Come i dispositivi LoRaWAN® migliorano le soluzioni BMS negli edifici esistenti

I sistemi di gestione degli edifici (BMS) rappresentano da oltre 30 anni il livello di controllo centrale delle operazioni di una struttura. Originariamente sviluppati per il controllo degli impianti HVAC, si sono gradualmente evoluti per monitorare altri parametri critici degli edifici. Tuttavia, pur avendo ampliato il loro ambito di applicazione, questi sistemi non sempre sono riusciti a stare al passo con le nuove esigenze degli edifici moderni.

Oggi, i facility manager si trovano ad affrontare una pressione crescente per conformarsi alle normative sull'efficienza energetica, ridurre i costi operativi, ottimizzare l'utilizzo degli spazi e creare ambienti interni più sani e confortevoli. Il raggiungimento di questi obiettivi richiede ben più di pochi sensori principali: necessita di dati in tempo reale provenienti da ogni angolo dell'edificio.

Ed è qui che entra in gioco LoRaWAN®.

A differenza degli approcci tradizionali, i sensori IoT abilitati LoRaWAN® offrono un modo più semplice ed economico per monitorare gli edifici su larga scala. Le loro capacità a lungo raggio e a basso consumo energetico li rendono ideali per l'ammodernamento di spazi esistenti, senza gli elevati costi e i disagi derivanti dall'aggiunta di nuovi cablaggi.

Facciamo un confronto: Zigbee, Z-Wave, Wi-Fi e BLE hanno un raggio di propagazione RF di circa 80-100 dB, che in genere si traduce in 20-30 metri o nella copertura di uno o due piani di un edificio. Queste tecnologie sono state progettate per un'elevata velocità di trasmissione dati su brevi distanze o per reti mesh, che possono risultare inaffidabili in ambienti rumorosi e complesse da configurare.

LoRaWAN® , d'altro canto, supporta un budget di collegamento fino a 150 dB, garantendo copertura su quattro o sei piani in cemento armato nella maggior parte degli edifici. La sua topologia a stella è ottimizzata per la trasmissione di piccoli pacchetti di dati su lunghe distanze utilizzando frequenze sub-GHz (860 MHz e 900 MHz), che subiscono molte meno interferenze rispetto alle affollate bande a 2.4 GHz e 5 GHz utilizzate da altre tecnologie.

In termini pratici? Significa che un singolo gateway LoRaWAN® può supportare migliaia di sensori alimentati a batteria distribuiti in un'intera struttura, molti dei quali possono funzionare per 5-10 anni con una singola batteria AA o a bottone.

E non si ferma qui.

Ciò che rende LoRaWAN® particolarmente interessante è la sua compatibilità nativa con le infrastrutture BMS esistenti. I facility manager non devono stravolgere i propri sistemi: i sensori LoRaWAN® possono essere integrati come dispositivi cablati. Per gli integratori e gli operatori, è come continuare a fare ciò che prima era necessario, ma a una frazione del costo.

Stiamo parlando di un costo pari a 1/10 o 1/100 di quello necessario per aggiungere sensori cablati. Eppure, con LoRaWAN®, si ottiene la possibilità di monitorare e controllare l'edificio in tempo reale tramite la stessa interfaccia BMS a cui si è abituati.

Con questo approccio, i gestori degli edifici possono:

1. Ridurre il consumo di energia attraverso un controllo più intelligente e basato sui dati
2. Minori costi di esercizio e manutenzione riducendo al minimo le ispezioni manuali
3. Massimizza l'utilizzo dello spazio comprendendo come vengono effettivamente utilizzate le aree
4. Migliorare il comfort e il benessere per gli occupanti con un migliore monitoraggio ambientale
5. Rispettare le normative governative legato a iniziative per le emissioni zero e l'efficienza energetica

Il tutto senza sconvolgere l'ecosistema esistente di gestione degli impianti.

Questo è il potere di LoRaWAN®. Ed è per questo che così tanti facility manager stanno potenziando i loro sistemi BMS esistenti aggiungendo dispositivi LoRaWAN®, riducendo il cablaggio, la manodopera e i tempi.

