L Esperienza di Sirti nell Efficientamento Energetico

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1 di Amedeo Paulone L Esperienza di Sirti nell Efficientamento Energetico Profilo di Sirti Sirti è la società italiana leader nell ingegneria, nel settore impiantistico, nel facility management e nella realizzazione di reti e sistemi di telecomunicazioni. Sirti ha una storia e un esperienza di più di 90 anni maturata nei settori sopra elencati e ha, nella propria profonda competenza tecnica, un punto di forza basilare che le consente di fornire ai propri clienti soluzioni di elevato contenuto tecnologico e in molteplici segmenti di mercato. Sirti è presente sullo scenario internazionale fino dagli anni Settanta e attualmente opera attivamente nei seguenti Paesi e aree geografiche: L azienda annovera fra i propri clienti i principali operatori del mondo delle Telecomunicazioni, le Pubbliche Amministrazioni Locali e Nazionali, il gruppo Ferrovie dello Stato e grandi Corporates, tutti soggetti che necessitano di realizzare e/o mantenere asset strategici, spesso particolarmente energivori e con caratteristiche peculiari del settore di riferimento in termini di tipo e modalità di consumo dell Energia. Per questi, e in particolare per il mondo delle Telecomunicazioni, Sirti ha sviluppato soluzioni di Efficientamento Energetico ponendosi come partner capace di analizzare tutte le problematiche e proporre soluzioni su misura, sia sotto il profilo tecnologico, che sul piano della convenienza economica. Sirti ha una struttura operativa capillarmente distribuita sul territorio nazionale, pronta a intervenire con tempestività ed efficacia e in grado di gestire i progetti nel più rigoroso rispetto dei tempi di realizzazione definiti. Con dipendenti, operanti in Italia e all estero, e con una struttura operativa diffusa in modo capillare, Sirti propone soluzioni smart e sostenibili in un contesto che richiede elevata competenza tecnologica, realizzativa e di processo. Strategie per l efficientamento energetico nelle TLC L esperienza di Sirti è sorta e si è accresciuta a partire dal mondo delle Telecomunicazioni e, in virtù di questa sua storia, ha sviluppato nel tempo una profonda conoscenza di tutta l impiantistica asservita ai sistemi di TLC: sistemi di alimentazione, di condizionamento, di sicurezza fisica e logica. Le modalità di funzionamento e di utilizzo dei sistemi di alimentazione sono tipici e devono garantire: erogazione. Le centrali di TLC e, per estensione, i Data Centre costituiscono centri particolarmente energivori per diversi motivi: tro quadrato; nata (per la maggior parte gli apparati sono attivi H24); dotto, al fine di mantenere le condizioni ideali di funzionamento, mediante l utilizzo di sistemi di raffrescamento, a loro volta energivori. Questo comporta che la bolletta energetica dei siti di TLC, e dei Data Centre in particolare, sia molto onerosa e incida sensibilmente sui costi operativi degli Operatori. Pertanto, proposte che abbattano tali consumi, facendo anche ricorso ad applicazioni sostenibili dal punto di vista ambientale, con quel che ne consegue in termini di ottenimento di Titoli di Efficienza Energetica (TEE), sono ben accolti. Di contro va tenuto conto delle esigenze di ritorno dell investimento che tipicamente deve essere contenuto in periodi abbastanza stretti (2-4 anni), per rendere il piano proposto accettabile anche dal punto di vista della sostenibilità finanziaria. Caratteristiche degli interventi Nel seguito verranno delineate le linee guida e i principali risultati degli interventi realizzati con l obiettivo di incidere sui consumi energetici di Operatori di TLC e gestori di Data Centre. Qualsiasi intervento parte da un analisi preventiva della situazione del sito su cui si va a operare, in termini di consistenza degli impianti, modalità di funzionamento, individuazione di situazioni anomale, ecc. Si procede poi alla individuazione di potenziali proposte di efficientamento, definendole in termini di impegno tecnicoeconomico (a partire da quelle a basso impatto per poi procedere con quelle più articolate e costose ), risparmio energetico ottenibile, ritorno degli investimenti. In maggior dettaglio: Pre-audit svolte; 37

