Ettore Cinarelli, Margherita Converso Golder Associates Srl

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1 Smart building: il miglioramento dell efficienza energetica in edifici civili e del terziario mediante la gestione, il monitoraggio e la supervisione degli impianti Ettore Cinarelli, Margherita Converso Golder Associates Srl

2 SOMMARIO Storia Definizione di Smart Building Presentazione casi studio e applicazioni Caratteristiche dei sistemi di monitoraggio Normativa di riferimento UNI EN ISO Il sistema di monitoraggio Golder 2

3 SMART BUILDING - STORIA Anni 70 introduzione del concetto di EFFICIENZA ENERGETICA già in fase di progettazione Anni 80 introduzione della GESTIONE per mezzo di computer anche in remoto Anni 90 Oggi efficienza energetica + gestione/management + introduzione di tecnologie che massimizzano l EFFICIENZA in relazione al COMPORTAMENTO DEGLI UTENTI rispetto dei limiti di legge, certificazione energetica (non obbligo) certificazione di eccellenza (LEED, BREAM, ITACA, ) edificio a basso consumo o a consumo zero (NZEB) monitoraggio + controllo e feedback 3

4 SMART BUILDING DEFINIZIONI SMART BUILDING è un edificio: A. mirato a ridurre il suo impatto ambientale attraverso la riduzione dei consumi energetici del sistema edificio/impianti e un utilizzo intelligente dell energia B. dotato di speciali apparecchiature in grado di permettere una semplice gestione e un controllo in remoto di una serie di dispositivi elettronici Il suo monitoraggio e gestione ne incrementa l'efficienza e la sostenibilità energetica e ambientale 4

5 SMART BUILDING - TECNOLOGIE TECNOLOGIE ATTIVE TECNOLOGIE PASSIVE BUILDING AUTOMATION SMART BUILDING 5

6 SCUOLA MEDIA PEDAGNA - IMOLA Superficie totale: m 2 (1.500 m 2 /piano) Volumetria: m 3 ( riscaldati) COMMITTENTE: Comune di Imola Fine lavori dicembre 2008 COSTI DELL INTERVENTO di cui per gli impianti ( il sistema di BA) (~2.100 /m² ) 6

7 SCUOLA MEDIA PEDAGNA - IMOLA SISTEMI PASSIVI Ridurre la domanda di energia SISTEMI ATTIVI Coprire la domanda rimanente con l uso delle energie rinnovabili BUILDING AUTOMATION Regolazione, gestione e monitoraggio impianti 7

8 SCUOLA MEDIA PEDAGNA - IMOLA BUILDING AUTOMATION REGOLAZIONE DELL IMPIANTO TERMICO IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE E DI QUELLA DI PROGETTO ACCENSIONE LUCI AMBIENTE GESTITA IN BASE AL CONTRIBUTO DI LUCE NATURALE ED ALL ILLUMINAMENTO DI PROGETTO MONITORAGGIO AULE GESTIONE APERTURA - CHIUSURA FINESTRE E TENDE 8

9 FUNZIONI PRINCIPALI DEL SISTEMA BA: Supervisione e controllo degli impianti di climatizzazione, elettrici e di illuminazione Controllo comfort ambientale (termico e illuminotecnico) dei locali Gestione e controllo dei consumi energetici Monitoraggio sperimentale dell efficienza delle soluzioni di risparmio energetico attive e passive Gestione degli allarmi SCUOLA MEDIA PEDAGNA - IMOLA Raccolta e archiviazione dei dati storici. Circa 1700 punti controllati UNI EN (2007) Classe A - BACS e TBM ad alta prestazione energetica con alti livelli di precisione e completezza del controllo automatico 9

10 SCUOLA MEDIA PEDAGNA - IMOLA MONITORAGGIO SISTEMA GEOTERMICO INDIRETTO A CONDOTTI INTERRATI 10

11 SCUOLA MEDIA PEDAGNA - IMOLA ANDAMENTO TEMPERATURE CONDOTTI INTERRATI 11

12 NORMA UNI 15232:2007 Fa parte del pacchetto di norme a supporto della Direttiva Europea EPBD sulla prestazione energetica degli edifici Imposta la stima dell impatto introdotto da automazione, controllo e supervisione sui consumi energetici degli edifici Definisce: una lista delle funzioni di regolazione, automazione BAC e gestione tecnica degli edifici (TBM) che hanno incidenza sulla prestazione energetica degli stessi 4 classi di efficienza (A, B, C, D) dei sistemi di automazione i requisiti minimi a seconda della classe dell edificio un metodo semplificato per arrivare ad una prima stima dell impatto di queste funzioni su edifici rappresentativi 12

