Creare materiali edili provvisti di sensori che monitorino le condizioni degli edifici sui quali vengono installati per valutarne le prestazioni energetiche e qualitative nel tempo: da qui nasce il progetto italiano MImeSIS – Materiali Smart Sensorizzati e Sostenibili per il Costruito Storico -, il cui obiettivo è migliorare le prestazioni del patrimonio immobiliare esistente, impiegando soluzioni smart, che prevedono l’integrazione fra materiali tradizionali e sensori.
Stando all’ultimo smart building report di Energy & Strategy Group, il volume di affari complessivo associato a investimenti in edifici intelligenti in Italia equivale a circa 3,6 miliardi di euro, e le previsioni sono di un’ulteriore crescita del 30%. In particolare, il segmento building devices & solutions ha attratto il 41% del valore (1,47 miliardi di euro), automation technologies il 31%, (1,1 miliardi), mentre piattaforme di gestione e controllo il 28%, (1,02 miliardi). Per essere smart, gli stabili devono basarsi sui dati provenienti appunto dai sensori, disseminati negli impianti al loro interno. A livello globale il mercato degli smart material, ossia materiali in grado di percepire gli stimoli provenienti dall’ambiente circostante grazie a sensori e attuatori, è previsto passerà da circa 36 miliardi di dollari del 2017 a 127 miliardi nel 2026, secondo Research and Markets.
Lo stato degli immobili italiani, quanto a efficienza energetica, ma non solo, è per lo più imbarazzante. Secondo l’Istat, dei 12,2 milioni di edifici residenziali censiti, il 60% è stato realizzato prima del 1980; di questi il 42,5% ha più di 50 anni e verte in uno stato manutentivo mediocre. Il contesto nostrano è analogo a quello attuale nell’Unione Europea, in cui gli edifici sono responsabili di circa il 40% dell’energia consumata e del 36% delle emissioni di CO2, rappresentando il singolo più grande comparto per consumo di energia. Questo perché quasi il 75% degli immobili è inefficiente dal punto di vista energetico. Considerando che, solamente una percentuale compresa tra lo 0,4 e l’1,2 % del parco edilizio esistente viene rinnovato grazie a nuove costruzioni ogni anno, la riqualificazione edilizia ricopre un ruolo fondamentale nel raggiungere gli obiettivi energetici prefissati.
Il progetto MImeSIS
MImeSIS è un progetto cofinanziato nell’ambito del Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (Por-Fesr) 2014-2020 della Regione Emilia-Romagna. Dura due anni ed è partito cinque mesi fa, contando su un finanziamento poco inferiore a 800mila euro. Capofila del progetto è CertiMaC, organismo di ricerca fondato e partecipato da Enea e Cnr e specializzato nel testing di prodotto, certificazione e innovazione per tutti i materiali del settore edilizio. I partner industriali sono Litokol; La Banca della Calce; Sgubbi italiana; Kerakoll (specializzate in prodotti per l’edilizia); Leonardo (restauri); Tenenga (smart solution); Sestosensor (sensoristica). Mentre quelli di ricerca sono Centro Ceramico, Cnr-Istec, il Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale dell’Università di Bologna e Sis.Ter.
Nel caso di Tenenga e Sestosensor, in particolare, il loro ruolo è stato determinante nella scelta dei sensori: «non solo hanno partecipato attivamente allo scouting della sensoristica e della relativa catena di misura/trasmissione del segnale, ma la loro esperienza ha permesso di effettuare una scelta dei componenti più veloce e accurata – spiega Luca Laghi, ingegnere coordinatore del progetto – Inoltre parteciperanno attivamente alla fase sperimentale, proponendo modifiche alla sensoristica attualmente disponibile sul mercato in modo da incontrare le specifiche esigenze del progetto, come la miniaturizzazione di certi componenti o l’aumento della durata delle batterie. In particolare Sestosensor si occupa prevalentemente di sensori che si basano sulle fibre ottiche, mentre Tenenga di dispositivi per la misura di umidità e temperatura. Ma nel complesso, tutte le aziende coinvolte avranno un ruolo cardine per il trasferimento tecnologico delle soluzioni sviluppate, dalle fasi sperimentali alla scala industriale».
Nel corso del biennio di durata del progetto si cercherà di centrare diversi risultati: a partire dall’individuazione di sensori adeguati, si svilupperanno soluzioni specifiche per ogni tipo di materiale testato (intonaci, malte, laterizi, adesivi, sistemi di rinforzo). In ottemperanza ai dettami dell’economia circolare: «è uno dei punti forti di MImeSIS: si va dagli adesivi geopolimerici alle malte realizzate con materie prime seconde, fino alle malte a base di materiali naturali e compatibili con il costruito storico».
