Cablato o wireless?

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Nell’era della connettività, siamo circondati da sempre più dispositivi connessi che comunicano tra loro senza fili: i televisori trasmettono in streaming via WLAN, le carte bancarie vengono utilizzate per il pagamento senza contatto tramite NFC, le batterie dei cellulari vengono caricate per induzione e i termostati vengono controllati a distanza tramite smartphone.

Si potrebbe pensare che il futuro sia senza fili. Ma come spesso accade, la soluzione ottimale dipende dall’applicazione, poiché le connessioni cablate e wireless hanno ognuno dei vantaggi.

Inoltre, occorre distinguere tra due punti di vista: la comunicazione tra i dispositivi connessi e la loro alimentazione. Entrambi possono essere cablati o senza fili. Un router WiFi sarebbe certamente descritto da molti come un dispositivo wireless, in quanto la sua funzione primaria è quella di gestire una rete senza fili, ma esso ha comunque un’alimentazione via cavo.

Fig: “Wireless” può riferirsi all’alimentazione o alla comunicazione. La tabella mostra le possibili combinazioni con l’esempio di un generatore di calore con termostato dell’ambiente

Il cablaggio offre una maggiore affidabilità operativa

Una connessione wireless riduce lo sforzo di installazione, non crea disordine ed è invisibile in casa. Queste sono le ragioni più importanti e giustificate per la crescente diffusione della comunicazione wireless e WLAN. Le connessioni senza fili sono quindi particolarmente popolari negli edifici esistenti, dove la posa dei cavi è costosa e richiede molto lavoro.

Tuttavia, i dispositivi e le reti cablate offrono enormi vantaggi, soprattutto in termini di affidabilità operativa – un aspetto importante soprattutto per la tecnologia del riscaldamento come parte dell’infrastruttura dell’edificio. Di conseguenza, le soluzioni cablate possono aiutare in alcune delle sfide chiave della tecnologia del riscaldamento in rete.

Allora perché il cablaggio è considerato più robusto?

• Le comunicazioni dati via cavo sono meno soggette a disturbi fisici e interferenze. Pareti, soffitti in calcestruzzo e superfici metalliche come tubi o collettori non presentano ostacoli ai collegamenti dei cavi durante il funzionamento. La trasmissione dati senza fili, invece, può essere fortemente compromessa nella sua potenza di trasmissione.
• La comunicazione wireless può essere disturbata da sistemi esterni alla stessa frequenza. Questi sono particolarmente difficili da controllare, in quanto possono ad esempio essere trasmessi dal router del vicino. Le interferenze, quindi, passano spesso inosservate e possono variare costantemente a causa di cambiamenti nella posizione dei dispositivi o dell’inventario. Essi sono quindi al di fuori del controllo dell’installatore, al quale viene comunque affidata l’indagine della causa in caso di guasto.
• La comunicazione dei dati via cavo è più adatta a distanze più lunghe. Soprattutto negli edifici commerciali come uffici o alberghi è spesso necessario coprire lunghe distanze. Sebbene esistano tecnologie radio specializzate per la trasmissione a lunghe distanze, queste capacità vengono a scapito di altre importanti caratteristiche. LoRa, ad esempio, è uno standard radio che consente un raggio d’azione anche di diversi chilometri, ma è adatto solo per piccolissime quantità di dati e richiede un server separato.
• Le connessioni via cavo generalmente offrono velocità di trasferimento più elevate e una minore latenza. Anche in questo caso esistono standard radio specializzati come WLAN, che possono tenere il passo con le tecnologie cablate, ma portano altri svantaggi altrettanto importanti come il consumo di energia o la distanza.
• Di solito esse non necessitano di un gateway addizionale. Un gateway per gestire una rete wireless costa denaro, richiede un’installazione aggiuntiva e aumenta la complessità tecnica in caso di guasto.
• Hanno un’alimentazione elettrica permanente e più stabile che riduce il rischio di guasti (ad esempio, in confronto a batterie scariche).

Velocità di trasmissione dati nel settore HVAC

In generale, la tecnologia del riscaldamento e della climatizzazione si presta bene all’uso delle tecnologie wireless, in quanto molte applicazioni tipicamente non richiedono la trasmissione di dati ad alta frequenza.

In un sistema lento come il riscaldamento a pavimento o per determinare il consumo energetico di un generatore di calore, ad esempio, sono sufficienti un intervallo di trasmissione di 15-30 minuti o segnali di risveglio su richiesta. La situazione è diversa per gli impianti di ACS istantanea e funzioni come il rilevamento di finestre aperte o il controllo dei radiatori che a volte richiedono tempi di reazione molto rapidi.

Anche brevi intervalli di trasmissione possono essere utili per mantenere basso il rischio di confusione. L’utente può essere tentato ad agire in modo errato se un’azione volontaria dell’utente, come la modifica di un parametro, l’apertura di una finestra, ecc. non provoca immediatamente la reazione prevista perché il sistema si sincronizza troppo raramente. Oppure se due display trasmettono informazioni contraddittorie a causa dell’inerzia dei dati – ad es. app e dispositivo fisico, oppure due termostati ambiente nello stesso sistema. La confusione dell’utente, a sua volta, è spesso il punto di partenza per azioni sbagliate a catena che possono causare un sistema malfunzionante o interventi di assistenza non necessari.

