I sensori wireless per l'energy harvesting possono semplificare le installazioni HVAC e le riqualificazioni

Tempo fa, facevo regolarmente visita a clienti che lavoravano in edifici molto particolari, come fienili ristrutturati e magazzini riadattati, trasformati in locali a uso ufficio. Nessun problema quando si parla di poche persone; ma sistemare centinaia di dipendenti in strutture costruite prima dell'avvento dei moderni sistemi di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata è una vera sfida. E non parlo solo di comfort. Una ventilazione sana è molto importante e i vecchi edifici sono pittoreschi, ma estremamente difficili da riqualificare per quanto riguarda i sistemi HVAC.

Un cliente, ad esempio, si trovava in un vecchio edificio molto ampio, che l'azienda aveva tentato di modernizzare con poco successo. Uno dei problemi maggiori era la ventilazione, e l'azienda aveva tentato di ovviare installando condotti e prese d'aria con un controller HVAC moderno.

Però anche solo aprire una finestra in estate o inverno era un problema, perché si verificava un'enorme dispersione energetica, dato che il sistema HVAC doveva faticare non poco per riportare la temperatura ai livelli impostati. Personalmente, avrei installato sensori reed sulle finestre per rilevare quando venivano aperte, in modo che il sistema HVAC potesse reagire in modo intelligente. Per i sensori per finestre, però, a quei tempi era necessario tirare antiestetici fili tra il sensore e il controller HVAC sia per il segnale che per l'alimentazione, per un look finale che era tutto fuorché professionale.

I sensori reed per finestra si sono poi evoluti nel tempo, e ora sono alimentati a batteria e inviano un segnale wireless a un controller HVAC con un ricevitore idoneo. Ho recentemente installato sensori reed wireless per il sistema di allarme di un amico. I sensori wireless alimentati a batteria hanno il vantaggio di eliminare il cablaggio, ma la batteria dura un paio d'anni e quindi necessita di manutenzione per essere sostituita.

Si tratta di batterie di piccole dimensioni che non sono immuni a problemi, in quanto spesso vengono inserite in modo scorretto o non sono disponibili nell'armadio di manutenzione. Inoltre si deteriorano durante la conservazione, come ho avuto modo di constatare personalmente, accorgendomi che la batteria di uno degli interruttori reed che avevo installato era scarica. A peggiorare le cose, c'era anche il fatto che si trattava di una batteria di forma non comune, e quindi ho dovuto andare direttamente in negozio ad acquistarla. A questo punto ci si chiede: vale la pena di acquistare batterie di scorta che devono rimanere ferme un paio d'anni prima di essere usate?

L'energy harvesting risolve i problemi dell'installazione e della manutenzione

Figura 1: L'interruttore reed magnetico wireless E9T-MDCCP di Illumra è adatto per rilevare l'apertura di una porta o una finestra. Non necessita di batteria e viene mantenuto carico dalla cella solare rettangolare visibile sull'interruttore nella parte superiore. (Immagine per gentile concessione di Illumra)

Una soluzione attuale consiste nell'installare sensori wireless per finestra con capacità di energy harvesting, che eliminano totalmente la necessità di sostituire la batteria. Un buon esempio è E9T-MDCCP di Illumra (Figura 1). Produttore di controlli wireless autoalimentati, Illumra offre una famiglia completa (E9T-MDCCP/E9T-MCS) di sensori wireless per porte e finestre a 902 MHz, in grado di trasmettere a un ricevitore compatibile a una distanza massima di 18 metri (a seconda dell'ambiente) utilizzando il protocollo EnOcean.

E9T-MDCCP ricarica una piccola batteria ricaricabile utilizzando una cella solare rettangolare sul corpo dell'interruttore. Il sensore dispone di un interruttore reed magnetico, che viene attivato quando si trova vicino al magnete in dotazione, ed entrambi sono collegati mediante adesivo o viti di sicurezza anti-manomissione.

Durante il funzionamento, il magnete dell'interruttore reed deve trovarsi entro 4,5 mm dal sensore per generare una condizione di chiusura. Alla chiusura, il sensore reed produce un debole clic. Durante il passaggio da condizione di apertura a chiusura, un LED posto sul sensore lampeggia, per aiutare gli installatori ad allineare correttamente il sensore e facilitare la diagnostica del sistema.

A carica completa, E9T-MDCCP può continuare a funzionare anche al buio per un massimo di cinque giorni. Se la batteria ricaricabile è completamente scarica, bastano meno di 2,5 minuti a 25 °C, con illuminazione naturale o artificiale a 400 lux, affinché l'interruttore funzioni nuovamente. Alla cella solare bastano 2 ore al giorno di illuminazione a 200 lux per garantire un funzionamento dell'interruttore costante e affidabile. Senza batterie che necessitano una sostituzione regolare, l'unica manutenzione richiesta è dovuta alla necessità di verificare che l'interruttore e il magnete siano ancora fissati al muro e nessuno abbia toccato le viti di sicurezza.

E9T-MDCCP funziona a temperature comprese tra -20 °C e +60 °C, appropriate per la maggior parte degli edifici e delle applicazioni aziendali e idonee anche a garantire che gli interruttori non si danneggino se lasciati in ambienti a temperatura non controllata, ad esempio in armadi per la conservazione di componenti.

I sensori possono essere utilizzati per finestre e porte e sono idonei per i sistemi HVAC, ma prevedono anche molte applicazioni ulteriori, come rilevamento per porte automatiche, porte di sicurezza e di frigoriferi, raffreddatori per supermercati e sistemi di allarme.

Se vi interessa l'argomento dell'energy harvesting, date un'occhiata alla gamma di moduli wireless e kit di sviluppo di EnOcean. Troverete una vastissima scelta, tra cui il kit di valutazione di transceiver per energy harvesting serie Dolphin EDK350U (Figura 2).

Figura 2: Il kit EDK350U include tutto ciò che serve per iniziare a valutare idee per progettare per l'energy harvesting wireless, tra cui un sensore solare, un generatore di energia meccanica e una scheda di sensori. (Immagine per gentile concessione di EnOcean)

Il kit EDK350U include una scheda dimostrativa, un gateway USB, un modulo transceiver RF, un adattatore per modulo a sensore, un sensore di temperatura a energia solare, un generatore di energia meccanica, un modulo trasmettitore e tutto il cablaggio e le interfacce di sviluppo software necessari.

Conclusione

A volte sembra che gli edifici meno recenti oppongano resistenza agli interventi di modernizzazione, a meno che non si sacrifichi look, stile e comfort dei dipendenti. Fino a qualche tempo fa esistevano solo i sensori wireless, ora sono disponibili sensori wireless senza batteria. Se pensati adeguatamente, i progetti di modernizzazione possono essere migliorati per garantire prestazioni efficienti e affidabili con un aspetto professionale e una manutenzione minima.

Di certo il sensore wireless per porte e finestre per l'energy harvesting di Illumra sarebbe stato la soluzione ideale per il mio vecchio edificio e avrebbe garantito anche il comfort degli occupanti.