Introduzione
Da anni, e con frequenza sempre maggiore, le reti dati implementate negli uffici con cablaggio strutturato costituito da cavi a doppino intrecciato vengono utilizzate anche per alimentare dispositivi progettati per ricevere alimentazione tramite le loro porte di comunicazione, evitando così la necessità di un cablaggio parallelo per alimentare tali dispositivi.
Nel giugno 2003 è stato approvato lo standard IEEE 802.3af, che definisce le caratteristiche delle apparecchiature e della tecnologia PoE. Sebbene altri protocolli proprietari di alcuni produttori perseguano lo stesso obiettivo – utilizzare il cavo di rete stesso per alimentare le apparecchiature collegate, ovvero l'alimentazione remota –
questa tecnologia è ormai ampiamente adottata e numerose applicazioni e dispositivi sono progettati per essere alimentati tramite le loro porte di rete.
Di seguito alcuni esempi:
- Telefoni IP
- Telecamere IP
- Punti di accesso WiFi
- Sistemi di controllo accessi e monitoraggio
- Terminali POS
- Illuminazione
- Automazione industriale e degli edifici
I vantaggi del PoE sono:
• Alimentazione e comunicazione dati tramite lo stesso cavo
• Non è necessario un alimentatore esterno
• Maggiore controllo sul dispositivo
• Il dispositivo può essere facilmente spostato in un'altra posizione
• Gestione e monitoraggio dell'alimentazione tramite SNMP
• Non è necessario aggiornare il cablaggio (Cat5 o superiore)
Tuttavia, con la proliferazione di questi tipi di dispositivi, che consumano sempre più energia, la caduta di tensione introdotta dal cavo di rete, e di conseguenza l'aumento del consumo energetico del dispositivo, è un fattore cruciale da considerare, soprattutto in fase di installazione di nuovi cablaggi. Le caratteristiche di questi cavi possono determinare una caduta di tensione maggiore o minore, e quindi un consumo di elettricità più o meno elevato, che in definitiva incide sul ROI (ritorno sull'investimento). Le sezioni seguenti analizzeranno ambienti ed esempi specifici in cui il consumo energetico varierà a seconda del cablaggio utilizzato.
Dispositivi PoE
Praticamente tutti i protocolli PoE, proprietari o meno, funzionano con tensioni di alimentazione simili, ovvero tra 36 e 60 V CC, con una tensione media di circa 48 V CC. Il consumo energetico può variare considerevolmente a seconda del tipo di dispositivo alimentato. Per illustrare i diversi esempi e scenari, prenderemo in considerazione vari dispositivi con livelli di consumo energetico molto differenti.
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Calcoli di supporto
Come accennato in precedenza, tutti questi tipi di dispositivi consentono l'alimentazione remota tramite cavo di rete a doppino intrecciato (UTP o FTP), 
implementando PoE o protocolli di alimentazione simili. Eseguiremo i calcoli con due tipi di cavi. Uno sarà un cavo SYSTIMAX Cat5E UTP, modello PowerSUM 3061A (codice 107573545), con un diametro del conduttore di AWG24 (0,511 mm) e una resistenza in corrente continua di 9,38 Ω/100 m. L'altro cavo sarà un cavo SYSTIMAX Cat6 UTP, modello GigaSPEED XL 3071E (codice 700216450), con un diametro del conduttore di AWG23 (0,573 mm) e una resistenza in corrente continua di 7,61 Ω/100 m.
Per determinare la caduta di tensione attraverso il cavo, dobbiamo considerare sia la sua resistenza che la sua lunghezza. Prenderemo in esame un ambiente d'ufficio in cui il cablaggio strutturato ha tipicamente una lunghezza orizzontale media di 50 m, inclusi i cavi patch a entrambe le estremità.
Infine, è importante considerare come verrà iniettata l'alimentazione attraverso il cavo; ovvero, quante coppie degli otto fili disponibili (quattro coppie) verranno utilizzate e in che modo. Attualmente, i protocolli PoE più comuni (802.3af, 802.3at) utilizzano due coppie, una per iniettare il segnale positivo (CC+) e l'altra per iniettare il segnale negativo (CC-). Un esempio specifico è mostrato nella tabella seguente.