Che si tratti di un edificio commerciale di 5 piani o di un grattacielo di 50 piani, abbiamo aiutato i clienti a implementare LoRaWAN® in un solo giorno, o in una o due settimane per strutture più grandi, con un team ridotto sul posto.

Come siamo arrivati ​​a questo punto? E perché LoRaWAN® si sta affermando come la soluzione ideale per la modernizzazione degli impianti degli edifici? Analizziamo l'evoluzione dei sistemi di gestione degli edifici (BMS), i limiti delle infrastrutture tradizionali e i chiari vantaggi offerti da LoRaWAN®.

Breve storia di BMS

Sebbene gli edifici intelligenti possano sembrare un'innovazione recente, le radici dei sistemi di gestione degli edifici (BMS) risalgono a quasi due secoli fa.

Il percorso ebbe inizio all'inizio del XIX secolo , con l'introduzione di strumenti di automazione rudimentali come i termostati meccanici per il controllo dell'illuminazione e della temperatura negli edifici. Queste prime invenzioni gettarono le basi per sistemi di automazione più complessi che sarebbero poi venuti.

Una tappa fondamentale si ebbe nel 1883 , quando Warren Johnson sviluppò il primo termostato elettrico. Questo dispositivo semplice ma potente divenne la base di quello che si sarebbe poi evoluto negli odierni sistemi di automazione degli edifici (BAS) e sistemi di gestione degli edifici (BMS).

Facciamo un salto avanti agli anni '1920 : il primo rudimentale sistema BMS (Building Management System) fu installato in un edificio per uffici a New York. Utilizzava regolatori elettrici analogici per gestire la temperatura e l'umidità, un primo esempio di controllo ambientale centralizzato negli spazi commerciali.

Negli anni '1950 , con l'avvento dell'elettronica digitale, delle reti e dei controllori logici programmabili (PLC), la tecnologia BMS (Building Management System) iniziò a diffondersi su larga scala. Gli edifici potevano ora gestire una gamma più ampia di sistemi utilizzando infrastrutture sempre più sofisticate.

Ma è stata l'introduzione dei controlli basati su microprocessore negli anni '1970 a trasformare veramente i sistemi BMS in quello che conosciamo oggi: un sistema di controllo flessibile e programmabile in grado di centralizzare e automatizzare le principali funzioni di un edificio.

Poi arrivò il 1996 e con esso una svolta epocale: BACnet . Questo protocollo di comunicazione aperto permise a diversi sistemi – HVAC, illuminazione, sicurezza antincendio e altro ancora – di "parlare la stessa lingua", ampliando drasticamente l'interoperabilità e la scalabilità delle soluzioni BMS.

Dai termostati meccanici all'intelligenza digitale, i sistemi di gestione degli edifici (BMS) hanno fatto molta strada. Ma, come vedremo in seguito, sebbene le basi siano solide, gli edifici moderni richiedono molto di più di quanto i sistemi tradizionali fossero in grado di gestire.

Analizziamo nel dettaglio perché i sistemi BMS sono nati con il settore HVAC e cosa ciò significhi per le loro funzionalità odierne.

Perché BMS ha iniziato con il settore HVAC

I sistemi di gestione degli edifici (BMS) affondano le loro radici nell'automazione degli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento ( HVAC ) , e non è un caso. Negli anni 1880 , furono sviluppati i primi termostati per gestire la temperatura e l'umidità, molto prima che esistesse il termine "BMS".

Nel 1902 , l'invenzione dell'aria condizionata da parte di Willis Carrier portò il controllo climatico centralizzato nei grandi edifici, ponendo le basi per l'automazione. I sistemi HVAC, ricchi di condotti, caldaie e refrigeratori, erano complessi e distribuiti su intere strutture. Con l' avvento dell'elettronica digitale e dei PLC negli anni '1960 e '70, l'automazione dei sistemi HVAC divenne un primo passo naturale.

Oltre alle esigenze tecniche, c'erano anche motivazioni economiche. Gli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) consumano la maggior parte dell'energia negli edifici commerciali. Automatizzarli offriva un risparmio energetico immediato e la conformità alle normative, rendendo l'investimento facilmente giustificabile dal punto di vista economico.