2 degli strumenti di misurazione. Audit mo dell energia; migliorare i livelli di efficienza; economica: - Sostituzione di dispositivi con altri più efficienti; - Interventi sulle modalità di generazione e conversione dell energia (cogeneratori, impianti fotovoltaici, ecc); - Interventi sulla rete di distribuzione (trasformatori, cavi con minori dispersioni, dispositivi di accensione e spegnimento automatici, ecc). Post-Audit correzione; individuati; interventi. A valle dell Audit Energetico si ottengono tipicamente le seguenti situazioni sullo stato di fatto: te a: - Collocazione geografica; - Caratteristiche dell impiantistica utilizzata; - Consumo anomalo contingente, eventualmente dovuto a guasti o a non conformità; - Consumo anomalo dovuto a come il sito sia cresciuto nel tempo, spesso in modo non pianificato dal punto di vista dell utilizzo dell energia, con interventi successivi e stratificati che hanno portato a caricare i componenti in modo non efficiente. TLC: - Il consumo per alimentazione apparati TLC è costante durante il giorno e nel corso dell anno; - Il consumo per l alimentazione dei sistemi di CDZ ha picchi nel corso delle ore più calde della giornata e durante i mesi estivi e costituisce una parte molto elevata del fabbisogno globale. Concentrando l attenzione sui Data Center e sugli elementi che costituiscono le principali fonti di assorbimento energetico, questi sono caratterizzati da installazioni con potenze elettriche elevate (si parla di armadi con potenze dell ordine di 3-5 kw/m2), che quindi necessitano, oltre che di potenza elettrica per l alimentazione degli apparati, anche di ingenti potenze da impiegarsi nel raffreddamento per controbilanciare la produzione del calore che avviene nelle sale. Generalmente il raffreddamento delle sale apparati, data center, server farm, avviene mediante condizionatori ad acqua refrigerata, generata da gruppi frigoriferi raffreddati ad aria posti all esterno degli edifici. L affidabilità del sito in termini di alimentazione elettrica e di raffreddamento sono i driver fondamentali che guidano le scelte progettuali; un guasto al sistema di alimentazione elettrica o al sistema di raffreddamento costituisce un danno economico e di immagine elevatissimo, che quindi va assolutamente evitato. Le caratteristiche di affidabilità del sito in termini elettromeccanici sono inquadrate secondo lo Standard TIA 942 dal livello TIER: TIER I: Architettura base con singoli sistemi di alimentazione di energia elettrica e frigorifera e singole linee di alimentazione elettrica e di acqua refrigerata. TIER II: Architetture con doppi sistemi di alimentazione di energia elettrica e frigorifera, ma singole linee di alimentazione elettrica e di acqua refrigerata. TIER III: Architetture con doppi sistemi di alimentazione di energia elettrica e frigorifera, e doppie linee di alimentazione elettrica e di acqua refrigerata. Gli apparati IT sono alimentati da un solo sistema di alimentazione. TIER IV: Architetture con doppi sistemi di alimentazione di energia elettrica e frigorifera e doppie linee di alimentazione elettrica e di acqua refrigerata. Gli apparati IT sono alimentati simultaneamente da due sistemi di alimentazione. Più alto è il livello TIER, maggiore è l affidabilità del Data Center. Occorre pertanto tener conto, all interno di un progetto di efficientamento energetico, di queste esigenze di affidabilità, che sono ovviamente primarie rispetto a qualsiasi intervento. Dal punto di vista dell, il parametro di valutazione primario è il PUE (Power Usage Effectiveness); matematicamente il PUE è il rapporto tra la potenza elettrica totale assorbita dal sito fratto la potenza elettrica assorbita dai soli apparati IT e TLC: PUE = Totale Potenza elettrica sito Totale Potenza elettrica apparati È chiaro che più efficienti sono gli impianti (condizionamento, illuminazione, alimentazione elettrica), più basso è il valore di PUE; il limite inferiore del PUE è per sua definizione pari a 1, mentre valori auspicabili del PUE devono attestarsi sotto il 2. Attualmente, il Data Centre con il PUE più basso a livello mondiale risulta essere il D.C. di Yahoo, che presenta un valore di 1,08. Tenendo conto delle suddette premesse e obiettivi, gli interventi effettuati nell ambito dell efficientamento dei locali TLC prevedono tipicamente 3 aree principali di attività: 1. Efficientamento del comparto condizionamento; 2. Efficientamento dei sistemi di illuminazione; 3. Efficientamento del sistema di produzione della potenza elettrica e della potenza frigorifera. 38

