Per la maggior parte dei nuclei familiari le bollette energetiche sono una fonte di spesa costante ed elevata. Questi costi raggiungono l'apice durante i freddi mesi invernali. Secondo le previsioni della U.S. Energy Information Administration, l'inverno del 2022 sarebbe stato testimone di massimi pluriennali nei costi energetici per le famiglie a causa dell'aumento dei prezzi al dettaglio dell'energia.
I proprietari di case possono affrontare questo aumento in due modi: coprirsi di più e abbassare il termostato oppure adottare le misure necessarie per ridurre al minimo la dispersione termica delle abitazioni. La seconda opzione sta diventando sempre più popolare poiché i miglioramenti dell'isolamento possono portare a risparmi significativi nel lungo termine.
Il primo passo per ridurre la dispersione termica è capire da dove proviene. Il quadro cambia a seconda dell'età e della posizione di un'abitazione, ma in genere le pareti esterne, le finestre e i tetti sono i principali colpevoli della dispersione. Come capire se un edificio disperde inutilmente calore e denaro nel mondo esterno?
Un'iniziativa condotta a Warren, Minnesota, ha dimostrato che i droni e le ispezioni termiche effettuate dall'alto possono rappresentare una parte importante della soluzione.
Ispezioni termiche dei tetti: l'iniziativa di risparmio energetico di una città
Warren è una piccola città nel nord del Minnesota. Gli inverni sono estremamente rigidi, ma i residenti usufruiscono di un vantaggio significativo in termini di energia: la città possiede e gestisce tutte le sue utenze. Questo aspetto fa sì che l'amministrazione locale e la comunità siano incentivate a tagliare i costi del riscaldamento e a rendere ogni casa e struttura il più efficiente possibile.
Con l'aiuto del vicino Northland Community and Technical College, nel 2017 Warren ha lanciato un'iniziativa energetica. Agli studenti del dipartimento aerospaziale di Northland che studiano sistemi aerei senza equipaggio e analisi delle immagini è stato assegnato il compito di ottenere una mappa termica dell'intera città. La partnership è vantaggiosa per entrambe le parti: gli studenti acquisiscono esperienza pratica nel settore emergente dei droni, mentre la città ottiene dati aerei che evidenziano come gli edifici locali disperdono calore.
Ora che ogni edificio di Warren possiede una mappa termica, i residenti possono rivolgersi all'amministrazione locale per ottenere informazioni dettagliate sulla dispersione termica delle proprie abitazioni. "In questo modo possono prendere una decisione in grado di offrire loro il massimo risparmio energetico e i maggiori risparmi sui costi", ha dichiarato Shannon Mortenson, amministratore della città di Warren, al podcast Local Energy Rules Podcast.
Le scansioni termiche mettono in luce la dispersione termica ed evidenziano le aree (di solito tetti, pareti, finestre e porte) che richiedono un ulteriore isolamento o la completa sostituzione. L'intento è quello di fornire i risultati insieme all'accesso a un programma di finanziamento inclusivo, che consentirà ai residenti di ottenere un prestito dalla città per apportare migliorie all'insegna dell'efficienza energetica. Il prestito viene gradualmente ripagato attraverso la normale bolletta e, una volta rimborsato, il proprietario continua a usufruire dei risparmi.
Secondo Mortenson il progetto è risultato valorizzante per la città e i suoi residenti. "Per quanto riguarda la città, possiamo determinare quale sia la perdita di energia complessiva nella comunità e dove essa si verifica." [Ci ha aiutato a scoprire] "come possiamo essere più efficienti, come possiamo essere buoni amministratori, come possiamo mitigare il cambiamento climatico e come possiamo aumentare la sostenibilità nella nostra comunità".
Acquisizione di dati termici a temperature sotto zero
Zackary Nicklin è l'istruttore del corso Unmanned Aircraft Systems incaricato del programma UAS (velivoli senza pilota) presso il Northland Community & Technical College. A suo dire, una parte importante dei diplomi Small UAS del college è la formazione pratica. Nel 2017 gli studenti ebbero l'opportunità di raccogliere dati termici per la città di Warren. La messa in funzione della Northland Fleet, che include una serie di aeromobili e sensori DJI Enterprise, tra cui i sensori termici M210 RTK, Inspire 2 e Zenmuse XT e XTR, ha costituito un'opportunità di insegnamento fondamentale.
Come per qualsiasi progetto pilota, la curva di apprendimento è stata ripida. Per raccogliere dati termici utili, si riteneva che gli studenti avrebbero dovuto far volare i droni in inverno, quando i residenti riscaldavano attivamente le proprie abitazioni e la differenza tra le temperature esterne e interne era più marcata. Ma ben presto fu chiaro che vi erano anche altri fattori in gioco. Le scansioni termiche iniziarono a novembre, ma le basse temperature e l'intensità occasionalmente elevata del vento ridussero l'efficienza delle batterie dei droni. E, subito dopo il tramonto, il calore residuo del giorno richiedeva ulteriore tempo per dissiparsi.