Pertanto, BMS ha iniziato con il settore HVAC perché era quello più importante, dal punto di vista tecnico, finanziario e operativo.

Successivamente, esamineremo come i sistemi BMS si sono evoluti per gestire molto più della semplice aria.

Espansione del BMS ad altre funzioni di controllo degli edifici

Una volta che i sistemi HVAC sono stati digitalizzati e centralizzati, le piattaforme BMS si sono rapidamente evolute per integrare:

• Illuminazione: programmazione e regolazione dell'intensità luminosa in base all'occupazione
• Sicurezza antincendio e sicurezza delle persone: allarmi, serrande tagliafumo, intervento di emergenza
• Sicurezza e accesso: integrazione di sistemi di videosorveglianza, lettori di badge e sistemi di prevenzione delle intrusioni
• Distribuzione dell'energia: misurazione, razionamento dell'energia e controllo della fornitura elettrica
• Ombreggiatura, ascensori, impianti idrici: per ottimizzare il comfort e il consumo energetico

Questa espansione ha portato BMS a evolversi in hub multisistema, migliorando l'efficienza energetica, il comfort degli occupanti e la sicurezza.

Protocolli, software e framework BMS dominanti oggi 

BACnet (ANSI/ASHRAE 135) è il protocollo di fatto per l'automazione degli edifici dal 1995. Supporta sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC), illuminazione, controllo accessi, sicurezza antincendio e altro ancora. Nel 2024 deteneva una quota di mercato del 40%, seguito da Modbus con circa il 25%.

LonWorks , KNX e oBIX sono attori di nicchia che consentono lo scambio di dati tra dispositivi tramite BACnet o REST.

Tridium Niagara Framework / Niagara 4 è un motore universale che consente l'integrazione tra dispositivi e aziende tramite BACnet, Modbus, LonTalk, oBIX e API REST. È integrato in prodotti di Trend, Honeywell WEBs, Distech, Cylon e altri. È apprezzato per scalabilità, interoperabilità e compatibilità con l'IoT, ma richiede una formazione specialistica.

I sistemi BMS (Building Management System) hanno avuto origine a metà del XX ^secolo con il controllo degli impianti HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria), a causa della loro natura centralizzata, dei costi elevati e dell'impatto significativo. Una volta implementata la piattaforma, l'estensione ad altri sistemi edilizi è stata un passo successivo logico ed economicamente vantaggioso per la graduale integrazione di illuminazione, sicurezza, antincendio, energia, schermature solari, acqua e controllo degli accessi. I moderni sistemi BMS si basano su protocolli aperti (BACnet, Modbus) e framework come Niagara per integrare sistemi eterogenei e supportare la gestione moderna degli edifici abilitata dall'IoT.

Funzioni principali del BMS oltre la climatizzazione

I moderni sistemi BMS controllano e monitorano una varietà di sistemi interconnessi oltre al riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC), come ad esempio:

1. Sistemi di illuminazione – programmazione, regolazione dell'intensità luminosa, risposta in base all'occupazione/alla luce
2. Distribuzione elettrica e monitoraggio dell'energia – gestione dei circuiti e dei carichi
3. Ombreggiatura e vetratura – tapparelle automatizzate o controllo intelligente del vetro
4. Controllo degli accessi e sicurezza – sistemi di controllo accessi, videosorveglianza, sensori di movimento
5. Sicurezza antincendio – allarmi, serrande, evacuazione fumo, integrazione con sistemi HVAC
6. Ascensori/scale mobili – monitoraggio e override di emergenza
7. Gestione energetica – consumo in tempo reale, risposte alla domanda
8. sistemi di gestione delle emergenze/disastri – ad esempio, interventi in caso di terremoto o alluvione
9. Sistemi idrici – pompe, circuiti idraulici HVAC, rilevamento perdite
10. Registrazione di allarmi e avvisi – guasti di sistema, notifiche di manutenzione

Quanti sistemi BMS sono installati e qual è la dimensione del mercato?