13 NORMA UNI 15232:2007 Norma UNI EN ottobre 2007 Classi di efficienza D BACS non energeticamente efficienti (o assenza di controllo) C BACS standard con sistemi di automazione e controllo standard (classe di riferimento) B BACS e TBM avanzati per il controllo centralizzato A - BACS e TBM ad alta prestazione energetica con alti livelli di precisione e completezza del controllo automatico Scuola di Imola 13

14 NORMA UNI 15232:2007 Edifici non residenziali CLASSE D senza regolazione Energia Termica C regolazione standard EN Fattori di efficienza BAC B impianto di supervisione base A impianto di supervisione avanzato D senza regolazione Energia Elettrica C regolazione standard B impianto di supervisione base A impianto di supervisione avanzato Uffici 1,51 1 0,8 0,7 1,10 1 0,93 0,87 Sale lettura 1,24 1 0,75 0,52 1,06 1 0,94 0,89 Edifici scolastici 1,20 1 0,88 0,8 1,07 1 0,93 0,86 Ospedali 1,31 1 0,91 0,86 1,05 1 0,98 0,96 Hotel 1,31 1 0,85 0,68 1,07 1 0,95 0,9 Ristoranti 1,23 1 0,77 0,68 1,04 1 0,96 0,92 Negozi 1,56 1 0,73 0,62 1,08 1 0,95 0,91 Energia Termica Energia Elettrica Scuola di Imola C regolazione standard A impianto di supervisione avanzato C regolazione standard A impianto di supervisione avanzato Edifici scolastici 1 0,8 1 0,86 14

15 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA (Roccabruna CN) BACINO D UTENZA: persone Anno 2008: Audit energetico, progetto interventi, interventi in centrale termica. Anno 2009: sistema di supervisione, gestione automatica impianti Anno 2009, 2010, 2011: Energy management PISCINA: Superficie = m² Volume= m³ 15

16 CENTRALE TERMICA RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA 2 CALDAIE 350 kwt/cad. 1 CALDAIA A CONDENSAZIONE Produzione acqua calda a bassa temperatura 1 CALDAIA TRADIZIONALE Produzione acqua calda ad alta temperatura COLLETTORI SOLARI TERMICI COLLETTORI SOLARI TERMICI SOTTOVUOTO: 100 m² COGENERATORI Due motori endotermici (TANDEM) Potenzialità: 20 kwe e 47,5 kwt 16

17 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA SISTEMA DI SUPERVISIONE Gestione e Monitoraggio in remoto dei parametri funzionali degli impianti e dei risultati di risparmio energetico -supervisione e controllo impianti -controllo comfort ambientale - gestione degli allarmi - gestione e controllo dei consumi energetici - monitoraggio sperimentale - raccolta e archiviazione dei dati storici. - 15% ANNUAL ENERGY COSTS 17

18 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA SISTEMA DI SUPERVISIONE SISTEMA DI COGENERAZIONE COLLETTORI SOLARI AD ACQUA 18

19 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA SISTEMA DI SUPERVISIONE CALDAIA A CONDENSAZIONE CALDAIA TRADIZIONALE 19

20 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA Consumo annuo di metano [m 3 ] % consumo totale 28% consumo totale 29% consumo totale 47% consumo totale 0 anno 2007 anno 2008 anno 2009 anno 2010 Consumo di gas dei cogneratori Consumo totale di gas 20

21 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA p Consumo annuo di energia elettrica [kwh] % fabbisogno coperto % fabbisogno coperto % fabbisogno coperto % fabbisogno coperto 0 anno 2007 anno 2008 anno 2009 anno 2010 Energia elettrica prodotta dai cogeneratori Consumo totale di energia elettrica 21

22 [%] 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA CENTRO SPORTIVO VALLE MAIRA p Rendimento dei cogeneratori anno 2010 RENDIMENTO GLOBALE COGENERATORE DA SCHEDA TECNICA: 96% RENDIMENTO TERMICO COGENERATORE DA SCHEDA TECNICA: 68% RENDIMENTO ELETTRICO COGENERATORE DA SCHEDA TECNICA: 28% Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Rendimento elettrico 2010 Rendimento termico 2010 Rendimento globale

23 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA 2006: Messa in funzione del modulo di gestione e regolazione digitale dell impianto per il telecontrollo e monitoraggio OSPEDALE DI AOSTA: 300 POSTI LETTO Impianti tecnologici (9,5 MWt - 3,2 MWf cogeneratore 0,625 MWe): ,00 Energy Management 23

