Immagini termiche aeree per efficientamento energetico degli edifici

15 Febbraio 2023

efficientamento energetico degli edifici con sensori termici aerei — Mappa delle perdite di calore in un quartiere di New York. Più alto è il numero, maggiore è la perdita di calore. Tutte le immagini fornite da MyHEAT.

Le immagini aeree con sensori termici per rilevare le dispersioni di calore, migliorare l’efficientamento energetico degli edifici e ridurre l’inquinamento ambientale. Ideata dal dr. Geoffrey Hay, la soluzione permette in pochi secondi di risolvere un problema apparentemente invisibile grazie all’uso di sensori termici ad alta risoluzione ed elaborazioni delle immagini che fanno uso di tecniche di machine learning.

Prima di iniziare ringraziamo Fabrizio Tadina, Area Sales Manager at Itres Research Limited (f.tadina@itres.com), per la collaborazione alla pubblicazione dell’articolo.

Hay, un professore di GIScience all’Università di Calgary in Alberta, in Canada, è rimasto perplesso, come molti di noi, dalle sue bollette del riscaldamento più alte del previsto dopo essersi trasferito nella sua nuova e moderna casa dotata di “tutto ad alta efficienza energetica”. Era chiaro che la sua casa disperdeva energia, ma “come? e dove?”. Hay avrebbe voluto vedere la perdita di calore per fermare lo spreco di energia.

Poi è iniziato il “formicolio” e la curiosità di capire come risolvere il problema, con la consapevolezza di avere la conoscenza geoscentifica per rendere visibile l’invisibile.

La soluzione? Rilievi aerei sui tetti utilizzando un thermal infrared (TIR) sensor (sensore termico ad infrarossi) ad altissima risoluzione. “Sapevo che se avessi potuto individuare visibilmente il punto in cui la mia casa stava disperdendo calore, avrei fatto qualcosa per risolvere il problema”, afferma Hay, co-fondatore e responsabile scientifico di MyHEAT con sede a Calgary, un’azienda che fornisce mappe energetiche e strumenti interattivi per migliorare l’efficienza degli edifici e ridurre i consumi energetici. “Ho anche capito che se altre persone avessero saputo che le loro case stanno sprecando energia, e noi potessimo mostrare loro dove, potremmo rendere semplice fare qualcosa al riguardo e aiutarli a risolvere il problema“.

L’intuizione iniziale di Hay era giusta. Nel 2014, dopo anni di intense e premiate ricerche, MyHEAT è diventata una realtà. E le sue soluzioni energetiche invisibili hanno aiutato milioni di proprietari di case a rendere le loro case più efficienti dal punto di vista energetico, risparmiando denaro e riducendo le emissioni urbane di gas serra.

Dotato di immagini TIR ad alta risoluzione, un potente GEOBIA (Geograph Object-Based Image Analysis) e machine learning, MyHEAT fornisce alle società di servizi pubblici e ai loro clienti piattaforme mirate per rilevare, mappare e monitorare gli sprechi energetici invisibili.

Si tratta di una conoscenza che consente loro di comprendere meglio le loro dispersioni di energia e le opzioni possibili per risolverle. È un dettaglio olistico, ma specifico, che i fornitori di energia non hanno mai visto prima ed è la connessione energetica che MyHEAT spera contribuirà a consentire una riduzione mondiale delle emissioni di gas serra urbane, un edificio alla volta.

Un modo fantastico per controllare i consumi energetici

Fin dall’inizio, l’obiettivo di MyHEAT era quello di offrire mappe della dispersione di calore facili da usare e intuitive, che non solo raccontassero una quadro chiaro sulla dispersione di energia, ma fornissero la conoscenza per avviare una attività di intervento sull’efficienza energetica urbana.

“Nella creazione di MyHEAT, avevamo due obiettivi: far riflettere le persone sull’efficienza domestica e aiutarle ad agire“, afferma Darren Jones, CEO e co-fondatore dell’azienda. “Il primo passo era convincere le persone a guardare la loro casa. Per fare ciò dobbiamo produrre mappe accurate delle perdite di calore e piattaforme interattive che consentano alle servizi pubblici di incoraggiare il cambiamento comportamentale dei clienti al fine di far avanzare i loro obiettivi di efficienza energetica”.

Per sviluppare le sue mappe di perdita di calore utili per l’efficientamento energetico degli edifici, MyHEAT necessitava di un sensore TIR affidabile e sensibile che fornisse una copertura di un’ampia area, una rapida raccolta dei dati, un rilevamento accurato degli hotspot, un posizionamento preciso degli hotspot e un efficiente turn-around del prodotto sul campo.