Sebbene sia raro trovare un conteggio preciso dei sistemi di gestione degli edifici (BMS) installati a livello globale, possiamo farci un'idea chiara della portata del fenomeno analizzando i dati di mercato:

• Migliori Il mercato globale dei sistemi BMS (Building Management System) aveva un valore di circa 19.8 miliardi di dollari nel 2024.e si prevede che crescerà a un ritmo di circa un 3% CAGR tra il 2025 e il 2034 (fonte: Informazioni sul mercato globale).
• Un'altra previsione prevede una crescita da Da 20.25 miliardi di dollari nel 2024 a 82 miliardi di dollari entro il 2034, in a 0% CAGR (fonte: Ricerca sulla precedenza).
• Una stima separata colloca il mercato a 14.4 miliardi di dollari nel 2023, espandendosi a 33.8 miliardi di dollari entro il 2030-un 0% CAGR .

Queste proiezioni mettono in luce un settore enorme e in continua crescita. Dato che la maggior parte dei grattacieli commerciali, istituzionali e industriali costruiti a partire dagli anni 2000 include una qualche forma di BMS (Building Management System), possiamo facilmente parlare di centinaia di migliaia, se non milioni , di sistemi attivi in ​​funzione in tutto il mondo.

Questa espansione è alimentata dall'aumento dei prezzi dell'energia, da normative di sostenibilità più stringenti e dalla spinta verso una gestione degli edifici più intelligente e basata sui dati. Ma nonostante questa crescita, molti impianti BMS sono ancora cablati, il che lascia un'evidente opportunità per innovazioni wireless come LoRaWAN®.

A seguire, analizzeremo come l'architettura BMS tradizionale è cablata al cuore del sistema e perché ciò presenta sia limitazioni che opportunità di modernizzazione.

Perché i BMS sono quasi interamente cablati 

Oggigiorno, la maggior parte dei sistemi di gestione degli edifici (BMS) negli edifici commerciali e industriali è cablata per ragioni tecniche, operative ed economiche ben precise. Le tecnologie wireless come Wi-Fi, BLE, Zigbee e Z-Wave sono raramente utilizzate nelle implementazioni BMS, non perché non siano disponibili, ma perché sono fondamentalmente inadatte alle infrastrutture critiche presenti in edifici di grandi dimensioni e complessi.

Perché Wi-Fi, BLE, Zigbee e Z-Wave sono usati raramente

Le tecnologie wireless come Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee e Z-Wave sono comuni nell'elettronica di consumo e nei sistemi di domotica, ma raramente trovano spazio nei sistemi di gestione degli edifici (BMS) di livello aziendale. E non per mancanza di disponibilità. Queste tecnologie semplicemente non sono progettate per la scalabilità, l'affidabilità e la longevità richieste dai grandi edifici commerciali e industriali. Ecco perché.

 

Perché i sensori wireless spesso falliscono nei sistemi BMS

Esaminiamo uno scenario reale.

Immaginate di dover installare sensori wireless in un ospedale di 30 piani per monitorare la temperatura e l'umidità in ogni stanza dei pazienti, corridoio e locale tecnico. Sulla carta, potrebbe sembrare un ottimo modo per ridurre i costi di cablaggio. Ma ecco cosa succede realmente:

1. Wi-Fi richiederebbe centinaia di punti di accesso (AP) distribuiti su tutti i piani e le ali dell'edificio, oltre a una vasta infrastruttura IT per gestire connettività, aggiornamenti e sicurezza.
2. BLE e Zigbee potrebbero risparmiare energia rispetto al Wi-Fi, ma avrebbero comunque bisogno Sostituzione della batteria ogni 1-2 anni, per non parlare di una fitta rete di ripetitori di maglia giusto per garantire una comunicazione costante tra i piani.
3. Muri in cemento, ascensori e attrezzature mediche creano un'enorme interferenza di segnale, il che significa che molti sensori non si connetteranno in modo affidabile, o non si connetteranno affatto.
4. Ogni volta che un dispositivo viene spostato, si guasta o perde alimentazione, Il personale IT o addetto alla manutenzione deve riattivare manualmente il nodo.—creando ore di manutenzione imprevista.
5. Alla fine, il tempo, impegno e rischio di guasti del sistema i costi superano rapidamente i risparmi iniziali derivanti dall'evitare i cavi.

