KNX IoT e KNX Classic: come si integrano i pali di ricarica e le batterie di accumulo

Joost Demarest, CTO di KNX, ha spiegato nel suo discorso programmatico all'evento online "Smart Energy Management with KNX" come ciò avviene. Ha anche approfondito una novità, specialmente per la Germania: La cosiddetta scatola di controllo, che si trova dietro il gateway del contatore intelligente, sarà presto compatibile con KNX; il Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) sta già lavorando alla corrispondente appendice alle specifiche.

Ma cos'è la gestione dell'energia? Wikipedia definisce il termine come segue: La pianificazione e la gestione della produzione e del consumo di energia con l'obiettivo di conservare le risorse e proteggere il clima, al minor costo possibile.

Le case e gli edifici giocano un ruolo fondamentale, soprattutto per quanto riguarda ciò che avviene all'interno della casa, cioè dal distributore ai singoli consumatori della casa. Il sistema di gestione dell'energia si trova quindi nel quadro di distribuzione e controlla le singole utenze. "Fin dall'inizio, KNX ha avuto l'obiettivo di implementare le funzioni di controllo da questo centro e di utilizzarlo per indirizzare gli altri dispositivi KNX-capaci della casa - dal riscaldamento alla ventilazione, dalla tecnologia di condizionamento dell'aria ai contatori e alle pompe di calore", dice Joost Demarest. "Ecco perché KNX è già oggi in grado di gestire l'energia. Ecco un esempio: il controllo individuale della stanza è una delle funzioni più importanti di KNX, ed è soprattutto grazie a questa funzione che KNX è diventato noto al grande pubblico: Un'unità di controllo centrale nella stanza controlla le valvole delle fonti di calore e dei dispositivi di raffreddamento. Inoltre, negli ultimi anni sono stati aggiunti contatori e sottomisura compatibili con KNX, in grado di eseguire varie misurazioni di potenza per fase o della potenza totale e di trasmettere i dati tramite KNX. Dagli anni '90 sono disponibili anche moduli di gestione dei carichi di vari produttori. "Già allora era possibile integrare 120 carichi diversi, impostare priorità o inviare dati statistici", spiega Demarest. "La gestione dei carichi è stata controllata con KNX". Ora ci sono anche prodotti con una propria misurazione del consumo energetico, che possono essere utilizzati per misurare diverse variabili elettriche a livello di circuito e limitare il consumo a un livello prestabilito.

Naturalmente, sarebbe anche auspicabile che i dati dei contatori intelligenti (smart meter) fossero in grado di trasmettere e monitorare i dati tramite KNX. Anche questo funziona già: ad esempio, è possibile misurare la propria produzione fotovoltaica.

Se si desidera integrare dei carichi, si possono prendere in considerazione dispositivi con contatti a potenziale zero. Ad esempio, una colonnina di ricarica può essere commutata da carica completa a carica limitata tramite un interruttore KNX, una pompa di calore o la produzione di acqua calda possono essere controllate tramite il contatto smart grid esistente - a seconda dell'energia disponibile.

Da quando sonnen è diventato membro dell'Associazione KNX, anche gli accumulatori di energia possono essere integrati nel mondo KNX. mondo KNX. Inoltre, con l'e-charge II di ise, ad esempio, è ora disponibile un dispositivo per integrare le stazioni di ricarica di vari produttori (ABB, ABL, KEBA, Mennekes, Mobility Made by Stöhr) in KNX. In questo modo, tutte le informazioni essenziali relative al processo di ricarica possono essere trasmesse e ulteriormente elaborate tramite KNX. Che si tratti di controllo del riscaldamento, raffreddamento, smart metering e sub-metering, gestione del carico e peak shaving, accumulo di energia, sistemi fotovoltaici, auto elettriche o pompe di calore - tutti questi dispositivi e funzioni possono essere integrati in KNX. Demarest conclude: "Possiamo già coprire un'ampia gamma di funzioni di gestione dell'energia tramite KNX Classic".

La domanda è: come si può realizzare concretamente la gestione dell'energia tramite KNX? Ci sono molte possibilità diverse: La gestione dell'energia può essere integrata nei dispositivi, di cui esiste un'ampia gamma disponibile da diversi produttori. Tuttavia, può anche essere eseguita nel software di visualizzazione, nell'unità di visualizzazione centrale con funzioni logiche avanzate, nel server centrale dell'edificio o in una combinazione di tutti questi elementi. Sono disponibili anche applicazioni che consentono di effettuare il controllo via Internet. I partner KNX addestrati implementano tutto ciò.

Ma ora l'innovazione arriva sotto forma del nuovo standard EN50491-12-2, che fa parte di una serie di standard. La prima parte EN50491-12-1 esiste già. L'attenzione si concentra ora sul Custom Energy Manager (CEM). A questo sono assegnati diversi gestori di risorse (RM). Un RM può essere un prodotto, più prodotti o un'intera soluzione di sistema elettronico per la casa e l'edificio (HBES). Un HBES può essere KNX, ma possono essere presi in considerazione anche altri sistemi. Il RM informa il CEM sulla flessibilità energetica: quali risorse sono disponibili, chi ha bisogno di energia in questo momento o chi può fornire quanta energia. Ad esempio, un RM potrebbe rappresentare un sistema HVAC completo che informa il CEM della domanda o dell'offerta attuale di energia. Lo scambio di informazioni tra CEM e RM è standardizzato, ma indipendente dal protocollo utilizzato. Il CEM è praticamente il direttore d'orchestra che fa suonare insieme in modo armonioso l'orchestra dei consumatori e dei produttori della casa e mette in linea le flessibilità energetiche.