Costi nascosti nell’assistenza post-vendita

Un collo di bottiglia nell’industria del riscaldamento è la mancanza di capacità di installazione qualificata. Poiché alcuni idraulici sono riluttanti a lavorare sugli aspetti elettrici, la riduzione della quantità di cablaggio sembra particolarmente interessante.

Tuttavia, un aspetto viene spesso trascurato: ciò che viene semplificato in termini di cablaggio ricade semplicemente sull’installazione della connessione wireless. L’installazione non è quindi necessariamente resa più facile, ma piuttosto ”differente“. Tuttavia, dato che molti operatori del settore HVAC sono oggi altrettanto riluttanti a lavorare come tecnici di rete o specialisti informatici, l’uso sempre più diffuso della comunicazione wireless non è proprio a loro favore.

Al contrario, i problemi nelle connessioni wireless sono ancora meno tangibili e quindi più difficili da risolvere rispetto a connessioni elettriche errate o rotture di cavi.

La decisione di utilizzare la comunicazione wireless può essere quella giusta, ma è consigliabile considerare non solo i costi visibili, ma anche quelli nascosti nelle decisioni riguardo i prodotti.

Fig.: Confronto tra i costi dei componenti HVAC cablati e quelli wireless

Le insidie dell’alimentazione senza fili

I prodotti alimentati a batteria e collegati in rete sono utilizzati principalmente per superare le distanze in caso di ristrutturazioni in modo minimamente invasivo o per ridurre la quantità di cablaggio richiesta.

Per lo sviluppo del prodotto, ciò comporta l’ulteriore sfida di dover ottimizzare il sistema per una lunga durata della batteria – un aspetto complicato che di solito si paga a scapito di altre proprietà del prodotto. Laddove la durata della batteria non abbia importanza, non c’è bisogno di scendere a compromessi su molte decisioni tecniche di progettazione.

In ogni caso, le batterie devono essere sostituite regolarmente. Qualunque sia l’impegno e i costi risparmiati durante l’installazione, in ultima analisi, altri costi devono essere sostenuti dal gestore dell’impianto stesso nel corso degli anni – con la differenza che l’installatore non può più far pagare il suo lavoro.

Se i libri degli ordini del installatore sono comunque pieni e l’occupante della casa non dà importanza a un sistema a bassa manutenzione, questa considerazione non è necessariamente significativa. Soprattutto nel settore pubblico e commerciale, tuttavia, l’uso di batterie aumenta i costi di manutenzione e può quindi diventare una cosa assolutamente da evitare.

Poiché le batterie contengono anche sostanze nocive come il mercurio, il cadmio e il piombo e hanno un pessimo bilancio energetico, il maggiore impatto ambientale è un altro aspetto da considerare per evitare il più possibile un loro uso eccessivo.

In alternativa alle batterie, esistono dispositivi autosufficienti dal punto di vista energetico, come alcuni termostati per radiatori, che si autoalimentano grazie alla energia racimolata (“Energy harvesting”). Ciò comporta l’estrazione di piccole quantità di energia elettrica dalla temperatura ambiente o dalle correnti d’aria per alimentare dispositivi senza fili a basso consumo energetico.

Per quanto attraente possa sembrare il principio di questa tecnologia, essa aumenta  i requisiti per l’ottimizzazione dell’autoconsumo in modo persino più elevato rispetto alla batteria e richiede inoltre sufficiente energia ambientale da cui potersi alimentare. A ciò si aggiungono gli elevati costi unitari che finora hanno ostacolato la diffusione della energia racimolata.

Soddisfare la varietà di situazioni di installazione con flessibilità

In genere i produttori vogliono rendere i loro sistemi adatti a una vasta gamma di situazioni di installazione e devono quindi pianificare i casi più difficili.

Una volta presa la decisione di utilizzare la comunicazione wireless, la scelta della giusta tecnologia wireless, dell’elettronica e del layout del prodotto deve quindi essere effettuata con estrema cura. In ogni caso, lo sforzo di sviluppo per i prodotti basati su onde radio è di solito superiore a quello per i prodotti cablati.

Anche se ci sono alcuni argomenti a favore dell’uso delle batterie, ci sono molti argomenti a favore di un’alimentazione elettrica cablata a causa del rischio di guasti, delle spese fisse e degli aspetti ambientali.

Un design intelligente del prodotto può anche ridurre ulteriormente i requisiti per un’installazione cablata. Se, ad esempio, i termostati e i sensori ambiente possono essere aggiunti o inseriti in interruttori multipli esistenti per la luce e le prese in modo minimamente invasivo, l’alimentazione cablata combina il meglio dei due mondi, anche in edifici esistenti, senza dover realizzare grandi fessure nelle pareti.

Per quanto riguarda la comunicazione fra i componenti di regolazione, un collegamento via cavo presenta molti vantaggi tecnici. La comunicazione wireless via radio o WLAN è tuttavia un’ottima alternativa quando il cablaggio non è realizzabile – ad esempio nei progetti di ristrutturazione.

Poiché entrambi i modi hanno ragione di esistere, le soluzioni dovrebbero essere disponibili per entrambi per essere flessibili in ogni situazione di installazione. Può anche essere possibile progettare varianti di prodotti wireless e cablati in modo da poter combinarli tra loro per semplificare l’immagazzinamento e la distribuzione.