3 Efficientamento del comparto condizionamento In questa categoria ricadono: 1. Inserimento, ove le condizioni ambientali lo consentono, del free cooling diretto; 2. Sostituzione dei gruppi frigoriferi con modelli più recenti ed efficienti; 3. Ottimizzazione della distribuzione idraulica dell acqua refrigerata. Free cooling diretto Consiste nel dotare le sale TLC di sistemi di immissione dell aria esterna e di espulsione dell aria dell ambiente interno in modo da raffreddare le sale utilizzando l aria esterna, se questa è sufficientemente bassa; chiaramente a seconda della collocazione geografica del sito varierà il numero di giornate all anno in cui è sfruttabile il free cooling. In caso di utilizzo del free cooling si ha, a pari potenza frigorifera generata, una riduzione dell assorbimento della potenza elettrica dell ordine dell 80% con tempi di pay back dell ordine di 3 anni per installazioni al nord Italia. Sostituzione dei gruppi frigoriferi Lasciando inalterato tutto il sistema di Figura 1 Configurazione impiantistica con free cooling Serranda di espulsione Controsoffitto T. amb = 23 C Sotto Pavimento RACK condizionamento, in caso di impianti obsoleti, vale la pena di sostituire i gruppi frigoriferi con modelli recenti la cui efficienza può arrivare a essere superiore del 25% rispetto ai modelli sostituiti. Questi risultati si ottengono grazie all impiego di nuovi fluidi refrigeranti e nuova componentistica. Ottimizzazione della distribuzione idraulica Generalmente nei locali TLC con installati elevati carichi elettrici, il raffreddamento avviene mediante circolazione di acqua refrigerata. La portata d acqua nei sistemi tradizionali è costante e pari alla portata massima di progetto; ciò vuole dire che in condizioni di carico frigorifero ridotto (stagione invernale e/o installazione di apparati IT per una potenza inferiore a quella di progetto) la portata d acqua risulta eccessiva. Poiché la circolazione dell acqua richiede un dispendio energetico, nel caso di carichi parziali si ha uno spreco di energia per pompaggio. Per evitare questi sprechi si impiegano circuiti a portata variabile realizzati con pompe dotate di inverter e valvole terminali a 2 vie invece che a 3 vie. Il risparmio energetico ottenibile con l inserimento di questi componenti è dell ordine del 60% sull energia di pompaggio. CDZ On a regime ridotto T est < 17 C Efficientamento dei sistemi di illuminazione Le possibilità di risparmio energetico per gli impianti di illuminazione delle sale prevede: 1. Sistemi di controllo luci con sensori di presenza e PLC di gestione; 2. Introduzione di corpi illuminanti con tecnologia LED. I sistemi di controllo luci con sensori di presenza permettono di spegnere le luci quando non c è presenza di personale in sala. Il risparmio così ottenibile è duplice e legato alla riduzione di consumo di energia elettrica delle luci e della diminuzione della potenza frigorifera richiesta, essendo venuta a mancare la dissipazione di energia in ambiente dovuta alle luci accese inutilmente. L introduzione di corpi illuminanti LED in sostituzione dei corpi illuminanti fluorescenti permette, a pari flusso luminoso, una diminuzione di assorbimento elettrico del 65%. Illuminazione pubblica Il parco lampade dell illuminazione pubblica della maggior parte dei Comuni italiani ha un epoca di realizzazione, o dell ultimo ammodernamento, risalente a qualche decennio fa, e risulta quindi nella maggior parte dei casi obsoleto con necessità di interventi di riqualificazione e/o messa a norma. Molti punti luce utilizzano ancora lampade a vapori di mercurio ad alta pressione, il cui impiego è iniziato negli anni 60. La sempre maggiore necessità di risparmio da parte dei Comuni (l illuminazione pubblica costituisce una voce importante del bilancio di un Comune) e le leggi nazionali e regionali in vigore in materia di inquinamento luminoso, spingono un numero sempre maggiore di Amministrazioni Pubbliche a effettuare interventi di riqualificazione dell impianto di illuminazione pubblica, mirati all efficientamento energetico, oltre che alla messa a norma di 39

4 pali, sostegni e linee elettriche che lo necessitano. Le nuove tecnologie consentono di intervenire su più aspetti che volgono tutti allo stesso obbiettivo; al risparmio energetico: tenza degli apparecchi illuminanti a parità di prestazioni; manutenzione; nelle diverse ore di funzionamento dell impianto. L impiego di lampade a LED permette, a parità di potenza installata e prestazioni (efficienza luminosa, resa cromatica, fattore di utilizzazione, ecc.), un aumento dell interdistanza tra i punti luce (riduzione dei punti luce installati rispetto alle lampade a scarica quali vapori di mercurio o vapori di sodio ad alta pressione), o una riduzione di potenza a parità di interdistanza, con riduzioni significative di potenza e quindi del consumo di energia elettrica dell ordine del 40-50%. Tali apparecchi hanno inoltre una vita media maggiore rispetto alle lampade a