...................................................................................................................... 6 2.1.1 Definizioni delle variabili da monitorare ..................................................................................................... 20 2.1.2 Metodologie di analisi e aggregazione dei dati .......................................................................................... 37 2.1.3 Sviluppo di algoritmi di controllo e data fusion .......................................................................................... 50 2.1.4 Definizione delle tipologie di feedback ....................................................................................................... 80 2.1.5 Definizione dei benchmark di riferimento ................................................................................................... 92 2.1.6 Tecniche di engagement del comportamento dellutente in ambito residenziale .................................... 105

3 CONCLUSIONI ......................................................................................................................................................... 110

4 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI .................................................................................................................................. 113

5 BIBLIOGRAFIA CONSULTATA .................................................................................................................................. 115

6 CURRICULUM VITAE DEGLI AUTORI DEL RAPPORTO TECNICO .............................................................................. 116

ALFONSO CAPOZZOLI ....................................................................................................................................................... 116 STEFANO PAOLO CORGNATI .............................................................................................................................................. 116 VALENTINA FABI.............................................................................................................................................................. 117 FIORELLA LAURO ............................................................................................................................................................. 117 GIORGIA SPIGLIANTINI ...................................................................................................................................................... 117

5

Sommario Lattivit svolta nel programma di ricerca del PAR 2015 si delineata intorno alla sperimentazione riferita allobiettivo Smart Home Network del progetto Sviluppo di un modello integrato di Smart District Urbano. Il lavoro svolto dal Politecnico di Torino stato strutturato in sei attivit, ciascuna delle quali illustrata nel presente documento. La prima attivit svolta ha riguardato una revisione critica di letteratura sul tema delle Smart Home con particolare riferimento agli aspetti energetici. Tutti gli aspetti legati alla nascita, lo sviluppo, i servizi offerti e linterazione con gli utenti sono stati oggetto di approfondita ricerca e analisi di letteratura internazionale. Tale attivit stata propedeutica a definire da un lato il livello e il dettaglio dei servizi da offrire agli utenti per la sperimentazione da condurre nelle prossime annualit e, dallaltro, la rete di variabili, sensori ed attuatori da implementare in diversi kit di sperimentazione caratterizzati da diversi livelli di dettaglio (Attivit 2.1.1). La ricerca in campo, infatti, si pone tra gli scopi anche quello di definire lefficacia diagnostica del sistema e dellarchitettura di monitoraggio a partire da diversi set di variabili monitorate e/o attuatori installati. Una seconda attivit (Attivit 2.1.2) ha affrontato il tema di come i dati provenienti dalla rete di sensori ed attuatori dei diversi kit possono essere aggregati ed elaborati per ottenere degli indicatori sintetici sia di consumo che di qualit micro-climatica dellambiente interno. Lattivit 2.1.3 si invece concentrata sullo sviluppo di logiche alla base di algoritmi di controllo finalizzati a ottimizzare la prestazione energetica della Smart Home o la qualit dellambiente interno attraverso meccanismi di attuazione o messaggi di feedback inviati allutente. Sono stati infatti introdotti tre diversi livelli di automatismo corrispondenti a tre livelli di dettaglio del sistema in termini di controllo automatico e coinvolgimento dellutente allinterno della Smart Home. LAttivit 2.1.4 si invece focalizzata sul sistema di feedback e informazioni da fornire agli utenti per un loro efficace coinvolgimento in un processo di apprendimento. I feedback individuati sono legati ai temi della sostenibilit e dellenergia utilizzata in ambito residenziale. LAttivit 2.1.5 ha affrontato la fondamentale questione relativa allindividuazione di processi efficaci di benchmarking dei consumi energetici per reti di edifici in termini sia di identificazione degli indicatori prestazionali che di individuazione di profili di consumo tipologici (aspetto di fondamentale importanza per la diagnostica del sistema). Infine, lAttivit 2.1.6 ha analizzato le diverse tecniche di comunicazione persuasiva potenzialmente implementabili per considerare lutente non un soggetto passivo allinterno del sistema di automazione, ma un agente attivo che, se opportunamente coinvolto e istruito, possa risultare efficace rispetto allobiettivo di riduzione dei consumi. Le diverse attivit svolte vanno quindi a costituire un quadro ben strutturato sul tema dello Smart Home network. Il quadro emerso dalle attivit svolte si aggiunge a quello presente in letteratura affrontando nuove linee di ricerca che vedono lintroduzione dellutente come un vero e proprio agente attivo nellabitazione intelligente. Come nelle precedenti esperienze dei PAR, le ricerche condotte e i risultati ottenuti hanno permesso di approfondire i temi oggetto di studio e hanno aperto nuovi stimoli per proseguire indagini nei settori oggetto di questi studi, sempre pi centrali nella ricerca nazionale e internazionale indirizzate verso la gestione e il controllo energeticamente efficiente degli edifici.

ACCORDO DI PROGRAMMA MSE-ENEA

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1 Introduzione Nell'ambito del presente accordo di programma tra ENEA e Politecnico di Torino, l'attivit di ricerca e sviluppo si concentra sul tema Smart Home network attraverso nuove linee di ricerca che, partendo dallo stato dellarte sugli aspetti energetici delle case intelligenti, vedono lutente come parte attiva di esse. Lobiettivo ultimo individuare criteri innovativi che vedono lanalisi del comportamento delloccupante come opportunit e mezzo per la gestione energetica efficiente degli edifici residenziali definiti come Smart Home. In prima analisi necessario individuare kit di strumentazione (sensori ed attuatori) a partire dalla definizione delle variabili di interesse per il monitoraggio e il controllo di una Smart Home, prevedendo diversi livelli di dettaglio e diversi livelli di coinvolgimento dellutente. Successivamente, la definizione di opportune elaborazioni dei dati provenienti dai suddetti kit rappresenta un passo fondamentale per ottenere degli indicatori efficaci della prestazione di consumo e di comfort. In unaltra linea di ricerca lobiettivo la definizione di logiche di controllo rapportate ai tre diversi livelli di automazione offerti dai kit predefiniti con lobiettivo di ottimizzare la prestazioni di consumo e di comfort della Smart Home attraverso lindividuazione di una soglia ottimale tra livello di automazione ed educazione degli utenti con opportuni messaggi di feedback. Risulta a tale scopo fondamentale lanalisi delle modalit, tipologie di feedback e informazioni da fornire agli utenti per un loro efficace coinvolgimento in un processo di apprendimento finalizzato alla sostenibilit in ambito re