Digital Twin di Johnson: simulazioni e modelli virtuali per sistemi HVAC

Per i Facility Manager, la riduzione delle spese degli edifici e il contestuale aumento dell’efficienza dei dati rappresentano un impegno continuo. Specialmente in ambito HVAC, dove la voce di spesa più importante su cui ricade il maggior numero di manutenzioni, riparazioni e operazioni è rappresentata dai sistemi di riscaldamento e raffreddamento, il desiderio di ridurre i costi operativi rappresenta una sfida costante.

Il sistema HVAC gioca anche un ruolo crescente nella creazione di edifici più sani per gli utenti, in particolare sulla scia delle problematiche legate al COVID-19, a seguito del quale un ambiente di lavoro salutare è un obiettivo ancor più prioritario per le aziende. In questo scenario, i nuovi sviluppi dell’Internet of Things (IoT) hanno reso gli edifici più intelligenti, migliorandone i sistemi antincendio, di sicurezza, illuminazione, di gestione dell’energia e HVAC, attraverso l’ottimizzazione dell’efficienza ed elevando la salute e la sicurezza degli utenti. Ciononostante, esiste ancora un problema: queste soluzioni sono spesso pensate a silos e non tengono conto di come queste attività possano interagire tra loro.

Immaginiamo di poter connettere e integrare a livello digitale tutti i sistemi dell’edificio in un’applicazione unificata, per garantire che le apparecchiature HVAC siano completamente ottimizzate con gli altri sistemi. È il Digital Twin: un progresso nella tecnologia IoT che permette di sfruttare e rendere accessibili dati e simulazioni per ridurre i costi operativi, aumentare il risparmio energetico e migliorare la salute delle persone.

Digital Twin ed edifici

Il Digital Twin è una replica digitale connessa di un prodotto fisico, un bene o un sistema, utilizzata per rappresentarne lo stato passato e presente e simulare, testare e prevedere i processi futuri di molteplici scenari “what if”. In passato, i Digital Twin operavano come entità separate, concentrandosi su un singolo sistema dell’edificio – HVAC, sicurezza o illuminazione – ma oggi possono essere implementati a livello aziendale, fornendo una rappresentazione digitale completa dell’ambiente fisico e una visione olistica di tutte le operazioni dell’edificio nel cloud. Sono, infatti, in grado di raggruppare i dati derivanti da esso, generando informazioni utili per applicazioni e machine learning.

Raccogliere i dati per l’integrazione dei sistemi

Affinché un Digital Twin sia impiegato con successo, le informazioni devono provenire da una varietà di fonti, come i sensori integrati (compresi quelli in un’unità HVAC), le reti di sensori wireless, il BIM (Building Information Modeling) e previsioni meteo. Utilizzando un modello schematico 3D, il Digital Twin può collegare una moltitudine di dati sulle prestazioni dell’intero edificio – tra cui posizione, eventi, beni e persone – e integrarsi con scenari predefiniti per creare set di informazioni ricchi di contesto in tutto l’edificio “vivente”. La piattaforma di gestione dei dati, inoltre, potrà fornire approfondimenti “context-aware” automatizzati, a conferma dell’integrità e della precisione dei dati per i modelli di machine learning.

Digital Twin per i sistemi HVAC in ottica COVID-19

I Digital Twin possono supportare i programmi di ritorno nei luoghi di lavoro nel contesto post pandemia creando un profilo patogeno dell’edificio al fine di migliorare la circolazione dell’aria, minimizzando al contempo il consumo energetico. Come soluzione a lungo termine, invece, sono in grado di sovrapporre e tracciare il posizionamento degli utenti per studiare come influenzano la qualità dell’aria interna e il consumo energetico. Le macchine HVAC meno recenti, inoltre, possono usare piattaforme edge “bridge” – un gateway low-cost – per collegare i dispositivi di ambienti inutilizzati ed effettuare il retrofit di apparati più datati in base ai dati messi a disposizione dai suddetti sistemi.

Implementare il ROI nel ciclo di vita HVAC

Secondo il National Institute of Standards and Technology, l’industria del Real Estate perde a livello mondiale circa 15 miliardi di dollari all’anno a causa della mancanza di modelli di dati comuni per applicazioni e sistemi all’interno di un edificio.

In quest’ottica, i Digital Twin possono aiutare a creare edifici più intelligenti automatizzando i processi attraverso il machine learning, permettendo così agli operatori di selezionare i sistemi HVAC ottimali attraverso la simulazione, l’analisi “what-if” e le procedure operative standard (SOP) per ogni sistema selezionato. In altri termini, i Digital Twin fungono da “cervello” che aiuta a rendere l’edificio consapevole di sé.

Ideale per edifici vecchi e nuovi

Il Digital Twin può essere usato sia nelle nuove costruzioni sia in edifici già esistenti e, a differenza dei progetti architettonici, può evolvere durante la progettazione, la costruzione e la messa in servizio. È, infatti, in grado di passare attraverso migliaia di modifiche e milioni di simulazioni prima della costruzione dell’edificio reale. Nelle strutture già realizzate, invece, si evolve man mano che vengono misurati o acquisiti più dati e vengono integrati ulteriori sensori.

Gli edifici che utilizzano già una soluzione di gestione aziendale possono ottenere benefici immediati da un Digital Twin. La modellazione e le simulazioni sono implementabili negli edifici dagli utilizzi più disparati, quali uffici, catene di alberghi, campus universitari, ospedali, banche, stadi e strutture sanitarie, mentre è possibile raccogliere e analizzare i dati HVAC per ogni struttura e regolarli di conseguenza.

Il Digital Twin accompagna gli edifici nel loro viaggio verso l’intelligenza: riunisce tutti i dati necessari per gli algoritmi predittivi e i sistemi di intelligenza artificiale, dalle previsioni dei guasti agli apparati fino all’utilizzo e all’ottimizzazione continui della struttura.

È questo il principale vantaggio del Digital Twin: dopo la sua implementazione, gli edifici diverranno sempre più intelligenti, sicuri e salubri.