Cosa si intende per flessibilità energetica? A seconda di ciò che si intende fare nell'applicazione e di come tutto deve essere controllato, la norma EN50491-12-2 prevede cinque cosiddetti tipi di controllo:

In questo caso, il CEM assicura che gli RM rimangano entro i limiti di prestazione stabiliti, che possono variare nel tempo. Il CEM regola l'inviluppo di potenza in base alle previsioni di potenza delle RM e controlla le RM per rispettare i limiti di potenza specificati. Ad esempio, ordina alla pompa di calore di fornire meno energia in un determinato periodo di tempo. Il RM a sua volta fornisce al CEM le previsioni di ciò che un'unità è in grado di fare. Il CEM allinea queste previsioni con l'inviluppo di prestazioni dato, quindi c'è un'interazione tra il CEM e il RM nel tempo.

Questo tipo di controllo è destinato agli apparecchi che devono avviarsi a un'ora specifica, come ad esempio una lavatrice. Comunica tramite il RM quando può avviarsi, per quanto tempo deve funzionare e quando può essere interrotta, se necessario (Power Sequence Containers). Il CEM determina quindi la sequenza temporale di avvio dei Power Sequence Container, in modo che l'intero processo possa essere completato all'ora specificata.

Questo tipo di controllo si applica a unità che possono assumere diversi stati operativi. Poiché il CEM conosce le unità e sa quali modalità operative possono adottare. Le controlla in modo da rispettare le specifiche e farle funzionare in modo ottimale in questo contesto. Ad esempio, può comandare a una stazione di ricarica di caricare alla massima potenza per un certo periodo di tempo, ma poi cambiare lo stato operativo.

Questo tipo di controllo è adatto ai dispositivi che immagazzinano o tamponano energia. Gli RM informano sulla loro corrente e sulle quantità di riempimento minime e massime, e se queste possono essere ridotte o superate. L'unità può anche comunicare quando desidera essere ricaricata. Le unità RM comunicano al CEM anche il loro comportamento in termini di perdite. Un serbatoio di acqua calda perde calore nel tempo, anche se non viene prelevata acqua calda. Poiché si conosce anche il consumo medio di un giorno della settimana, è possibile calcolare quanta energia è necessaria per riempire l'accumulo. Il riempimento viene a sua volta modellato: Questo è il compito di uno o più attuatori collegati al RM. Sono modellati allo stesso modo delle unità del tipo Operation Mode Based Control. È necessario aggiungere solo l'effetto che hanno sul livello di riempimento. Sulla base di queste informazioni, il CEM invia i comandi e indica la modalità operativa desiderata dell'attuatore e il tempo di transizione.

Questo tipo di controllo è stato creato per le unità che sono flessibili in termini di tipo di energia utilizzata, ma non possono immagazzinare o accumulare energia. Ne è un esempio una pompa di calore ibrida che può generare energia tramite elettricità o gas. È in grado di comunicare l'entità del suo fabbisogno o l'intervallo in cui si trova o si troverà a breve. Le modalità operative degli attuatori indicano la quantità di energia che può essere prodotta in quella modalità. Il CEM combina le modalità operative degli attuatori per soddisfare la domanda.

Cosa significa questo per KNX, come possono essere implementati questi tipi di controllo nel mondo KNX?

Si tratta soprattutto di parametri che cambiano nel tempo. Questo sarebbe sicuramente possibile tramite la comunicazione di gruppo in KNX. Ma in realtà i telegrammi a 14 byte non sarebbero sufficienti.

non sarebbero sufficienti a questo scopo; si dovrebbero utilizzare frame più estesi. In una tipica comunicazione di gruppo, tuttavia, il CEM si rivolge sempre a una sola unità, quasi mai a più unità contemporaneamente. Pertanto, sarebbe più adatta la comunicazione Oggetto/Proprietà, o addirittura Proprietà di funzione. Tuttavia, ciò richiederebbe che l'installatore memorizzi gli indirizzi individuali dei RM nel CEM, cosa che attualmente l'ETS non supporta.

Pertanto, sarebbe meglio utilizzare KNX IoT Point API con strutture dati JSON o CBOR per lo scambio tra CEM e RM. "Tuttavia, KNX Classic può ancora essere utilizzato per la comunicazione event-driven", spiega Joost Demarest. "Lo scambio dei parametri dei dispositivi, tuttavia, potrebbe essere effettuato tramite KNX IoT Point API".

E ora un'altra novità per la Germania. A questo punto, l'FNN è responsabile delle specifiche della cosiddetta scatola di controllo, che si trova dietro il gateway del contatore intelligente (SMGW). La centralina consente di commutare i carichi nella casa intelligente o negli edifici intelligenti. In precedenza, le centraline erano disponibili con quattro contatti a relè. "È in fase di preparazione l'allegato B alle specifiche della centralina FNN, che specificherà come la centralina possa essere realizzata anche con KNX", afferma soddisfatto Joost Demarest. La centralina potrebbe quindi essere realizzata come client tunnelling KNXnet/IP. La cosa più importante è che l'installatore può configurare l'impianto KNX come prima, non cambia nulla per lui. Deve solo integrare nel sistema i server KNX Secure Tunneling disponibili in commercio. Tuttavia, il produttore della centralina di controllo con interfaccia KNX deve fornire un'applicazione ETS. Questo garantisce che i parametri richiesti dalla centralina possano essere scambiati durante la prima installazione o la sostituzione della centralina. "L'Allegato B sarà presto adottato, quindi i produttori potranno sviluppare le centraline di controllo di conseguenza e immetterle sul mercato", spiega Joost Demarest.

In questo modo, KNX e KNX IoT potranno lavorare insieme in futuro.