Le fasi del progetto di ricerca
«La prima fase del progetto – prosegue Laghi – ha previsto una ricerca di soluzioni sensoristiche potenzialmente integrabili nel settore delle costruzioni e già presenti sul mercato, anche se in altri comparti produttivi, valutando tutta una serie di fattori utili a comprenderne caratteristiche, limiti e potenzialità».
È stato definito ciò che verrà misurato e monitorato dai sensori: temperatura, contenuto di umidità, pH, fenomeni di carattere deformativo (causa di distacco o fessurazioni). Se i primi due sono facilmente comprensibili, il pH lo è un po’ meno, «ma è un indicatore prezioso di potenziale corrosione a danno di conglomerati cementizi e calcestruzzo – sottolinea Laghi – Nel momento in cui vengono a contatto con la CO2 presente nell’aria tendono a carbonatare». La carbonatazione è un processo chimico per cui una sostanza, in presenza di anidride carbonica, dà luogo alla formazione di carbonati. Nel calcestruzzo armato ha un effetto negativo e rappresenta una delle principali cause di degrado del materiale cementizio. «Nel momento in cui il pH di abbassa, e si verifica quindi un maggiore grado di acidità, le barre di armatura diventano a rischio corrosione, con conseguenti grossi danni per il calcestruzzo e le strutture stesse. Variazioni anomale di pH possono anche essere indicatori di altri fenomeni in atto nelle murature storiche, come ad esempio presenza di sali o di meccanismi biologici dovuti a muffe o funghi, entrambi dannosi, oltre che per i materiali stessi, anche per la salubrità dell’edificio».
Edilizia sensorizzata, tassello imprescindibile dello smart building
Sempre a proposito del progetto, è stata messa a punto la lista dei materiali sostenibili che dovranno ospitare i sensori, già frutto di studi specifici da parte sia dei laboratori che delle aziende coinvolte. Sono malte da intonaco e da allettamento, sistemi compositi di rinforzo, lastre in materiale ceramico: «si tratta di ottimizzarli, in modo da verificarne la conformità rispetto alla normativa tecnica in tema di costruzioni, integrando i sensori. Seguirà poi l’avvio di sperimentazioni su piccola scala e su modelli di laboratorio», specifica Laghi. Dopo le prove di integrazione e d’ingegnerizzazione, oltre che di validazione, la fase successiva sarà dedicata alla realizzazione di prototipi in scala reale: «delle vere e proprie murature integrate con soluzioni sensoristiche – commenta Laghi – su cui effettuare campagne sperimentali di misura e svolgendo al contempo simulazioni ambientali, stress test termici e termomeccanici così da verificare l’efficacia delle soluzioni ipotizzate, la loro affidabilità e durabilità».
L’ultima fase sarà dedicata all’avvio di due siti pilota, uno dei quali sarà l’area monumentale della Certosa di Bologna, mentre l’altro sarà un edificio soggetto a riqualificazione, climatizzato, messo a disposizione da una delle aziende partner del progetto, sempre in Emilia-Romagna (ancora in fase di definizione). La realizzazione di prototipi visibili al pubblico, di interesse e di riferimento per i professionisti del settore è la finalità ultima per favorire la diffusione e di trasferimento tecnologico su scala commerciale di questi smart material.
Phygital Lab, laboratorio fisico-digitale
L’attività di trasferimento tecnologico del progetto MImeSIS sarà ulteriormente rafforzata dal Phygital Lab, un laboratorio fisico-digitale fruibile online grazie al quale si potranno seguire le fasi salienti e i risultati di progetto. Gli operatori di settore interessati potranno accedere a video, pillole formative digitali, report tecnici, ma anche parlare con i ricercatori, prenotare visite guidate ai laboratori e assistere dal vivo all’implementazione delle soluzioni smart in cantiere.
Edifici sensorizzati, smart building e smart city: grandi opportunità di mercato
La sensorizzazione degli elementi di muratura permetterà anche di verificare il grado di efficienza energetica degli edifici: «la misurazione dei valori di temperatura e umidità va proprio nella direzione dell’efficientamento energetico, che è uno degli aspetti più semplici da gestire; infatti, è più complesso intervenire su parametri che riguardano il comfort abitativo o lo stato meccanico-fessurativo delle pareti. L’umidità di risalita, per esempio, comporta lo sviluppo di muffe, ma anche il peggioramento delle prestazioni in termini di isolamento termico e di benessere indoor».