Sulla base di tali esigenze, l’azienda ha scelto la tecnologia di imaging termico aereo di ITRES Research con sede a Calgary, azienda pioniere nello sviluppo e nella produzione di sensori iperspettrali e termici avanzati da utilizzare in un’ampia gamma di applicazioni di telerilevamento commerciali e scientifiche.

“Una delle caratteristiche significative della tecnologia ITRES è che il suo sensore termico utilizza un rilevatore cryo-cooled Mercury-Cadmium-Telluride (MCT), che non solo ci consente di discernere con precisione differenze di temperatura fino a un decimo di grado, ci consente di raccogliere dati quattro volte più velocemente rispetto ai sensori TIR non raffreddati“, afferma Jones. “Con il suo campo visivo di 40 gradi e l’area di imaging di 1.800 pixel, possiamo raccogliere fino a 240 chilometri quadrati (93 miglia quadrate) all’ora con una risoluzione spaziale di un metro. Questo ci dà la velocità per acquisire dati su scala urbana in due o quattro notti, a seconda del tempo. La sensibilità termica, la stabilità e i dettagli ci forniscono immagini costantemente affidabili, essenziali per produrre mappe accurate dello spreco di energia per una singola residenza”.

Una volta che i dati termici ad alta risoluzione vengono raccolti per una particolare area di interesse o per un’intera città, vengono poi trasformati utilizzando la tecnologia GEOBIA proprietaria di MyHEAT, tecniche machine learning e dataset di terze parti per rivelare la perdita di calore dell’edificio e metriche di efficienza comparabili per i quartieri dell’area di interesse o della città.

Dopo aver mappato con successo lo spreco di energia in diverse città dell’Alberta, la comprovata soluzione di MyHEAT è diventata un’interessante offerta commerciale per fornitori di energia in tutto il Canada e negli Stati Uniti.

“Le utility in Canada e negli Stati Uniti sono incaricate, dalle autorità di regolamentazione delle utility in ogni provincia o stato, di aiutare i propri clienti a risparmiare energia e fissare obiettivi legati al clima per ridurre le emissioni dovute al consumo di energia”, afferma James Henry, direttore della crescita e della sostenibilità di MyHEAT. “La nostra soluzione li aiuta a capire quali sono le opportunità per raggiungere questi obiettivi nella loro area di servizio. Con la nostra piattaforma, possono vedere immediatamente il consumo e la perdita di energia e sfruttare l’opportunità di marketing per fornire informazioni ai singoli proprietari di casa in modo personalizzato e spronarli ad agire iscrivendosi a uno dei programmi delle utility“.

La comprensione e lo sviluppo di opportunità mirate per ridurre i consumi massimizzando al contempo l’infrastruttura esistente è stata la scintilla che lo scorso autunno ha spinto uno dei principali fornitori di energia degli Stati Uniti alla scelta della piattaforma di perdita di calore di MyHEAT.

Un nuovo approccio a nuovi vincoli

Al servizio di oltre 20 milioni di persone in tutta New York e nel Massachusetts, questa compagnia energetica, come molti fornitori di energia, ha dovuto affrontare una crescente domanda al proprio sistema, cercando di raggiungere ambiziosi obiettivi in materia di emissioni di gas a effetto serra.

Nel 2020, l’azienda ha iniziato a cercare soluzioni sia per affrontare un previsto divario tra domanda e offerta sia per soddisfare i suoi requisiti normativi per l’efficienza energetica. Un’opzione particolarmente allettante era rappresentata dagli involucri termici degli edifici che migliorano la resistenza agli agenti atmosferici con miglioramenti domestici come un migliore isolamento, ventilazione e finestre.

Poiché un programma di isolamento termico sarebbe una nuova proposta, l’azienda ha scelto di collaborare con MyHEAT e adottare un nuovo approccio creativo alla progettazione e al marketing del programma per i clienti residenziali. “Con la nostra piattaforma potrebbero concentrarsi sui clienti con la maggiore necessità di proteggere la propria casa dagli agenti atmosferici e quindi creare interventi mirati per aumentare la loro partecipazione al programma“, afferma Henry.

Obiettivo: efficientamento energetico degli edifici

MyHEAT ha raccolto immagini termiche aeree a dicembre e gennaio del 2021 e del 2022, utilizzando il sensore termico pushframe ITRES montato su un aereo ad ala fissa. Nelle serate fresche, asciutte e limpide, un equipaggio ha sorvolato le aree di interesse, misurando le emissioni termiche di tutti gli oggetti nel percorso del sensore a una velocità di 90 fotogrammi al secondo. Con l’ausilio del display in tempo reale di ITRES, il tecnico di bordo ha potuto monitorare il segnale dello strumento e la qualità dei dati in volo.