scarica, consentendo anche una riduzione dei costi di manutenzione. Infatti un altra voce che concorre alla composizione della spesa sostenuta dalle Amministrazioni Pubbliche per l illuminazione pubblica, oltre al puro costo dell energia elettrica, è proprio la manutenzione, con una incidenza che può arrivare anche al 40% della spesa per il consumo di energia elettrica, in funzione della vetustà dell impianto. L aggiunta di un sistema di telecontrollo e telegestione centralizzata dell illuminazione pubblica, in grado di monitorare i parametri di funzionamento di ciascun punto luce e di rilevarne lo stato, consente un ulteriore riduzione dei costi per interventi di manutenzione; in tal modo questi possono essere effettuati solo quando necessari e solo sui punti luce che lo richiedono. Il vantaggio di un sistema di gestione centralizzato in grado di agire su ogni singolo punto luce o su gruppi di essi è duplice, in quanto consente di gestire nel vero senso della parola l impianto di illuminazione pubblica, modificandone, facilmente e in qualunque momento, i parametri (profili di accensione/spegnimento e intensità luminosa) in funzione dell orario, delle diverse aree (residenziali, aree di maggior circolazione, centri storici, ecc.), rendendo attivo un impianto che fino a poco tempo fa era puramente passivo e consentendo un ulteriore risparmio di energia elettrica del 20-30%. Anche interventi su apparecchi esistenti, ad esempio con lampade SAP (sodio ad alta pressione), possono garantire riduzioni dei consumi modificando l intensità luminosa nelle diverse ore di funzionamento, grazie all impiego di regolatori di flusso centralizzati in grado di regolare il flusso su gruppi di lampade. Come per tutti gli interventi orientati all efficientamento energetico, anche per quelli sugli impianti di illuminazione l investimento iniziale viene ripagato nel tempo grazie al risparmio economico ottenuto a seguito dell intervento. Di seguito viene brevemente descritto un intervento di riqualificazione proposto per un Comune con circa punti luce e vengono riportati i dati di risparmio energetico attesi e i relativi tempi di ritorno economico dell investimento (pay-back). Intervento in un Comune della provincia di Milano Come esempio classico si riporta di seguito l esperienza relativa a un Comune nella provincia di Milano per il quale è stato sviluppato lo studio per la riqualificazione dell impianto di illuminazione pubblica finalizzata all efficientamento energetico. L intervento è sostanzialmente costituito dalle seguenti attività: ti esistenti e obsoleti con altrettanti apparecchi a LED; pali e sostegni obsoleti; ti luce (in conformità a LR 17/00) e conseguente ammodernamento tecnologico; controllo e telegestione centralizzata con comunicazione tra apparecchi illuminanti e apparati centrali di sistema in radio frequenza. Dall analisi dello stato di fatto è emersa la necessità di una riqualificazione dell impianto attraverso la sostituzione dei circa 980 apparecchi illuminanti con lampade a vapori di mercurio esistenti, ricadenti tra gli oltre 1300 punti luce totali, con altrettanti apparecchi con diversa tecnologia di ultima generazione (apparecchi Figura 2 Corpi illuminanti presenti in ogni area e la potenza nominale impegnata attuale Area P.ti luce kw installati Area A Area B Area C Area D Area E Area F Area G Area H Totale

5 a LED), rispondenti alle normative vigenti e nel rispetto delle leggi regionali LR 17/2000 e LR 38/2004. Sono individuate le posizioni dei punti luce da sostituire suddividendoli in aree di intervento omogenee (aree residenziali, aree industriali, centro storico, aree periferiche, ecc.), in modo da condurre lo studio su aree/vie tipiche da prendere a campione. Di seguito è il dettaglio del numero dei corpi illuminanti presenti in ogni area e la potenza nominale impegnata attuale. La suddivisione in aree omogenee risulta utile, oltre che alla programmazione degli interventi, anche ai fini della scelta delle diverse soluzioni di gestione dell impianto, attraverso l individuazione di programmi e di profili di accensioni, spegnimenti e regolazione più idonei alla natura e alle caratteristiche delle diverse aree (aree periferiche, aree centrali, aree residenziali, aree industriali, ecc., che sottostanno per legge a livelli di illuminamento minimi differenti). Ipotesi e considerazioni Non essendo disponibile una Classificazione Stradale sul territorio comunale, definita dalla norma UNI 11248:2012 in funzione del tipo di traffico, e propedeutica alla identificazione della corrispondente categoria illuminotecnica, a