Esempio di coppie utilizzate in PoE: Poiché entrambi i fili della coppia utilizzata per l'iniezione di potenza sono collegati in parallelo all'alimentatore e quindi anche al dispositivo alimentato, dobbiamo considerare che la resistenza della coppia sarà esattamente la metà della resistenza mostrata da ciascun filo. Tuttavia, sommando le lunghezze di ciascuna coppia per ottenere la resistenza CC totale dei fili di alimentazione, la resistenza da considerare sarà esattamente quella mostrata da ciascun filo, ovvero 9,38 Ω/100 m per il cavo Cat5e e 7,61 Ω/100 m per il cavo Cat6. Poiché abbiamo considerato una lunghezza media di 50 m, la resistenza CC da considerare dovrebbe essere 4,69 Ω per il cavo Cat5e e 3,8 Ω per il cavo Cat6.
Presentazione dei risultati- Telefono IP AVAYA 1608
Il telefono IP AVAYA consuma 4,93 W quando è collegato direttamente all'alimentatore, senza il cavo a doppino intrecciato. Con una tensione di alimentazione media di 48 V CC, il consumo energetico del dispositivo sarà di (P=V*I) 0,1027 ampere. Pertanto, la corrente che scorre attraverso il cavo sarà di 0,1027 ampere, che, attraverso un cavo Cat5e con una resistenza di 4,69 Ω, si tradurrebbe in un consumo energetico di (P=R*I²) 0,05 W. Il cavo Cat6 ha una resistenza di 3,8 Ω, quindi il consumo energetico sarà di 0,04 W. Pertanto, il consumo energetico totale del telefono IP AVAYA sarà di 4,98 W con cablaggio Cat5e e di 4,97 W con cablaggio Cat6.
Presentazione dei risultati - Stazione per conferenze IP unificata Cisco 7937G
Il telefono IP Cisco consuma 7,85 W quando è collegato direttamente all'alimentatore, senza il cavo a doppino intrecciato. Con una tensione di alimentazione media di 48 V CC, il consumo energetico del dispositivo sarà di (P=V*I) 0,1635 ampere. Pertanto, la corrente che scorre attraverso il cavo sarà di 0,1635 ampere, che, attraverso un cavo Cat5e con una resistenza di 4,69 Ω, si tradurrebbe in un consumo energetico di (P=R*I²) 0,125 W. Il cavo Cat6 ha una resistenza di 3,8 Ω, quindi il consumo energetico sarà di 0,101 W. Pertanto, il consumo energetico totale del telefono IP Cisco sarà di 7,97 W con cablaggio Cat5e e di 7,95 W con cablaggio Cat6.
Presentazione dei risultati - CISCO Aironet 1600 802.11N 3x3
Il punto di accesso WiFi Cisco consuma 12,95 W quando è collegato direttamente all'alimentatore, senza il cavo a doppino intrecciato. Con una tensione di alimentazione media di 48 V CC, il consumo energetico del dispositivo sarà di (P=V*I) 0,27 ampere. Pertanto, la corrente che scorre attraverso il cavo sarà di 0,27 ampere, che, attraverso un cavo Cat5e con una resistenza di 4,69 Ω, si tradurrebbe in un consumo energetico di (P=R*I²) 0,342 W. Il cavo Cat6 ha una resistenza di 3,8 Ω, quindi il consumo energetico sarà di 0,277 W. Pertanto, il consumo energetico totale del punto di accesso WiFi Cisco sarà di 13,29 W con cablaggio Cat5e e di 13,23 W con cablaggio Cat6.
Visualizzazione dei risultati - Telecamera PTZ SONY Full HD 1080 HD, 1920x1080
La telecamera IP Sony consuma 25 W quando è collegata direttamente all'alimentatore, senza il cavo a doppino intrecciato. Con una tensione di alimentazione media di 48 V CC, l'assorbimento di corrente del dispositivo sarà di (P=V*I) 0,521 ampere. Pertanto, la corrente che scorre attraverso il cavo sarà di 0,521 ampere, che, attraverso un cavo Cat5e con una resistenza di 4,69 Ω, si tradurrà in un consumo di potenza di (P=R*I²) 1,27 W. Il cavo Cat6 ha una resistenza di 3,8 Ω, quindi il consumo di potenza sarà di 1,03 W. Pertanto, il consumo di potenza totale della telecamera IP Sony sarà di 26,27 W con il cablaggio Cat5e e di 26,03 W con il cablaggio Cat6.
