Monitoraggio: valutazione di interventi di riqualificazione e verifica del ritorno economico

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1 Inspection of HVAC systems through continuous monitoring and benchmarking Monitoraggio: valutazione di interventi di riqualificazione e verifica del ritorno economico Jacopo Toniolo DENER, Politecnico di Torino TORINO, 3 novembre The sole responsibility for the content of this presentation lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission are responsible for any use that may be made of the information contained here.

2 Direttiva EPBD, 21/31/EU Art. 8, estratto Member States shall encourage the introduction of intelligent metering systems whenever a building is constructed or undergoes major renovation L installazione di sistemi di monitoraggio dovrà essere incoraggiata Art. 15, estratti Member States shall lay down the necessary measures to establish a regular inspection of the accessible parts of air-conditioning systems of an effective rated output of more than 12 kw. Le ispezioni degli impianti HVAC diverranno obbligatorie in tutti gli stati membri Member States may reduce the frequency of such inspections or lighten them, as appropriate, where an electronic monitoring and control system is in place. La frequenza delle ispezioni potrà essere ridotta qualora si abbia un impianto di monitoraggio. 2/32

3 Risultati monitoraggi HARMONAC I casi studio analizzati in Italia hanno riguardato impianti HVAC centralizzati a servizio di edifici di medie dimensioni (6-2 m 2 ). La maggior parte degli edifici aveva un sistema di monitoraggio del consumo elettrico del sistema HVAC dedicato. In alcuni casi tali dati erano analizzati, in altri erano semplicemente tenuti a futura memoria... Le analisi dei dati di consumo orario richiedono notevole tempo e mezzi. In generale i sistemi BMS (Building management system) più diffusi non consentono un monitoraggio dei consumi adeguato, vanno progettati per tale scopo. 3/32

4 Caso studio n 1 Area climatizzata: 94 m 2 Volume climatizzato: 355 m 3 Numbero di piani: 6 Destinazioni: Uffici (principale), Tesoreria regionale 4/32

5 Caso studio n 1 Unità esterne VRF UTA (aria primaria) GF condensato ad aria 5/32

6 Caso studio n 1 Orario del sistema HVAC corretto Qualche problema al pomeriggio, alcuni sistemi restano accesi 6/32

7 Caso studio n 1 Il sistema di controllo dell impianto perde gli orari di controllo: 24 ore al giorno, 7 giorni la settimana 7/32

8 Caso studio n 1 Basse temperature nella media stagione e notevoli temperature in inverno. 8/32

9 Caso studio n 1 Verifica sul consumo invernale Daily consumption Hourly consumption kwh h-7/7 15h-5/7 kwh h-7/7 15h-5/ mon tue wed thu fri sat sun Risparmio energetico dovuto alla modifica degli orari Week consumption Weekday consumption Weekend day consumption % 3 kwh ,7% 24h-7/7 15h-5/7 kwh h-7/7 15h-5/7 kwh ,3% 24h-7/7 15h-5/ Settimanale -26.7% Feriale -9% Festivo -85.3% 9/32

10 Caso studio n 1 Riprogrammazione del sistema CONSUMI GIORNALIERI PRIMA DEL PROGETTO MC3 MC4 45 T ext MC3 ala nord MC5 ala sud kwh C /1/21 22/1/21 23/1/21 24/1/21 25/1/21 26/1/21 27/1/21 28/1/21 29/1/21 3/1/21 31/1/21 1/2/21 2/2/21 3/2/21 4/2/21 5/2/21 6/2/21 7/2/21 8/2/21 9/2/21 1/2/21 11/2/21 12/2/21 13/2/21 14/2/21 15/2/21 Ala nord ed ala sud hanno diverse metrature, per tale motivo il confronto è solo qualitativo 1/32

11 Caso studio n 1 Consumo dopo la riprogrammazione del sistema di controllo 4 CONSUMI GIORNALIERI DOPO IL PROGETTO MC3 MC4 T ext MC3 ala nord MC5 ala sud kw h C 11/32 6/3/21 7/3/21 8/3/21 9/3/21 1/3/21 11/3/21 12/3/21 13/3/21 14/3/21 15/3/21 16/3/21 17/3/21 18/3/21 19/3/21 2/3/21 21/3/21 22/3/21 23/3/21 24/3/21