Non si tratta solo di un'ipotesi. È una realtà per molti team di gestione degli impianti che hanno sperimentato sensori wireless a corto raggio. Senza un'infrastruttura appositamente progettata e un'affidabilità a lungo raggio, questi sistemi spesso creano più problemi di quanti ne risolvano.

Successivamente, analizzeremo nel dettaglio come LoRaWAN® supera questi ostacoli e perché rappresenta la soluzione ideale per ambienti esigenti come ospedali, grattacieli e impianti industriali.

Perché LoRaWAN® è ideale per migliorare i sistemi BMS

LoRaWAN supera molte limitazioni delle reti wireless:

1. budget di collegamento di oltre 150 dB → penetra nel calcestruzzo e si estende per 4–6 metri. Ciò è dovuto alla minore interferenza nello spettro sub-GHz rispetto allo spettro a 2.4 e 5 GHz e al livello fisico LoRa resistente alle interferenze.
2. Potenza ultrabassa → Batteria con durata di 5-10 anni
3. Topologia a stella → nessuna rete
4. Integrazione nativa del BMS → può fungere da “sensore cablato” dal punto di vista del BMS tramite gateway e convertitori (Modbus, BACnet, MQTT).

La maggior parte delle soluzioni BMS attualmente in uso dispone di un numero sufficiente di sensori e dispositivi cablati per raccogliere tutti i dati necessari ad affrontare le 5 aree chiave menzionate in precedenza per i facility manager?

No, la maggior parte delle soluzioni BMS attualmente in uso non dispone di un numero sufficiente di sensori e dispositivi cablati per affrontare appieno le cinque aree chiave per i facility manager:

1. Ridurre il consumo di energia
2. Ridurre i costi operativi e di manutenzione
3. Aumentare l'utilizzo degli edifici
4. Migliorare il benessere e la qualità della vita
5. Rispettare le direttive governative (zero emissioni nette, efficienza energetica,

Ed ecco perché:

I sistemi BMS tradizionali erano progettati per il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell'aria (HVAC), non per il monitoraggio completo.

• Il controllo BMS tradizionale è principalmente Riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC), illuminazionee forse sicurezza antincendio e
• Essi mancanza di granularità—un sensore potrebbe rappresentare un intero piano o
• I casi d'uso moderni richiedono a livello di stanza, a livello di scrivania e a livello di zona Informazioni (ad esempio, CO₂, presenza, umidità) che i vecchi sensori cablati non sono in grado di fornire.

L'implementazione di sensori cablati è limitata da costi e complessità.

• Far passare i cavi è costoso e crea disagi, soprattutto in edifici occupati o ristrutturati.
• Di conseguenza, gli integratori BMS cablare solo ciò che è considerato “essenziale” (Serrastre HVAC, punti di rilevamento della temperatura, misuratori di potenza).
• I sistemi spesso hanno sensori minimi o assenti per:
  1. Occupazione e utilizzo delle postazioni di lavoro
  2. Qualità dell'aria interna (CO₂, VOC, 5)
  3. Manutenzione predittiva (vibrazioni, temperatura del motore)
  4. Utilizzo dell'acqua e rilevamento delle perdite
  5. Livelli di rumore e comfort umano

Le lacune nei dati creano punti ciechi. 

Senza una fitta copertura di sensori, i gestori degli impianti non possono:

1. Individuare le aree sottoutilizzate per la riduzione del consumo energetico.
2. Ottimizzare la pulizia, l'illuminazione o la ventilazione in base all'occupazione reale
3. Individuare tempestivamente perdite o inefficienze delle apparecchiature
4. Convalidare le dichiarazioni sulla qualità dell'aria (sempre più regolamentate dopo il COVID)
5. Rispettare i nuovi requisiti in materia di ESG e decarbonizzazione.

La maggior parte dei sistemi è chiusa o difficile da aggiornare.

