Sesta Conferenza Nazionale in Informatica e Pianificazione Urbana e Territoriale

1. Monitoraggio energetico del patrimonio edilizio sensori, standard ed architetture di sistemi Alberta Bianchin, Massimo Rumor, Silvia Dalla Costa , Jonathan Rizzi

2. 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

3. 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

4. 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 .

5. 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.

6. 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

7. Tecnologie per il monitoraggio energetico Standard Gli 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 Geografica Servizi: Web Feature Services (WFS) Web Map Services (WMS) SOA Service Oriented Architecture

8. 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.

10. Alcuni esiti: definizione dei requisiti Requisiti utente Utente Obiettivi Requisiti del sistema Energy Manager E.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 energetica Dovrebbe 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 intervento Deve 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 esterna Dovrebbe 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

11. 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

12. 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

13. 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 la geometria 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.

14. Alcuni esiti: architettura SOA Cenni sull’architettura Sulla 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 w eb 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 .

15. Alcuni esiti: architettura SOA Cenni sull’architettura

16. 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.

17. Conclusioni Grazie per l’attenzione Alberta Bianchin [email_address] Massimo Rumor [email_address] Silvia Dalla Costa [email_address] Jonathan Rizzi [email_address]