12 Differenza di consumo Caso studio n 1 Feriali: - 2% Festivi: - 83% Risparmio energetico complessivo: 3% Pre-accensioni regolate sul giorno e sulle temperature attese, spegnimento in pausa pranzo, spegnimenti programmati dopo l orario di chiusura. 12/32

13 Caso studio n 2 Edificio di nuova costruzione in Aosta. L ispezione ha evidenziato un possibile malfunzionamento del sistema di controllo (g.f. accesi a gennaio). Il monitoraggio ha confermato il malfunzionamento ed ha determinato i possibili risparmi energetici. kwh Mon Tue Daily consumption, Chillers room Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Consumo elettrico della centrale frigo (g.f. + pompe) dal 2.4 al Il consumo nel weekend non è differente dal consumo nei giorni feriali. 13/32

14 Caso studio n 2 POLITO FT-FIN Chiller hourly consumption VS Temperature (March 29) Chiller consumption Ext. Temp kwh Chilled water is used to pre-cool neutral air for active chilled beams. Outflow Temp from AHU is C. There is no reason to operate pre-cooling when Temperature is below 18 C. Risparmio energetico annuo sul consumo per il condizionamento: 32,5% C C -2 14/3 14/3 14/3 15/3 15/3 16/3 16/3 17/3 17/3 18/3 18/3 19/3 19/3 19/3 2/3 2/3 21/3 21/3 22/3 22/3 23/3 23/3 24/3 24/3 24/3 25/3 25/3 26/3 26/3 27/3 27/3 28/3 28/3 29/3 29/3 3/3 3/3 14/32

15 Caso studio n 3 Ospedale sito in Piemonte, zona operatoria composta da 3 sale 1 m 2 complessivi 15.5 m 3 /h forniti da un unica UTA 394 kw frigoriferi forniti da due gruppi frigo (compressori a pistoni, condensati ad aria) Monitoraggio con sistema portatile Dati misurati: Temperatura dell aria in ogni sala (T 1, T 2, T 3 ) Temperatura aria esterna (T EXT ) Consumo elettrico gruppo frigo EC1 (P c 1) ed EC2 (P c 2) 15/32

16 Caso studio n 3 Sensore di temperatura esterno Misuratore di consumo elettrico installato nel quadro 16/32

17 Caso studio n 3 T ext ROOM 1 ROOM 2 ROOM 3 C 11 Nov 13 Nov 15 Nov 17 Nov 19 Nov 21 Nov 23 Nov 25 Nov 27 Nov 29 Nov 1 Dec 3 Dec 5 Dec 7 Dec 9 Dec 11 Dec 17/32

18 Consumo elettrico gruppi frigo frigo (kwh) (kwh) 55'85 16-dic 17-dic 18-dic 19-dic 2-dic 21-dic 22-dic 23-dic 24-dic 25-dic 26-dic 27-dic 28-dic 29-dic 3-dic 31-dic 1-gen 2-gen 3-gen 4-gen 5-gen 6-gen 7-gen 8-gen 9-gen 1-gen 11-gen 12-gen 13-gen 14-gen 15-gen 16-gen 17-gen 18-gen 14-ago 16-ago 18-ago Caso studio n 3 25-lug 27-lug 29-lug 31-lug 2-ago 4-ago 6-ago 8-ago 1-ago 12-ago GF1 GF2 TOTALE 23-lug 21-lug 93'378 GF1 GF2 TOTALE 16/OTT - 3/APR 1/MAG - 15/OTT 18/32 17-lug 19-lug

19 Caso studio n 3 POLITO FT-SRI Chiller hourly consumption VS Temperature (22 Dec Jan 29) Chiller consumption Ext. Temp Surgery room Temp 16 Verifica dei dati di consumo e di temperatura esterna I gruppi frigo risultano in funzione anche per temperature C esterne molto rigide (< C) kwh Si 8 ipotizza di spegnere le macchine per Temperature esterne minori di 14 C (UR = 6% a 2 C) C 4 Tali condizioni permettono il raffrescamento dei locali 2 anche durante le operazioni a più elevato carico termico (tipicamente ortopedia) 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: 5: 23: 17: 11: /32

20 Caso studio n 3 POLITO FT-SRI Chiller hourly consumption VS Temperature (22-25 Dec 28) Consumo gruppo frigo Temperatura esterna Temperatura di sala 14 C Temperatura di soglia, freecooling Nella stagione invernale: 61.5% del consumo elettrico per la refrigerazione avviene con temperatura esterna Text< 14 C kwh C Risparmio energetico annuo: 26% E.E. : 38,8 MWh 2/32