Presentazione dei risultati - MHTL-PAN-2x2
Stanno iniziando ad apparire sul mercato anche apparecchi di illuminazione a LED alimentabili tramite cavo a doppino intrecciato. Una delle soluzioni disponibili in commercio, denominata RedWood, verrà discussa in seguito. L'apparecchio MHT consuma 48 W se collegato direttamente all'alimentazione, ovvero senza il cavo a doppino intrecciato. Considerando una tensione di alimentazione media di 48 V CC, il consumo di questo dispositivo sarà di (P=V*I) 1 A. Pertanto, la corrente che scorre attraverso il cavo sarà di 1 A, che, attraverso una resistenza di 4,69 Ω per il cavo Cat5e, si tradurrà in un consumo di potenza di (P=R*I²) 4,69 W. Il cavo Cat6 ha una resistenza di 3,8 Ω, quindi il consumo di potenza sarà di 3,8 W. Detto questo, si può concludere che il consumo totale dell'apparecchio MHT sarà di 52,69 W se il sistema di cablaggio è Cat5e e di 51,8 W se il sistema di cablaggio è Cat6.
Display dei risultati - LED 600 x 1200 mm, incasso Davis
L'apparecchio di illuminazione DAVIS consuma 80 W quando collegato direttamente all'alimentazione, senza il cavo a doppino intrecciato. Considerando una tensione di alimentazione media di 48 V CC, l'assorbimento di corrente di questo dispositivo sarà di (P=V*I) 1,67 ampere. Pertanto, la corrente che scorre attraverso il cavo sarà di 1,67 ampere, che, con una resistenza di 4,69 Ω per il cavo Cat5e, si tradurrà in un consumo di potenza di (P=R*I²) 7,83 W. Il cavo Cat6 ha una resistenza di 3,8 Ω, quindi il consumo di potenza sarà di 6,35 W. Pertanto, si può concludere che il consumo di potenza totale dell'apparecchio di illuminazione MHT sarà di 87,83 W con cablaggio Cat5e e di 86,35 W con cablaggio Cat6.
Risparmio energetico annuo
Come calcolato nelle sezioni precedenti, la maggiore resistenza dei cavi Cat5e rispetto ai cavi Cat6 comporta un consumo energetico maggiore. Questo consumo aggiuntivo è pari a circa il 20%. Valutiamo ora il potenziale risparmio derivante dall'utilizzo di un sistema di Categoria 6 rispetto a un sistema di Categoria 5e. Per fare ciò, dobbiamo considerare la differenza di consumo energetico tra le due soluzioni di cablaggio, l'arco temporale del calcolo, il costo dell'energia e il numero di dispositivi. La formula che riassume tutto ciò potrebbe essere la seguente:
((Differenza nel consumo energetico per cablaggio) x (ore al giorno x giorni all'anno) / 1000 (per convertire in kW)) x (Costo del kWh) x (Numero di dispositivi) Tipo di dispositivo Differenza nel consumo energetico Cat5e/Cat6 Ore x Giorno Giorni x Anno Costo kWh Numero di dispositivi Risparmio annuo Risparmio in 15 anni Risparmio in 15 anni Telefono IP AVAYA 0,01 24 365 €0,18 500 €7,88 €118,20 Telefono IP CISCO 0,024 24 365 €0,18 500 €18,92 €283,80 Access point WiFi CISCO 0,065 24 365 €0,18 100 €10,25 €153,75 Telecamera IP SONY 0,24 24 365 0,18 € 100 37,84 € 567,6 € Apparecchio LED MHT 0,89 12 330 0,18 € 1000 634,39 € 9515,85 € Apparecchio LED DAVIS 1,48 12 330 0,18 € 1000 1054,94 € 15824,1 € Risparmio energetico tra Cat5e e Cat6.
Conclusioni
La tabella sopra riportata mostra come, all'aumentare del consumo energetico dei dispositivi, il risparmio diventi molto più significativo. Sono sempre più numerosi i dispositivi alimentati tramite PoE e il loro consumo energetico è in costante crescita. Considerando la durata media del cablaggio strutturato installato negli uffici, che in genere supera i 15 anni, il modesto investimento iniziale necessario per installare cavi Cat6 anziché Cat5e viene ammortizzato in pochi anni – un periodo più breve all'aumentare del numero di dispositivi PoE e del loro consumo energetico. Inoltre, le tecnologie PoE sono sempre più progettate per alimentare dispositivi ad alta potenza. Ad esempio, l'IEEE sta attualmente studiando la possibilità di inviare correnti comprese tra 800 e 1000 mA per coppia (fino a 4 Ampere per cavo), pertanto le differenze di caduta di tensione tra le varie categorie di cavi potrebbero diventare sempre più significative. È inoltre molto importante considerare il riscaldamento dei cavi, soprattutto perché con l'aumento della temperatura aumenterà anche l'attenuazione del segnale e, di conseguenza, i collegamenti di lunghezza prossima ai 90 metri potrebbero smettere di funzionare e subire perdite di connessione a causa dell'eccessiva attenuazione causata dalla temperatura.