1. Molti impianti BMS sono proprietario o semi-chiuso (ad esempio, vecchi sistemi Johnson Controls, Siemens o Honeywell).
2. L'aggiunta di nuovi dispositivi spesso richiede appaltatori autorizzatiaggiornamenti software e compatibilità
3. Ciò limita la loro flessibilità e scalabilità nell'acquisizione di nuovi dati

I sistemi BMS più diffusi oggi

Cosa serve per affrontare appieno i 5 obiettivi

Perché LoRaWAN è fondamentale per colmare queste lacune

La maggior parte dei sistemi di gestione degli edifici (BMS) attualmente in uso è stata progettata attorno a un'infrastruttura cablata, e questo si è rivelato un serio limite. Sebbene gestiscano le funzioni di base di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) e di illuminazione, questi sistemi spesso non dispongono dei dati dettagliati e precisi necessari per ridurre i costi, migliorare il comfort e soddisfare i requisiti normativi e ambientali (ESG) odierni.

È qui che entrano in gioco i sensori LoRaWAN® . Non sono qui per sostituire il BMS, ma per completarlo.

Copertura attuale dei sensori BMS e potenziale dei sensori e dispositivi LoRaWAN

Intervallo RF tipico in dB per Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave e LoRaWAN

Ecco un confronto tra l' intervallo tipico del budget di collegamento RF (in dB) per Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave e LoRaWAN , che è il parametro chiave per determinare quanto lontano e in modo affidabile un segnale può viaggiare ed essere ancora ricevuto:

Tabella comparativa del budget di collegamento RF (dB)

Che cosa significa "budget di collegamento"? 

Budget di collegamento = Potenza di trasmissione + Sensibilità del ricevitore – Perdita di percorso 

• Un budget di collegamento più elevato significa una portata maggiore, migliore
• Ogni guadagno di 6 dB equivale a circa il raddoppio della portata in modalità libera. Ad esempio:
• BLE (~95 dB) potrebbe raggiungere uno
• LoRaWAN (~160 dB) può coprire un intero campus o più edifici da uno

Ecco i budget di collegamento RF tipici (in dB), una misura chiave della portata e della penetrazione wireless, comunemente citata per le tecnologie IoT di consumo e industriali:

Confronto del budget del collegamento RF

Spiegazione

• Collega budget = Potenza di trasmissione + Guadagni dell'antenna – Sensibilità di ricezioneIndica quanta perdita di percorso può subire il segnale
• Approssimativamente, ogni aggiuntivo 6 dB nel bilancio di collegamento gamma doppia in libero
• Wi-Fi, BLE, Zigbee operare in 4 GHz, offrendo una copertura interna limitata (10–50 m).
• Z-Wave e LoRaWAN, utilizzando sub-1 GHz, ottenere maggiore penetrazione e portata, con LoRaWANoffering 4–6 piani in cemento portata e chilometri all'aperto grazie al suo budget di collegamento molto più elevato.

In breve

• Wifi: ~110 dB → 20–50 m in ambienti interni
• BLE: ~95–100 dB → 10–30 m
• ZigBee: ~95–100 dB → 10–20 m
• Z-Wave: Livello standard ~100–110 dB (30–100 m in ambienti interni)
• LoRaWAN: 150–157 dB → centinaia di metri al chiuso, diversi chilometri all'aperto

Ricorda come vengono derivati ​​i dB e i rapporti di base tra dB e valori lineari:

• Per ricavare un valore di potenza in dB dal valore lineare, si calcola il logaritmo del valore lineare e lo si moltiplica per 10, ovvero 10*Log(100) = 10*2 = 20 dB. È utile ricordare questi valori di base:
• 10 dB è 10; 20 dB è 100; 30 dB è 1000, …. 60 dB è 1,000,000, … 90 dB è 1,000,000,000 oppure il numero di zeri in un numero lineare definisce il numero logaritmico e la prima cifra del valore in dB.

È importante sottolineare che LoRaWAN ha un budget di collegamento RF superiore di 50-60 dB, ovvero da 100,000 a 1,000,000 di unità! Questo spiega perché LoRaWAN è in grado di ricevere segnali su 4-6 piani, mentre altre tecnologie hanno problemi sullo stesso piano.

