Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune

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Florindo Cenci
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1 Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune LUCA FERRARINI Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione Milano, 29 novembre 2011

2 Sommario Introduzione Automazione ed efficienza energetica Il caso di un condominio (progetto Energetica Mente) Il caso di un agriturismo (progetto Enertec) Azioni concrete per il prossimo futuro Conclusioni Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 2

3 Automazione & Efficienza energetica Efficienza energetica: sostituzione componenti obsoleti o inefficienti modifica dei comportamenti umani acquisto energia a prezzi vantaggiosi auto-produzione energia con sistemi innovativi e/o efficienti modifica dei processi o impianti produttivi Automazione: realizza sistemi per la conduzione automatica di impianti e macchine attraverso: Misura Decisione (controllo) Attuazione abilita manutenzione e diagnostica finalità aggiuntive: flessibilità (es: produzione) adattamento (es: disponibilità di risorse) sicurezza (es: funzionale) ottimizzazione (es: tempi) Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 3

Automazione & Efficienza energetica Il caso degli edifici Tecniche passive : Isolamento termico Sostituzione serramenti Schermature solari Installazione generatori ad alta efficienza Tecniche attive

4 Automazione & Efficienza energetica Il caso degli edifici Tecniche passive : Isolamento termico Sostituzione serramenti Schermature solari Installazione generatori ad alta efficienza Tecniche attive : Controllo differenziato delle temperature Monitoraggio dei consumi energetici Gestione integrata dell energia (generazione e consumo) Ottimizzazione del consumo dei generatori Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 4

5 Automazione & Efficienza energetica Il caso degli edifici Il risparmio energetico si raggiunge tramite una combinazioni di tecniche complementari Fonti Rinnovabili Il controllo dei flussi energetici permette una razionalizzazione del consumo e un aumento del risparmio.

6 Il progetto Energetica Mente Obiettivo: realizzare un sistema automatizzato per il monitoraggio, la gestione e il controllo efficiente di impianti di climatizzazione centralizzati negli edifici ad uso commerciale e abitativo Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 6

Approccio sistemico integrato Per aumentare l efficienza di un sistema di climatizzazione è necessario un approccio sistemico che integri: desideri degli utenti, condizioni climatiche esterne,

7 Approccio sistemico integrato Per aumentare l efficienza di un sistema di climatizzazione è necessario un approccio sistemico che integri: desideri degli utenti, condizioni climatiche esterne, capacità del sistema edificio-impianto. Richieste degli utenti Conoscenza del sistema edificio-impianto Condizioni climatiche Efficienza energetica Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 7

8 Modelli di simulazione di sistemi edificio impianto Gli strumenti di simulazione dinamica consentono di verificare il comportamento del sistema edificio-impianto a fronte di differenti azioni di controllo. Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 8

Il progetto pilota Edificio sito ad Ivrea (TO) Due numeri civici sei piani climatizzati 21 unità immobiliari Volume lordo 7.081 m 3 Superficie disperdente lorda 2.804 m 2 Superficie utile 1.

9 Il progetto pilota Edificio sito ad Ivrea (TO) Due numeri civici sei piani climatizzati 21 unità immobiliari Volume lordo m 3 Superficie disperdente lorda m 2 Superficie utile m 2 Analisi effettuate Analisi preliminari Modellizzazione del sistema Progettazione degli interventi di efficientamento Implementazione del sistema di controllo Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 9

10 Il sistema termico considerato Caldaia a condensazione da 240 kw Sistema di distribuzione a colonne montanti Separatore idraulico Pompe di ricircolo Radiatori a colonne Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 10

Variabili esogene e fenomeni principali Variabili esogene Profili di temperatura richiesta dagli utenti Temperatura esterna Fenomeni principali Generazione e distribuzione del calore Edificio con

11 Variabili esogene e fenomeni principali Variabili esogene Profili di temperatura richiesta dagli utenti Temperatura esterna Fenomeni principali Generazione e distribuzione del calore Edificio con corpi opachi e trasparenti Accumulo calore nelle singole stanze Scambi di calore stanza-stanza e stanza-esterno Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 11

Centrale termica e pompe di circolazione Sonda Temperatura esterna Montanti distribuzione Pompa Primario (Wilo TOP-S) Pompa Secondario (Wilo Stratos 65/1-12) w prim =costante W sec

12 Centrale termica e pompe di circolazione Sonda Temperatura esterna Montanti distribuzione Pompa Primario (Wilo TOP-S) Pompa Secondario (Wilo Stratos 65/1-12) w prim =costante W sec =variabile Caldaia a Condensazione (Riello Alu Pro 240) Separatore Idraulico Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 12

13 Il comportamento del sistema progettato As Is Nuovo Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 13

14 Il comportamento del sistema progettato Risparmio ottenibile compreso tra 12 e 15% Gennaio +12,85% Novembre +14,54% Marzo +14,83% Novembre Gennaio Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 14

15 Bioagriturismo Vojon Ponti sul Mincio (MN) Premiato da Legambiente e Regione Lombardia col Premio innovazione amica dell ambiente 2006

