Comfort ambientale e IA

Introduzione

In questo articolo vogliamo trattare un argomento che sta a cuore a Diot, ovvero il comfort ambientale. Questo tema è stato fonte di studio e analisi per Diot in modo da inserirlo nel suo prodotto SSLS+. Lo sapevi infatti che ci sono differenti studi che dimostrano che il comfort ambientale influenza lo stato di salute della tua famiglia? Scopriamo quindi insieme di più su questa tematica e come è stato integrato in SSLS+.
In SSLS+ si è agito sulla costruzione di modelli sintetici per la descrizione del comfort ambientale in termini delle grandezze monitorate. Si definisce comfort ambientale quella particolare condizione di benessere determinata, in funzione delle percezioni sensoriali di un individuo inserito in un ambiente, da:

• temperatura;
• umidità dell'aria;
• livello di rumorosità;
• luminosità rilevati all'interno dell'ambiente.

Da tale definizione si ha una distinzione tra benessere termo-igrometrico, benessere acustico e benessere luminoso. Il comfort ambientale identifica il benessere psicofisico delle persone che vivono un ambiente (casa, ufficio) ed è una sensazione dipendente da determinate condizioni ambientali che sono in parte responsabilità anche del costruttore o progettista. Seguendo questo principio, dal punto di vista tecnico ha avuto una maggiore rilevanza il benessere termo-igrometrico, in quanto può descriversi in termini di interazione tra uomo e ambiente attraverso meccanismi di scambio di calore: in realtà questo è definibile con un certo grado di approssimazione in quanto le reazioni di ciascun individuo ad una determinata sollecitazione esterna possono essere differenti. Anche per la luminosità o per il rumore ambientale vi sono specifiche indicazioni che influenzano il benessere della persona. È tuttavia abbastanza chiaro che la sensazione di benessere sarà comunque una sensazione individuale, ed è quindi utile un sistema che raccolga i dati per la specifica utenza (a livello dell’intera casa o a livello della singola stanza per il singolo utente occupante) e che individui in quale range dei parametri può essere definito il comfort nello specifico ambiente domotico.

Monitoraggio ambiente indoor

Un sistema di monitoraggio distribuito è un insieme di sensori il cui compito è misurare i dati grezzi relativi all’ambiente circostante, raccoglierli ed elaborarli, il tutto in un lasso di tempo sufficiente affinché i dati abbiano rilevanza statistica; l’uso di questi sistemi è stato applicato fin dal XIX secolo in svariati ambiti, che vanno da quello industriale a quello biomedico; attualmente tali sistemi consentono anche un deciso miglioramento della vita quotidiana in ambienti sia privati sia pubblici.
Con la parola indoor ci si riferisce ad ambienti confinati sia di vita sia di lavoro (non industriali, però); si tratta di locali adibiti a dimora, svago, lavoro e trasporto che comprendono abitazioni, edifici pubblici e privati, strutture comunitarie e mezzi di trasporto. Si tratta di ambienti all’interno dei quali la popolazione trascorre gran parte del proprio tempo e necessitano quindi di particolare monitoraggio per il raggiungimento di una situazione di comfort. Come detto in precedenza, la definizione di comfort risulta essere vaga, in quanto richiama una condizione generica e generale di soddisfazione nella quale un gruppo di individui, o un solo individuo, si trova e non vi è desiderio di allontanarsi; rappresenta una condizione fondamentale e necessaria in tutti gli ambienti, che essi siano di lavoro o aperti al pubblico. Di seguito verranno analizzati con maggiore dettaglio i seguenti fattori:

• comfort/benessere termoigrometrico;
• comfort/benessere respiratorio olfattivo;
• comfort/benessere respiratorio olfattivo;
• comfort/benessere visivo-illuminotecnico;
• comfort/benessere acustico.

Comfort termo-igrometrico

Il benessere termoigrometrico è definito come stato psicofisico in cui il soggetto esprime soddisfazione nei riguardi del microclima o anche come condizione in cui il soggetto non ammette nessuna sensazione di caldo o di freddo; è una condizione estremamente soggettiva che rende complicato lo studio e la classificazione di parametri oggettivi. Esistono diversi modelli, che tengono conto di diversi parametri per la valutazione del comfort: tra questi ricordiamo il modello di Fanger, i modelli adattivi dell’ASHRAE Standard o dello standard EN 16798-1:2019. Tali modelli vengono adottati in fase di progettazione per la valutazione delle condizioni di comfort termo-igrometrico. Si basano su studi statistici condotti in laboratorio sul bilancio termico del corpo, e incrociano la misura della temperatura e dell’umidità con altri dati riguardanti l’attività fisica degli occupanti, il vestiario e così via. Il concetto di voto/giudizio sulle condizioni di comfort termo-igrometrico è proprio quello che il sistema di intelligenza artificiale di SSLS+ ripercorre per la costruzione di un proprio modello di comfort. L’Intelligenza Artificiale (IA) di SSLS+ costruisce un proprio modello di andamento della temperatura e dell’umidità, e ponendo delle domande all’utente sulla sensazione attuale costruisce un modello per il range di variazione annuale delle grandezze temperatura-umidità gradite nell’ambiente domotico monitorato.