Piattaforma di gestione dell'illuminazione e alimentazione LED - RedWood
Redwood è una piattaforma per l'alimentazione, il controllo e la gestione dell'illuminazione a LED tramite cablaggio strutturato. I sistemi di illuminazione che possono essere monitorati e controllati in genere dispongono di uno o due circuiti aggiuntivi, oltre all'alimentatore, dedicati a questo scopo.
Con Redwood, il cablaggio per l'alimentazione, il controllo e la gestione degli apparecchi di illuminazione sarà un unico sistema di cablaggio strutturato di Cat5e o superiore.
Esempio di un'installazione di illuminazione Redwood con cablaggio strutturato.
La soluzione Redwood si compone dei seguenti elementi:
- Redwood Engine. Si tratta del dispositivo di alimentazione che ha anche la capacità di misurare il consumo di ogni porta/apparecchio di illuminazione e del software per la gestione della piattaforma.
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- Redwood Director. Dispone di una porta BACnet e di un'API che consente l'integrazione della piattaforma con altri impianti dell'edificio, come il sistema di climatizzazione, la gestione delle sale riunioni o l'integrazione con i sistemi di sicurezza.
- Sensore Redwood. Un sensore in grado di misurare la temperatura, i livelli di luce e rilevare la presenza può essere installato sullo stesso cablaggio che alimenta e gestisce le luci. - Adattatore Redwood. Questo sensore ha caratteristiche identiche a quello menzionato sopra, ma funge anche da gateway, come descritto nella sezione successiva.
- Redwood Gateway. Per rilevare e attivare ciascun apparecchio di illuminazione, è necessario un Gateway, programmato in fabbrica con le tensioni/correnti di funzionamento dell'apparecchio a cui è collegato.
- Interruttore di controllo scene Redwood: In alcuni ambienti, come le sale riunioni, è possibile integrare un controller di scene in modo che, con la semplice pressione di un pulsante, si possa creare una scena preconfigurata per adattare l'illuminazione della stanza alle esigenze del momento. Questo stesso dispositivo consente di accendere e spegnere tutte le luci della stanza, nonché di regolarne manualmente l'intensità.
- Relè Redwood: È anche possibile controllare luci alimentate a 230 V CA. A tale scopo, è possibile utilizzare un relè, che verrà controllato tramite il Gateway a cui è collegato.
Il diagramma seguente mostra una ripartizione dettagliata dei componenti della soluzione. Gli apparecchi di illuminazione non saranno a marchio Redwood, bensì di produttori standard. Sebbene esistano già apparecchi di illuminazione progettati per l'integrazione con la piattaforma, qualsiasi apparecchio alimentato a corrente continua (CC) potrebbe teoricamente essere integrato.
Le funzionalità di alimentazione, controllo e gestione di questa piattaforma offrono un risparmio energetico o una riduzione del consumo di illuminazione che va dal 70% al 90% rispetto al costo energetico di un sistema di illuminazione simile basato su lampade fluorescenti. La piattaforma software per il controllo e il monitoraggio degli apparecchi di illuminazione risiede sia sul Redwood Engine che sul Director ed è accessibile localmente tramite la porta console o da remoto, se Engine/Director sono collegati in rete, utilizzando un browser web standard. Questo software consente di misurare il consumo energetico dell'intero impianto o di zone specifiche, nonché di misurare la temperatura nelle aree in cui sono stati installati i sensori. Consente inoltre il controllo individuale di ciascun apparecchio di illuminazione o di una zona predefinita. L'immagine seguente mostra un esempio di questo software.
Il sistema è anche compatibile con l'illuminazione di emergenza richiesta nella maggior parte degli edifici pubblici. A tal fine, la luce di emergenza avrà un proprio circuito di alimentazione VAC, ma passerà attraverso un relè controllato dalla piattaforma Redwood, in modo che in caso di interruzione dell'alimentazione VAC, il relè si aprirà o semplicemente non verrà erogata alcuna corrente VAC alle luci di emergenza, attivandole.
Di Alberto Martínez, Direttore tecnico, Spagna e Portogallo, CommScope Enterprise