“Il sensore offre un’ampia gamma di risoluzioni in pixel da 10 centimetri a 1,25 metri”, afferma Jones. “Questo ci dà grande libertà per determinare i migliori parametri per la raccolta dei dati alla migliore risoluzione, il miglior momento della stagione e il miglior momento della notte.”

Dall’acquisizione delle immagini all’elaborazione finale

Dopo l’acquisizione dei dati, un team ITRES ha elaborato i dati grezzi del sensore per generare immagini geometricamente precise e orto rettificate. I team di MyHEAT hanno quindi analizzato e classificato i dati orto rettificati per mappare ogni spreco energetico dell’area. Utilizzando algoritmi di machine learning sofisticati e brevettati, il software MyHEAT ha prima analizzato le immagini termiche per distinguere gli edifici da altre caratteristiche come vegetazione, strade e fiumi. Tra questi edifici, ha poi distinto gli edifici residenziali da quelli commerciali e industriali, e poi ha ulteriormente delineato case unifamiliari da plurifamiliari, villette a schiera, case a schiera e condomini.

Con gli edifici residenziali identificati, sono state sviluppate mappe pseudo-colorate della perdita di calore di ogni singola abitazione: macchie rosse che indicano una significativa perdita di calore; blu che indica poco. Insieme alla mappa, hanno ricavato una valutazione del calore da 1 a 10, che offre una misura relativa della quantità di calore che un edificio sta perdendo rispetto a edifici simili nel quartiere o nella regione: maggiore è il numero, maggiore è la perdita di calore.

“Con queste mappe, il nostro cliente del settore energetico può visualizzare l’intero sistema di distribuzione in mappe termiche codificate a colori”, afferma Henry. “Le mappe e le classificazioni termiche evidenziano dove è possibile ottenere il maggiore impatto per la riduzione dell’energia attraverso efficientamento energetico degli edifici. Possono aggiungere i livelli di reddito, l’età degli occupanti, l’età delle case e i dati sul consumo per indirizzare realmente quartieri e proprietari di case specifici per opportunità di efficienza energetica. Questo approccio su misura è molto più efficace del tradizionale formato “tutti ottengono uno sconto“.

Ripresa aerea e immagine elaborata dal sensore ITRES Research con rilevamento delle dispersioni di calore.

Isolamento termico per emissioni ridotte ed efficientamento energetico degli edifici

Nell’agosto 2022, MyHEAT ha fornito un database di immagini di perdite di calore e valutazioni del calore corrispondenti agli indirizzi e una piattaforma interna basata su mappe. La piattaforma interna consente al fornitore di energia di visualizzare prontamente la perdita di calore nell’intera area di interesse e di ingrandire qualsiasi gruppo di case per maggiori dettagli. Questa intuizione fornisce un’accurata business intelligence per ideare offerte incentrate sul cliente e al risparmio energetico.

Lo scorso autunno, MyHEAT ha consegnato il pezzo finale della soluzione: la piattaforma rivolta al cliente. Basato su campagne di marketing mirate, questo sistema fornisce ai clienti un collegamento personalizzato per visualizzare la mappa del calore con codice colore della propria casa e il loro livello di calore e come confrontarlo con altre case del vicinato. Insieme alla vista dal tetto della loro casa, i clienti possono utilizzare uno strumento diagnostico per determinare e dedurre meglio ciò che stanno vedendo dalla mappa della perdita di calore.

Rispondendo alle domande su dove specificamente vedono punti o bande rosse, il sistema ipotizza il tipo di perdita di calore che il cliente ha (isolamento insufficiente, camino che perde o finestre inefficienti) e poi li indirizza verso le opzioni di protezione dagli agenti atmosferici per il risparmio di calore offerte dall’azienda.

Poiché il percorso verso l’efficienza energetica urbana è spesso alimentato dalla conversazione, dalla consapevolezza e da piccoli atti, visualizzare un problema invisibile è una prospettiva energizzante, per le società energetiche, i proprietari di case e per il pianeta. Questo potrebbe anche spostare l’ago verso l’obiettivo di MyHEAT di raggiungere riduzioni mondiali delle emissioni di gas serra urbane un edificio alla volta.

Articolo originale di Mary Jo Wagner

(Fonte: Itres Research Limited)