Comfort respiratorio olfattivo

Il concetto di comfort respiratorio olfattivo non è molto esplorato in letteratura e la maggior parte degli aspetti studiati si rifanno alla presenza di specifici gas, tenendo conto soprattutto della loro pericolosità (monossido di carbonio, metano, gpl, ecc). Vista la pericolosità di tali gas (mortale nel caso di monossido di carbonio ed esplosivo nel caso di metano e gpl), non si prevedono tanto sistemi che ne fanno il monitoraggio, quanto sistemi che ne rilevino la presenza e lancino un allarme. Questo chiaramente non è legato tanto al concetto di comfort, quanto piuttosto al concetto di sicurezza. Solo in determinati ambiti sta diventando usuale andare a misurare il livello di anidride carbonica presente (sottoprodotto di scoria della respirazione, che dovrebbe rimanere sotto la soglia di 410 ppm). Gli inquinanti dell’aria all’interno inducono diversi sintomi acuti:

• irritazione degli occhi;
• irritazione della gola e della mucosa nasale;
• mal di testa;
• e una sensazione di malessere.

Stabilire quindi una buona qualità dell’aria in casa e nelle stanze è fondamentale per salute e il benessere. La casistica del comfort respiratorio olfattivo in ambiente domestico si associa pertanto al concetto di qualità dell’aria, indicando con questo un livello di concentrazione di gas inquinanti (soprattutto anidride carbonica), al di sotto di una certa soglia. L’intelligenza artificiale di SSLS+, in questo caso, avrà il compito di modellare l’andamento di questo parametro e di suggerire azioni che favoriscano il ricircolo dell’aria, qualora questa presenti un aumento della quantità di gas o addirittura far scattare un allarme in condizioni di possibile rischio.

Comfort visivo

Il benessere visivo rappresenta il livello ottimale di luce che consente ai nostri occhi la migliore percezione visiva dell’ambiente, intesa come rilievo dei contrasti di colori e luminosità e distinzione degli oggetti, anche quelli più distanti. Il benessere visivo rappresenta un argomento assai articolato e a tutt’oggi molto dibattuto, soprattutto per la molteplicità di fattori che intervengono e ne influenzano le prestazioni tra i quali ricordiamo:

• Flusso luminoso. Indica la quantità di energia luminosa emessa nell’unità di tempo da una sorgente.
• Intensità luminosa. Indica la quantità di flusso luminoso emessa da una sorgente all’interno dell’angolo solido unitario (steradiante) in una direzione data.
• Illuminamento. Indica la quantità di luce che colpisce una superficie unitaria: in altre parole il rapporto tra il flusso luminoso incidente su una superficie e l’area della superficie illuminata.
• Luminanza. Indica l’intensità della luce riflessa o emessa da una superficie verso chi guarda, ovvero il rapporto tra l’intensità luminosa emessa da una superficie in una data direzione e l’area apparente di tale superficie. È importante avere ben chiara la differenza esistente tra illuminamento e luminanza. Se la prima grandezza indica la quantità di luce, emessa da una sorgente, che colpisce una certa superficie, la seconda indica la sensazione di luminosità che riceviamo da questa superficie.

L’ efficacia di un progetto di illuminazione è il risultato ottenuto dallo sviluppo di due differenti analisi: quantitativa, data dalla determinazione del numero di sorgenti luminose e dal loro posizionamento, e qualitativa, data dalla scelta del tipo di luce più adatto a svolgere una determinata attività e dalla sua distribuzione nello spazio. A questi si aggiungono i fattori fisiologici dell’occhio che citiamo solamente e sono:

• capacità di adattamento
• contrasto
• acuità visiva
• velocità di percezione
• tonalità della luce
• direzione della luce
• abbagliamento
• illuminamento
• indice di resa cromatica.

La maggior parte di queste grandezze entrano in gioco in fase di progettazione degli spazi e nella scelta dell’illuminazione dei vari ambienti secondo il loro uso. Non hanno però un loro uso specifico all’interno di un sistema domotico. L’unica entità che si è pensato di monitorare per esprimere il comfort visivo nel sistema SSLS+ è stato l’illuminamento. Anche in questo caso l’AI modellerà l’andamento di questo parametro nei diversi ambienti, chiedendo però indicazioni all’utente se gradisce il livello di illuminazione presente. I dati verranno incrociati con quelli della presenza degli individui, in modo ad esempio da prevedere anche la possibilità di spegnere le luci in ambienti non occupati.