Nicklin decise di eseguire le scansioni nelle notti calme, talvolta fino alle due del mattino, in presenza di temperature ben al di sotto dello zero. Gli studenti continuavano a far volare i droni finché non iniziavano a sentire troppo freddo oppure la sezione target della scansione era stata completata.
Molti dei processi di mappatura sono ben noti. Ad esempio, il team operava in base a un modello a griglia, ogni area veniva esplorata prima del decollo per evitare gli ostacoli alti e i voli venivano pianificati ed eseguiti con Pix4D. Si sono verificati anche episodi insoliti a causa delle temperature invernali sotto zero. 
Alle due del mattino e nel freddo pungente del Minnesota, per esempio, i piloti non si lamentano certo del fatto che per mantenere il contatto visivo diretto sono costretti a muoversi.
Inoltre è stato necessario prestare particolare attenzione alle batterie. I droni con carica completa venivano conservati in un refrigeratore per mantenerli a temperatura controllata o lasciati nel furgone con il riscaldamento acceso. Anche i dispositivi su cui il team faceva affidamento hanno risentito delle condizioni meteo. Per evitare i problemi di mancata risposta, sul retro dei tablet sono stati fissati con del nastro adesivo dei cuscinetti riscaldanti. Inoltre sono stati necessari scaldamani e guanti senza dita per poter manovrare con delicatezza le levette di controllo e toccare gli schermi senza che le mani si intorpidissero. Subito dopo il decollo, i droni dovevano volare a punto fisso per alcuni minuti per riscaldare le batterie e consentire al sensore della telecamera di adattarsi alla temperatura ambiente.
La seconda fase dell'iniziativa ha impegnato gli studenti nella composizione delle immagini e nella loro sovrapposizione con una mappa GIS. Combinando le foto di ogni struttura con una firma termica che ne riflette la perdita di calore, sono stati in grado di scoprire una correlazione tra l'età dell'edificio e la quantità di dispersione termica.
I migliori droni per le ispezione termiche dei tetti
Per pianificare un'operazione di mappatura termica è necessario disporre di un drone capace, robusto, efficiente dal punto di vista energetico e compatibile con i carichi utili a infrarossi. Il consiglio è utilizzare due velivoli per acquisire dati termici su larga scala.
Mavic 3T
Il Mavic 3T 3T è la più piccola soluzione di mappatura termica di DJI, con fotocamere termiche e visive ad alta risoluzione. Il suo sensore a infrarossi da 640×512 px si combina con il posizionamento RTK a livello centimetrico per missioni di mappatura termica accurate. Questo velivolo è veloce da installare, facile da pilotare, leggero e offre un tempo di volo massimo di 45 minuti.
Matrice 30T
Il Matrice 30T è il perfetto equilibrio tra potenza e portabilità. Le prestazioni della fotocamera sono quelle di un'ammiraglia, con la resistenza alle intemperie e l'adattabilità all'ambiente che ci si aspetta da un Matrice, il tutto in una cellula compatta.
Matrice 300 + H20T
Il Matrice 300 RTK è la piattaforma industriale di punta di DJI. È in grado di operare in ambienti e condizioni atmosferiche estremi. Grazie ai 55 minuti di volo, al rilevamento degli ostacoli in sei direzioni e alla compatibilità con le opzioni di carico utile più avanzate di DJI, questo robusto velivolo non delude le attese. Il modello H20T è un carico utile multi-sensore che include una camera zoom da 20 MP, una camera da 12 MP, un rilevatore laser da 1200 m e una termocamera da 640×512 px. È ideale per le missioni di mappatura termica in condizioni difficili.
Droni termici e un futuro più ecologico
L'iniziativa di mappatura termica di Warren è un esempio perfetto di come la tecnologia dei droni può rendere più capaci le comunità e orientare le decisioni in materia di efficienza energetica. Inutile sottolineare che il progetto è stato agevolato dalla presenza di utenze di proprietà della città e di un college nelle vicinanze con studenti che hanno bisogno di maturare esperienza nel campo dei velivoli senza pilota. Ma ciò non significa che i suoi elementi fondamentali non possano essere replicati dalle comunità di tutto il mondo.
L'iniziativa, infatti, è stata ispirata dalla partecipazione di Warren alla Climate Smart Cities Partnership. Analoghe missioni di mappatura sono state realizzate ad Arnsberg (città partner di Warren in Germania) e le due città hanno confrontato i risultati.
La sostenibilità energetica non è mai stata così importante e la mappatura termica è solo un modo in cui i droni possono sostenere gli sforzi ambientali e gettare le basi per un futuro più ecologico. Per informazioni su altre interessanti applicazioni ambientali con droni, visitare la pagina How Drones are Saving the Planet.