Ecco una stima pratica di quanti piani in cemento armato ciascuna tecnologia wireless può tipicamente penetrare in un edificio, in base al suo budget di collegamento RF , alla frequenza operativa e all'attenuazione del segnale per piano (in genere 10-20 dB per piano in cemento armato a seconda dello spessore, delle barre d'armatura e dell'umidità):

Tecnologia wireless contro penetrazione nel pavimento 

Consumo energetico del dispositivo

Analizziamo ora il consumo energetico tipico in mA dei sensori o dispositivi Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave e LoRaWAN. Di seguito una panoramica del consumo di corrente tipico (in mA o µA) per sensori/dispositivi Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave e LoRaWAN , basata su fonti internet e accademiche rappresentative:

Profili di consumo energetico della tecnologia wireless

Punti salienti e interpretazione

• Wi-Fi i dispositivi mantengono le radio attive, consumando da decine a centinaia di mA, rendendoli inadatti per i BMS alimentati a batteria
• BLE offre correnti di sonno ultra-basse (~5 µA) con modesti picchi TX (~5 mA) in breve tempo
• Zigbee and Z-Wave sono ottimizzati per un basso consumo energetico, con correnti di sospensione in µA e correnti di trasmissione di circa 40 mA (Zigbee) o circa 23 mA (Z-Wave).
• LoRaWAN brilla nell'utilizzo prolungato della batteria: sonno profondo in pochi µA, con TX da 20 mA (bassa potenza) a 130 mA (TX massimo).

Risultato: BLE, Zigbee, Z-Wave e soprattutto LoRaWAN consentono una durata della batteria di diversi anni, cosa che il Wi-Fi non permette.

Confronto di esempio 

• sensore BLE: Si attiva ogni 2 s, invia un impulso di 3 ms a 5 mA → ~075 mAh/giorno.
• Sensore LoRaWAN: Sonno profondo a 60 µA, picchi di trasmissione a ~30 mA → ~25 mAh/giorno (~600 mAh all'anno).
• dispositivo Wi-FiAnche in modalità inattiva, consuma circa 50 mA → circa 1200 mAh/giorno (insostenibile per la batteria).

In breve

• Wi-Fi: Radio sempre accesa; ad alta potenza, non adatto per l'uso a lungo termine della batteria
• BLE: Ottimo per la batteria; sospensione a livello µA, ~5 mA
• Zigbee/Z-Wave: Dormi in µA; TX intorno 23–40 mA.
• LoRaWAN: Sonno profondo ultra-efficiente (µA), TX fino a 130 mA, supporto 5–10 anno batteria

Durata di trasmissione dei pacchetti per le tecnologie IoT

Ecco una ripartizione delle durate tipiche di trasmissione dei pacchetti per Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave e LoRaWAN, un fattore chiave che influenza il consumo energetico, la latenza e la larghezza di banda:

Tempo di trasmissione per pacchetto in base alla tecnologia

 Impatto del fattore di diffusione (SF) di LoRaWAN

Riepilogo dei tempi di trasmissione per pacchetto

Intuito 

• BLE e Zigbee eccellono in raffiche rapide ed efficienti dal punto di vista energetico per brevi distanze
• LoRaWAN scambia la velocità con la portata e la bassa durata della trasmissione è accettabile poiché trasmette solo poche volte all'ora nella maggior parte dei casi d'uso dell'IoT.
• Wi-Fi è ottimizzato per velocità e dati ma ha elevato consumo energetico di base e non è ideale per l'IoT alimentato a batteria

Ora esaminiamo cinque tecnologie per velocità di trasmissione e ricezione, dimensione del pacchetto e frequenza di trasmissione, ed elenchiamo la durata tipica di una batteria al litio AA da 3 V per un sensore di temperatura per ciascuna delle cinque tecnologie.