Comfort acustico

La protezione degli ambienti dai rumori provenienti dall’esterno o da ambienti adiacenti assume una importanza sempre maggiore sia per la richiesta di una certificazione a livello normativo in aggiunta all’attuale legge (DPCM 5/12/97), sia per la crescente sensibilità maturata dalle persone sul problema dell’inquinamento acustico. Una volta definite le sorgenti di rumore, esterne o interne, viene successivamente valutata la modalità di propagazione delle onde sonore all’interno dei vari ambienti di un edificio che possono essere suddivisi in:

• rumore aereo generato da una sorgente esterna (traffico, aerei, …);
• rumore aereo generato da sorgente interna all’edificio (vani tecnici, ascensori, attività commerciali, ricreative, …);
• rumore di tipo impattivo (calpestio solaio);
• rumore generato dagli impianti o dalle attività delle persone;
• rumore riverberante.

Il rumore aereo si propaga secondo due modalità: per via aerea diretta, laddove la sorgente sonora si trovi nello stesso ambiente dell’ascoltatore, che viene raggiunto direttamente dalle onde sonore senza che queste subiscano alcuna attenuazione dovuta alla presenza di ostacoli quali muri, solai, ad eccezione dei fenomeni di assorbimento e riflessione dipendenti dalla geometria e dai rivestimenti superficiali dell’ambiente; per via aerea indiretta, quando l’onda sonora subisce un’attenuazione per la presenza di ostacoli (pareti divisorie) nel suo cammino di propagazione. La tipologia di rumore aereo è strettamente correlata alle prestazioni acustiche delle strutture edilizie che costituiscono l’involucro, la pelle dell’edificio (pareti verticali, coperture, solai). Altra modalità di propagazione è quella per via strutturale, dove le onde sonore sono generate dalle vibrazioni delle strutture sottoposte a urti (rumore da calpestio del pavimento). Questa tipologia di rumore dipende dalle caratteristiche acustiche delle strutture (solai, parete divisorie), finiture (intonaci, pavimenti) interne all’edificio. Il benessere acustico viene valutato in funzione di grandezze acustiche quali:

• livello di pressione sonora;
• livello di intensità sonora;
• livello di potenza sonora.

La maggior parte dei rumori sono determinati da elementi interni all’ambiente. In tal senso il monitoraggio dei livelli di pressione sonora permette di stabilire quali sono solitamente le fonti di suono/rumore, la loro intensità e l’andamento durante le varie ore del giorno. L’IA in questo caso servirà a modellare tali livelli, individuare situazioni in cui l’intensità supera delle soglie e incrociare i dati con la presenza di utenti nella casa per individuare anomalie in apparecchiature o situazioni di alterazione dell’ambiente.

Esempi di tecnologie necessarie per la sensoristica ambientale

Se ti stai chiedendo cosa serve per il monitoraggio del comfort ambientale, eccoti la risposta; la sensoristica necessaria è la seguente:

• sensore di luminosità;
• sensore di temperatura/umidità;
• sensore rumore;
• sensore qualità dell'aria.

In SSLS+ è stata realizzata tale sensoristica per poi fornire all’utente delle informazioni utili sul comfort ambientale attraverso la Dashboard del Comfort di SSLS+ in cui si trova un pannello dedicato alle seguenti:

• Comfort termico
• Comfort igrometrico
• Comfort termo-igrometrico
• Comfort acustico
• Comfort visivo
• Comfort respiratotrio e della qualità dell'aria.

Nella sua realizzazione al fine dell’usabilità si è cercato di rendere usabile e facilmente consultabile la dashboard inserendo le seguenti caratteristiche:

• Grafico esplicativo;
• Uso di colorazioni adeguate nei grafici;
• Indicazione interattiva dei parametri consultati;
• Interazione e selezione delle grandezze;
• Possibilità di zoom del grafico;
• Faq ed help per ciascun grafico.

Intelligenza artificiale per monitoraggio e predizione di parametri ambientali ed energetici in SSLS+

Il sistema di AI in SSLS+ prevede la comunicazione tra i sensori e l’interfaccia utente. In altre parole simula un comportamento “umano”, che invia una serie di notifiche con scopi diversi:

• Segnalare un alert su un sensore (consumo elevato, rumori molesti, anomalie varie);
• Indicare un’azione (spegnere/accendere la luce, spegnere/accendere il riscaldamento/raffrescamento, aprire porte e finestre per far cambiare un’aria viziata e così via);
• Chiedere feedback sulle condizioni di comfort attuali;
• Suggerire azioni indicando eventuali vantaggi.

Può infatti accadere che i sensori rilevino un parametro non conforme con le abitudini dell’utente, che viene quindi avvisato con un alert. In questo caso la sezione IA fornisce delle domande all’utente dopo aver segnalato l’anomalia con il popup e in questo modo raccoglie informazioni sullo stato del comfort del¬l’utente sia in merito al messaggio che ha ricevuto sia su altri parametri sensoristici che si raccolgono. In questo modo farà una valutazione mirata sull’utente e lo informerà con altri messaggi futuri basandosi su questa ultima valutazione.

Conclusioni

Il monitoraggio del comfort ambientale può migliorare sensibilmente la vita di un utente. Grazie ad un sistema IA si può migliorare la percezione di un utente nella propria casa. SSLS+ racchiude una dashboard dedicata al comfort ambientale e un sistema di Intelligenza Artificiale che interagisce con l’utente e raccoglie sempre informazioni.