Le opportunità di mercato che si aprono per questo tipo di materiali e per la tecnologia dedicata sono enormi: il miglioramento dello stato complessivo del patrimonio immobiliare italiano, sotto forma di riqualificazione energetica e di ristrutturazione «costituirà il mercato dell’edilizia dei prossimi vent’anni», evidenzia ancora Laghi. La tecnologia è un fattore essenziale e il grado di innovazione è multilivello: sui materiali, sui sensori e sulla ingegnerizzazione ed integrazione di queste soluzioni smart nel patrimonio costruito.
Una volta installati i sensori e avviata la generazione di dati, come avviene la loro raccolta e analisi? «Stiamo lavorando in modo da contare su sensori che consentano di dialogare in maniera aperta in termini di protocolli e di modalità di comunicazione; una volta generati i dati, ci si organizzerà in maniera tale da integrarli mediante dashboard», che permettano poi di gestire tutto da remoto, sia da parte degli occupanti che da chi si occupa in maniera specifica di manutenzione.
«Nel momento in cui avremo soluzioni validate e testate in situ, l’obiettivo sarà integrare dati e informazioni all’interno del sistema di controllo dell’edificio». Il fine del progetto è mettere a punto materiali capaci di raccogliere i dati, ma gli sviluppi successivi sono diversi: si può prevedere di farli confluire in Building Management System, ovvero sistemi di controllo basati su computer installati in edifici e in grado di monitorare le apparecchiature e gli impianti installati. Grazie a questa possibilità, gli edifici da statici potranno essere resi “attivi”: si apre così la stagione degli smart building, edifici intelligenti capaci di comprendere il proprio stato di salute, ridurre i consumi e fornire il giusto grado di comfort all’utente finale.
Smart building, un mercato in costante crescita
Il settore dello smart building, legato a doppio filo a quello dello smart material, è costantemente in crescita. Secondo il report redatto dall’Energy&strategy group della School of management del Politecnico di Milano, attualmente il mercato in Italia è a quota 3,6 miliardi di euro di valore, e le previsioni sono di un’ulteriore crescita del 30%.
In Europa il trend è ancora più marcato: si stima infatti che gli investimenti in efficienza energetica e digitalizzazione nel comparto daranno grande spinta all’economia, in particolare nell’edilizia, che rappresenta il 9% del Pil europeo e offre oltre 18 milioni di posti di lavoro, grazie soprattutto alle Pmi, responsabili di circa il 70% del volume d’affari. E il settore dello smart building fa da traino alla crescita del mercato degli ascensori: infatti, non solo siamo pionieri nel settore per quanto riguarda le tecnologie, ma ora grazie agli edifici intelligenti stiamo iniziando anche a sfruttare l’IoT. Questi due fattori favoriscono il rinnovo del parco ascensori, che significa anche risparmi significativi, in un’ottica di miglior efficienza energetica. Senza contare che la manutenzione programmata e quella predittiva consentono di minimizzare i guasti e gli effetti del fermo-macchine.
Quello dello smart building è un comparto legato allo sviluppo della smart city e al settore degli elevatori. Un comparto che rappresenta un vero fiore all’occhiello del Made in Italy: con un mercato che vale 2,4 miliardi di euro e che impiega 23mila addetti, per oltre 1.500 imprese, il nostro Paese detiene il primato di esportatore mondiale con una quota che sfiora il 15% sul totale globale, con una bilancia commerciale con l’estero positiva per 630 milioni di euro.
Quanto sono intelligenti le nostre città?
In Italia la smart city sembra ancora essere ad una fase sperimentale, anche se le iniziative per rendere le nostre metropoli intelligenti non mancano, soprattutto in quest’ultimo anno in cui si sono intraprese anche iniziative che richiedevano l’adozione del 5G. Stando ai risultati di una survey sulla smart city realizzata dell’Osservatorio Internet of Things della School of Management del Politecnico di Milano, le iniziative per la città smart si sono concentrate soprattutto su illuminazione intelligente, servizi turistici, raccolta rifiuti, mobilità e sicurezza. Le principali barriere ad attuare progetti in ottica città intelligente sono costituite dalla mancanza di risorse economiche e di competenze.
A livello globale, secondo uno studio condotto da Idc gli investimenti in tecnologie, servizi e infrastrutture per le smart city dovrebbero raggiungere i 124 miliardi di dollari nel 2020, in crescita del +18,9% rispetto all’anno passato. Saranno le prime 100 città intelligenti al mondo ad assorbire circa il 20% degli investimenti; dai dati emersi dalla survey.