16 Il sistema energetico dell agriturismo Fan-coil Solare termico Falda Pannelli radianti a pavimento Sonde Geotermiche Accumulatore Termico Hotel PdC Energy Idroniche System PdC Geotermica House Energy System Caldaia Separatore a Biomassa Idraulico

17 Il sistema energetico dell agriturismo Hotel Energy System House Energy System

18 Ambiente di sviluppo MATLAB/Simulink

19 Il sistema di controllo User device controllers Plant plant controller

20 Controllo in temperatura dell accumulatore Reiezione dei disturbi dal carico termico caso reale Prelievo di energia termica da parte del carico di durata 1h Cattiva gestione dell impianto: impossibile asservire eventuali Sistema NON CONTROLLATO 40 Sistema CONTROLLATO Modalità 40 COMFORT nuovi prelievi di energia Sistema CONTROLLATO Modalità ECO Possibili perdite di Comfort Consumo: +2% Totale reiezione dei disturbi Consumo: -3% Totale reiezione dei disturbi No Ctrl Comfort ECO 02:00 05:00 08:00 11:00 14:00 17:00 20:00 23:00

21 Controllo in temperatura dell accumulatore Decremento Incremento set-point temperatura in periodo caso di prelievo di basso prelievo Consumi = % (worst case) 02:00 05:00 08:00 11:00 14:00 17:00 20:00 23:00

22 Il punto di partenza è l informazione

La roadmap di riferimento Audit / Diagnosi Energetica Realizzazione Monitoraggio Definizione Baseline Interventi miglioramento energetico Misura e verifica Audit energetico: Raccolta dati di consumo,

23 La roadmap di riferimento Audit / Diagnosi Energetica Realizzazione Monitoraggio Definizione Baseline Interventi miglioramento energetico Misura e verifica Audit energetico: Raccolta dati di consumo, sopralluoghi, analisi situazione energetica e identificazione aree di miglioramento Realizzazione monitoraggio: Definizione EPI energetici, realizzazione infrastruttura di monitoraggio, attivazione Virtual Energy Manager per la presentazione sintetica delle informazioni energetiche Definizione baseline: Analisi dei dati per definire la situazione di consumo ex-ante, analisi di dettaglio delle opportunità di risparmio Interventi di miglioramento energetico: Vengono effettuati gli interventi di miglioramento secondo l ordine pianificato Misura e verifica: Misura delle prestazioni ex-post e confronto con la baseline per valutare i miglioramenti ottenuti

Gli interventi di miglioramento devono essere mirati Processi e comportamenti Apparecchiature e impianti Risparmio Payback brevi: max 2 anni Risparmi medio-alti: 20-25% Leve: Sensibilizzazione

24 Gli interventi di miglioramento devono essere mirati Processi e comportamenti Apparecchiature e impianti Risparmio Payback brevi: max 2 anni Risparmi medio-alti: 20-25% Leve: Sensibilizzazione personale, ottimizzazione processi, sensoristica e automazione Acquisto dell energia Payback medi: 2-4 anni Risparmi elevati: anche >30% Leve: interventi involucro edilizio, impianti energia ad elevata efficienza, tecnologie a basso consumo nelle apparecchiature Auto generazione Payback immediato Risparmi contenuti: <10% Leve: Profilazione consumi, negoziazione sul libero mercato, gruppi di acquisto Payback lunghi: 4-8 anni co-tri-generazione 6-11 anni rinnovabili Risparmi contenuti: 10-20% Leve: Co-Tri-generazione, Fotovoltaico, Solare, Eolico Investimento

25 Il sistema di gestione energia UNI-EN Standard per migliorare l efficienza energetica in azienda; Politica energetica Consente di definire politiche, processi, strumenti, metodologie, procedure per la gestione ottimale dell energia; Management review Pianificazione Realizzazione ed esercizio Basato sull approccio plando-check-act; La corretta adozione di tale standard viene certificato da ente terzo; Audit interno Verifica Monitoraggio e misura Vantaggi risultati migliori e verificabili; comunicazione al mercato; maggiore valore aziendale.

26 Conclusioni L efficienza energetica si ottiene attraverso numerose strade e tecnologie differenti L automazione può contribuire significativamente all efficienza energetica, tramite: L adozione di tecnologie mature e componenti adeguati Un approccio sistemico al problema Soluzioni integrate (ad es, controllo termico ed elettrico, ottimizzazione produzione/consumo/accumulo, ecc.) Integrazione con altre funzioni (sicurezza, affidabilità, ecc.) Le tecniche dell Automazione Industriale sono direttamente applicabili in ambito domestico (singola casa, condomini, quartieri), terziario (centri commerciali, uffici, banche, ospedali), industriale. Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 26

Conclusioni Lʼautomazione industriale ha dato una mano significativa a fare un passo verso un futuro un po' più sostenibile, $ almeno energeticamente.

27 Conclusioni Lʼautomazione industriale ha dato una mano significativa a fare un passo verso un futuro un po' più sostenibile, $ almeno energeticamente...$ ma la strada da percorrere è ancora un poʼ in salita$ Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune 27

28 Contatti Grazie per l attenzione Prof. Luca Ferrarini luca.ferrarini@polimi.it Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l automazione come denominatore comune

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