21 Osservazioni I dati presentati corrispondono a realtà abbastanza diffuse in ambito pubblico e privato. Tali realtà non vengono percepite fino a quando non si verifica un malfunzionamento o viene effettuata un analisi dei consumi. I ritorni economici degli investimenti sul controllo sono spesso inferiori ai 12 mesi. Alcune analisi sui consumi sono generalizzabili (con le opportune specifiche) ed automatizzabili 21/32

22 Previsioni di risparmio energetico L efficienza degli impianti e dell involucro è oggi un tema molto discusso, sono molteplici gli interventi di riqualificazione che si possono effettuare. Il calcolo del tempo di ritorno dell investimento è un dato fondamentale per avvallare gli interventi. Tale calcolo viene spesso fatto dal proponente l investimento (conflitto d interessi). Non è banale prevedere il risparmio energetico. 22/32

23 Previsioni di risparmio energetico Simulazione diretta (basata sulla conoscenza dei fenomeni fisici) Simulazione indiretta (basata sulle misure) Deve essere calibrata sui consumi reali Ampio margine di generalizzazione Mezzi e tempi notevoli Occorrono i consumi reali Piccolo margine di generalizzazione Mezzi e tempi modesti Incertezza dei risultati scarsamente prevedibile Incertezza dei risultati bassa 23/32

24 Simulazioni dirette Simulazione diretta priva di calibrazione sui dati reali non dà alcuna sicurezza sulla veridicità sui risultati, vale quanto una certificazione energetica. La calibrazione delle simulazioni dirette non è una prassi consolidata. Quale intervallo di tempo? Quali variabili di input modificare? Influenza sugli altri output? Power December 26 Active Power [kw] model Hour 24/32

25 Simulazioni dirette, calibrazione 25/32

26 Simulazioni dirette, calibrazione 26/32

27 Simulazioni indirette Simulazione indiretta necessita dati accurati in ingresso. Un analisi statistica aiuterà nella selezione delle variabili significative. A tal punto si potrà estendere la simulazione ad altri edifici simili. La buona riuscita di una simulazione indiretta necessita di molti dati su molti edifici. La robustezza delle previsioni è garantita dal campione statistico. L analisi statistica è una prassi consolidata. Quali variabili considerare? 27/32

28 Un esempio di previsione Edificio di 16 piani, molto vetrato, costruzione degli anni 6. Scarsissime performance dell involucro. Impianto centralizzato di climatizzazione, due tubi, senza alcun trattamento aria. Gruppo frigo a vite. Si è valutata l installazione di un gruppo ad assorbimento su dati giornalieri, risultato -75% consumo elettrico g.f. a vite. ABS. CHILLER ELEC.CHILLER TOTAL LOAD 28/32

29 Un esempio di previsione Dopo un anno si sono confrontati i dati su due mesi estivi. Il risultato è buono, ma decisamente inferiore alle aspettative: -2.8% Electric Cooling energy month Consumption delivered COP MWh MWh Aug Sep Aug Sep L anno successivo si è scelto di cambiare i serramenti. Anche la persona addetta alla gestione dell impianto HVAC è stata sostituita. 29/32

30 Un esempio di previsione Il confronto dei consumi fornisce il risultato complessivo. HVAC signature comparison work days 28 work days kwh R 2 =.4155 R 2 = C Temperature +16.5% consumo g.f. 3/32

31 Analisi iserv Le analisi che la piattaforma farà saranno di 3 livelli: 1. Diagnosi: il software analizzerà I consumi per verificare la correlazione con gli orari di lavoro dichiarati e le temperature raggiunte nei locali. Saranno forniti profili ottimizzati e una stima del risparmio conseguibile. 2. Benchmark energetico: il software fornirà delle valutazioni distinte sulla gestione e sull efficienza dell impianto. Tali valutazioni saranno confrontate con edifici con simile destinazione d uso (opportunamente normalizzati). 3. Analisi dei costi: sulla base dei risultati delle precedenti analisi il software fornirà una stima dei risparmi attesi. 31/32

32 Grazie per l attenzione Inspection of HVAC systems through continuous monitoring and benchmarking jacopo.toniolo@polito.it The sole responsibility for the content of this presentation lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission are responsible for any use that may be made of the information contained here.