sua volta definita dalla norma UNI EN , è stata ipotizzata una classificazione sulle vie campione prese in esame. In funzione di questa classificazione e categorie illuminotecniche corrispondenti, per ogni via campione è stato effettuato un calcolo illuminotecnico preliminare. Tali verifiche sono risultate necessarie per l individuazione delle tipologie degli apparecchi illuminanti principali (caratteristiche geometriche e soluzione ottimale in termini di ottica/fotometria e potenza). Successivamente i risultati sono stati estesi per similitudine a tutta l illuminazione pubblica oggetto di intervento, riuscendo così a formulare la proposta di riqualificazione dell impianto. Sistema di gestione e telecontrollo A implementazione dell impianto e nell ottica di ottenere il maggior risparmio energetico, viene inoltre proposto un sistema di gestione e telecontrollo (controllo remoto). La scelta della soluzione tecnologica, a causa della condizione delle linee elettriche, tra le quali alcune ancora aeree, è caduta su un sistema di gestione e telecontrollo punto-punto con comunicazione in radio frequenza (RF). Un sistema di gestione come quello proposto consente un monitoraggio dei consumi e delle modalità di funzionamento dell impianto e conseguenti prestazioni, modificabili in ogni momento intervenendo non sul campo, bensì sulla programmazione del sistema dalla postazione di supervisione. Il sistema di regolazione e telecontrollo può essere integrato in un contesto più ampio di gestione degli interventi di manutenzione, nell ottica di ottimizzazione dei costi di manutenzione. Il sistema di telecontrollo è in grado di riportare la diagnosi del funzionamento dell impianto e l eventuale allarmistica a un NOC (Network Operating Center) presso il quale risiederà la postazione di supervisione (PC workstation) da cui può essere alimentata la pianificazione della manutenzione. Dati di risparmio attesi Dalla tabella di Figura 3 si può facilmente notare come con la sola sostituzione punto-punto degli apparecchi esistenti a vapori di mercurio con altrettanti apparecchi a LED si è potuto ottenere, a parità di prestazioni Figura 3 Consistenza parco lampade comunale più obsoleto da sostituire Note: (1) Potenza totale assorbita comprensiva delle perdite dei vari componenti quali reattori, alimentatori, ecc. Tipologia Potenza nominale (W) Potenza lorda (W) Efficienza (lm/w) Numero lampade Potenza totale lampade HG (W) Potenza unitaria lorda equivalente con tecnologia a led (kw) Potenza totale equivalente con tecnologia a led (kw) VAPORI DI MERCURIO HG TOTALE 981 kw 120,18 kw 66,07 41

6 Figura 4 Calcolo risparmio energetico atteso POTENZA INSTALLATA Potenza totale installata attuale Potenza Consumo En. Elettrica Costo Energia Costo Manutenzione nominale lorda kwh/anno Euro/kWh (dato disponibile dalla ammini- 11,5h/gg * kw kw straz. Pubblica) 365 gg/anno 0,16 Lampade a vapori di mercurio HG 108, , ,85 Rimanente parco lampade a vapori di sodio AP 56,295 61, ,09 Totale costi Ill. Pubblica Potenza totale installata attuale 164,84 181, , , , ,55 Potenza nuova installazione 59,463 66, ,83 Invariata 56,30 61, ,09 Nuovo Totale installato 115, , , , , ,55 Risparmio atteso , , , ,00 Incremento 20% con telegestione , , , ,19 illuminotecniche, una riduzione della potenza installata da 120 kw a 66 kw, equivalente a una riduzione del 45%. A fronte della riduzione di potenza viene calcolato nella tabella di Figura 4 il risparmio atteso di energia elettrica in kwh/anno (circa kwh annuo) e risparmio economico equivalente ( circa), incrementabile almeno di un ulteriore 20% (tot ) con l impiego di un sistema di telegestione che ne modifichi i profili di accensione/spegnimento e dimmerazione. Calcolo risparmio energetico Per questi 980 apparecchi illuminanti si aggiunge inoltre il risparmio legato alla sostanziale assenza di manutenzione, quantificabile in circa 40 a punto luce sulla base dei dati resi disponibili dall amministrazione pubblica sul costo sostenuto per la manutenzione, per un totale di circa Ne deriva un risparmio totale annuo pari a circa , pari a circa il 45% della spesa sostenuta dal Comune prima dell intervento di riqualificazione. Tempi di ritorno economico dell investimento L intervento di riqualificazione sopra descritto porta a un costo di realizzazione di circa Essendo tali interventi finanziati dal risparmio energetico ne consegue che l investimento iniziale per la realizzazione dell intervento viene ripagato in un tempo praticamente pari a 10 anni: anni. Amedeo Paulone è Direttore divisione Grandi Clienti di Sirti S.p.a 42