Ecco un'analisi più dettagliata, basata su dati internet, delle correnti di trasmissione (TX) e ricezione (RX), delle dimensioni dei pacchetti, della frequenza di trasmissione e della durata stimata della batteria (utilizzando una batteria al litio AA da 3 V e ~2600 mAh) per un tipico sensore di temperatura:

Ecco la tabella aggiornata dei profili di potenza e utilizzo , ipotizzando che ogni tecnologia trasmetta una lettura della temperatura ogni 5 minuti (12 trasmissioni all'ora, 288 al giorno) e rimanga inattiva per il resto del tempo.

Prenderemo in considerazione anche il tempo di trasmissione tipico, l'assorbimento di corrente e il consumo in modalità standby per stimare la durata della batteria utilizzando una batteria al litio AA da 3 V e 2600 mAh :

Profili di potenza e utilizzo (intervallo di pacchetti di 5 minuti)

Note:

• Wi-Fi consuma energia anche quando inattivo Inoltre, riconnettersi alla rete ogni 5 minuti consuma molta energia, il che non è adatto ai sensori alimentati a batteria.
• BLE è estremamente efficiente grazie a brevissimi intervalli di trasmissione e al sonno profondo.
• Zigbee e Z-Wave funzionano bene ma hanno tempi di radio-accensione più lunghi e una corrente leggermente più alta rispetto a
• LoRaWAN ha la durata TX più lunga, ma a causa di trasmissione infrequente e con un consumo energetico in modalità standby estremamente basso, raggiunge comunque una durata della batteria leader del settore.

Sintesi 

Ora aggiungi alla tabella di vendita le colonne che elencano la portata RF in dB e il numero di piani che ogni tecnologia coprirà. Ecco la tabella comparativa completa con il budget di collegamento RF che combina tutti i parametri critici:

• Profili di potenza e utilizzo (per intervalli di pacchetti di 5 minuti)
• Durata della batteria (3V 2600 mAh batterie al litio AA)
• Bilancio di collegamento RF (in dB)
• penetrazione tipica del pavimento in un edificio di cemento

Tabella comparativa delle tecnologie wireless unificate

Punti chiave 

• LoRaWAN Si distingue per durata della batteria, portata RF e penetrazione nel pavimento, ideale per aziende e strutture di grandi dimensioni.
• BLE è estremamente efficiente dal punto di vista energetico ma limitato alla stessa stanza
• Zigbee/Z-Wave sono solide soluzioni di compromesso per case intelligenti e piccole attività commerciali
• Wi-Fi non è praticabile per sensori alimentati a batteria a causa del consumo energetico costante e della scarsa compatibilità con più piani.

Conclusione: Completare il puzzle del BMS con LoRaWAN®

Con l'evoluzione degli edifici verso tecnologie più intelligenti e la sostenibilità che diventa una necessità, non più un optional, i limiti delle tradizionali infrastrutture BMS cablate diventano sempre più evidenti. Sebbene i sistemi BMS abbiano servito egregiamente i facility manager per decenni, non sono mai stati progettati per il livello di granularità dei dati, flessibilità e scalabilità richiesti oggi.

LoRaWAN® cambia tutto questo.

Grazie alla comunicazione wireless a lungo raggio e a basso consumo energetico, LoRaWAN® consente la rapida implementazione di migliaia di sensori, senza gli elevati costi e i disagi derivanti dalla posa di cavi. Penetra nei pavimenti in cemento, funziona per anni con una singola batteria e si integra nativamente con i sistemi BMS esistenti tramite protocolli standard come BACnet e Modbus.

Dall'efficienza energetica alla manutenzione predittiva, dal monitoraggio della qualità dell'aria interna alla conformità normativa, LoRaWAN® colma le lacune critiche nei dati che i sistemi cablati da soli non sono in grado di coprire. Consente ai facility manager di adottare un approccio proattivo e olistico alla gestione degli edifici, che si tratti di un intervento di ristrutturazione, di un grattacielo di 50 piani o di un portafoglio immobiliare nazionale.

Il risultato? Installazioni più rapide. Costi inferiori. Maggiore visibilità. Ed edifici finalmente intelligenti e reattivi quanto le persone che ci lavorano.

Non si tratta di sostituire il BMS, ma di sbloccarne tutto il potenziale.