Sensori e IoT per l'ambiente costruito. Ad Ancona un centro di eccellenza internazionale

Misure Meccaniche e Termiche (MTM) - Storia

Il gruppo di ricerca di Misure Meccaniche e Termiche (MTM) è parte del Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche (DIISM) della Facoltà di Ingegneria dell'Università Politecnica delle Marche.

Il gruppo è attualmente composto da 5 professori, 2 docenti, 10 ingegneri di ricerca, 16 dottorandi e un numero variabile di giovani ingegneri con contratti di collaborazione. I membri del gruppo comprendono ingegneri meccanici, elettronici, biomedici ed edili, più un’economista.

Questa varietà di competenze intersettoriali è un elemento di forza per lo sviluppo della ricerca nel campo trasversale delle tecniche di misura.

Misure Meccaniche e Termiche (MTM) - Attività di ricerca

Le attività di ricerca svolte dal gruppo si focalizzano sullo studio, l'analisi e la progettazione di metodi, procedure e strumentazioni per la misura di grandezze meccaniche e termiche. Tale tematica viene applicata a numerosi ambiti applicativi, i quali coinvolgono i settori della produzione industriale, delle misure per la domotica, delle misure su e per l'uomo, della conservazione dei beni artistici e dei controlli non distruttivi.

Il gruppo conduce ricerca inerente il progetto, lo sviluppo e l’applicazione di sistemi di misura. Gran parte dell’attività è incentrata su tecniche di misura non invasive, basate su tecnologie elettro-ottiche, visione (nel visibile e nell’infrarosso) o su tecniche acustiche o ultrasonore.

L'attività di ricerca viene svolta principalmente nell'ambito di progetti di ricerca dell'Unione Europea (più di 40 progetti finanziati dal 1984 ad oggi), attraverso progetti di ricerca finanziati da Enti nazionali (ad es. MIUR, CNR, ASI, INAIL) o in stretta collaborazione con partner industriali, nell’ambito di progetti di ricerca industriale e trasferimento tecnologico finanziati da programmi regionali, nazionali ed internazionali.

Misure per l’ambiente costruito

Una delle principali aree tematiche riguarda le misure applicate all’ambiente costruito. In questo contesto, si svolgono attività mirate all'applicazione di nuovi sensori e di tecniche sperimentali per la caratterizzazione dei materiali, al monitoraggio strutturale e ambientale, allo sviluppo di test non distruttivi e di sistemi integrati. I principali campi di applicazione riguardano l’implementazione di sensori intelligenti basati su logiche IoT, i monitoraggi ambientali, le valutazione energetiche degli edifici e di comfort degli occupanti, le tecniche di misura senza contatto e le analisi dei dati. 

I progetti europei

In relazione a queste tematiche, il gruppo è stato coinvolto in 7 progetti europei Horizon 2020. Tra questi, i seguenti tre progetti sono tutt’ora in corso:

• P2Endure (Plug-and-Play product and process innovation for Energy-efficient building deep renovation, 2016-2020). Il progetto ha lo scopo di dimostrare la fattibilità di soluzioni Pug&Play per la riqualificazione degli edifici, attraverso un processo di progettazione e realizzazione basato su BIM. In questo contesto, il gruppo si occupa di sviluppare un protocollo di misura per analizzare le prestazioni degli edifici prima e dopo l’intervento.
• RenoZEB (Accelerating nearly zero energy renovation for buildings and neighbourhoods, 2017-2021). Il progetto ha lo scopo di sviluppare un approccio sistematico per la riqualificazione degli edifici al fine di accelerare il processo di rinnovamento del parco edilizio Europeo verso lo standard nZEB. Il gruppo si occupa di sviluppare un sistema innovativo di facciata sensorizzata ed un modulo di gestione ottimale human-centric, in collaborazione con partner industriali. Il sistema mira a rendere sempre più intelligente la gestione energetica ed ambientale degli edifici attraverso la capacità di misurare sia parametri indoor e outdoor sia valori fisiologici e soggettivi degli occupanti.
• BIM-SPEED (Harmonised Building Information Speedway for Energy-Efficient Renovation, 2018-2022). Il progetto sviluppa una piattaforma BIM per la riqualificazione di edifici esistenti. In questo contesto, il gruppo sviluppa tecniche di misura per la raccolta dei dati negli edifici, integrate con ambiente BIM per lo scambio bidirezionale di informazioni.

Misure Meccaniche e Termiche (MTM) - I laboratori

Le attività sperimentali sono svolte ad ampio spettro, coinvolgendo tutte le fasi del ciclo di vita degli edifici, inclusa l’interazione tra l’edificio e i suoi occupanti. Le applicazioni sono mirate alla valutazione delle prestazioni e al controllo degli edifici. Il laboratorio ha maturato una esperienza consolidata nel campo dei sistemi di misura e delle reti di sensori. In collaborazione anche con partner industriali sono stati sviluppati sistemi di monitoraggio in numerose tipologie di edifici e in diversi climi.

La strumentazione presente nel laboratorio include sensori per il monitoraggio ambientale (relativamente ad aspetti termici, di qualità dell’aria, di radiazione solare e illuminamento), sensori per il monitoraggio di parametri fisiologici (come la frequenza cardiaca e la respirazione) e sensori per la misura delle prestazioni di componenti edili (ad es. il flusso termico). Sono inoltre presenti sistemi di misura di temperatura senza contatto e applicazioni per lo sviluppo di reti di sensori wireless, wired e ibride. L’integrazione tra i vari sensori permette di definire metodologie per il monitoraggio del comfort (termico, visivo e acustico) e metodi per l’analisi ed il processamento dei dati ambientali monitorati.

Una delle strumentazioni più innovative riguarda il Comfort Eye (brevetto N. 0001422135 - Sistema e metodo per il monitoraggio del comfort termico). Il Comfort Eye (Figura 1) è un sistema di misura innovativo basato su un’architettura IoT, sviluppato per il monitoraggio del comfort termico, visivo e della qualità dell’aria all’interno degli edifici. Esso è composto da due nodi di misura, uno infrarosso a bassa risoluzione e uno per misure termo-igrometriche, di qualità dell’aria e di illuminamento. I due nodi, grazie alla connettività wireless, consentono la raccolta di dati centralizzata in un unico gateway.

Figura 1. Il comfort Eye

Il nodo infrarosso ha la funzione di eseguire una scansione continua dell’ambiente in cui è installato. La movimentazione su due assi consente la ricostruzione di mappe termiche dello spazio monitorato (Figura 2). Attraverso le mappe è possibile individuare le eventuali zone di mancato comfort e operare affinché tutto l’ambiente raggiunga le condizioni ambientali desiderate dalle persone che fruiscono l’ambiente.

Figura 2. Esempio di mappa termica realizzata dal Comfort Eye

L’implementazione di un’architettura IoT permette di raccogliere i dati simultaneamente da più edifici. Inoltre, le informazioni rilevanti relative alle condizioni di comfort degli occupanti e alle prestazioni dell’edificio possono essere presentate in maniera graficamente intuitiva.

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