24 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Centrale termica: Potenza termica totale 9,6 MW t 625 kwe 740 kwt 24

25 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Centrale frigorifera: Potenza frigorifera totale: 3,2 MW f COP= 5, kwf 25

26 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Sistema di monitoraggio - obiettivo Analizzare i dati provenienti da misure in campo per valutare: Gas consumato dal cogeneratore in relazione ai consumi totali di gas dell ospedale (caldaie) Potenza/energia elettrica prodotta dal cogeneratore Energia frigorifera fornita dal frigo ad assorbimento e la sua efficienza (COP) Il recupero termico globale che si ottiene con il cogeneratore Efficienza globale del sistema di cogenerazione. 26

27 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Consumi energetici ospedale Confronto consumi energetici anni 2004/2006 Riduzione dei consumi energetici del 15% [Tep/anno] Anno energia elettrica da rete gasolio gas metano Totale (Tep/a) 27

28 Confronto emissioni CO 2 anni Riduzione delle emissioni di CO 2 del 20% PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Emissioni di CO 2 ospedale [tco 2 /anno] 1.200, ,0 800,0 600,0 400,0 200,0 665,5 244,7 910,1 704,2 78, ,4 241,1 896,1 465,9 430,2 296,9 817,4 520,5 528,6 908,5 379,9 595,0 953,2 358,1 654, ,3 455,8 513, ,5 578,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, Anno energia elettrica da rete gasolio gas metano Totale (tco2/a) 28

29 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Costi energetici ospedale Confronto costi gestione impianto anni Riduzione dei costi del 9% Tariffa defiscalizzata gas cogeneratore Riduzione consumo di energia primaria [ /anno] Anno energia elettrica da rete gasolio gas metano Totale ( /a) 29

30 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Energia elettrica cogenerata Energia elettrica prelevata dalla rete Totale consumo energia elettrica Fabbisogno energia elettrica coperto con cogeneratore Consumo globale di energia termica da bolletta Anno [kwhe/anno] [kwhe/anno] [kwhe/anno] [%] [kwht] % % % % % % % % % Monitoraggio consumi energetici ospedale 30

31 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA consumo gas [m3/h] ,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 efficienza [-] CONSUMO GAS COGENERATORE RENDIMENTO GLOBALE RENDIMENTO ELETTRICO COGENERATORE RENDIMENTO TERMICO COGENERATORE 0,2 0,1 0 00:00:00 Fri 11/10 00:00:00 Sat 11/11 00:00:00 Sun 11/12 00:00:00 Mon 11/13 00:00:00 Tue 11/14 00:00:00 Wed 11/15 00:00:00 Thu 11/16 00:00:00 Fri 11/17 00:00:00 Sat 11/18 00:00:00 Sun 11/19 00:00:00 Mon 11/20 00:00:00 Tue 11/21 00:00:00 Wed 11/22 00:00:00 Thu 11/23 00:00:00 Fri 11/24 00:00:00 Sat 11/25 00:00:00 Sun 11/26 00:00:00 Mon 11/27 00:00:00 Tue 11/28 00:00:00 Wed 11/29 00:00:00 Thu 11/30 00:00:00 Fri 12/01 00:00:00 Sat 12/02 00:00:00 Sun 12/03 00:00:00 Mon 12/04 00:00:00 Tue 12/05 00:00:00 Wed 12/06 00:00:00 Thu 12/07 00:00:00 Fri 12/08 00:00:00 Sat 12/09 00:00:00 Sun 12/10 00:00:00 Mon 12/11 0,0 step temporali (15') 31

32 PRESIDIO OSPEDALIERO VIALE GINEVRA, 3 - AOSTA Considerazioni La riduzione dei costi di esercizio (-9%) non è così significativa rispetto alla riduzione dei consumi energetici a causa dell aumento del costo dell energia Dal 2004 al 2010 il costo del metano ha subito un incremento del 53% circa. Dal 2003 al 2010 il costo dell energia elettrica ha subito un incremento del 27% circa. Importanza dell Energy Manager e di un semplice Sistema di Gestione e Controllo (EMS) E importante una buona e costante manutenzione ed il coordinamento tra manutentore ed Energy Management 32

33 BUILDING AUTOMATION - MONITORAGGIO TELECONTROLLO E AUTOMAZIONE Permette di: gestire al meglio gli impianti non solo dal punto di vista energetico ma ottimizzandone anche la manutenzione aggiungere funzioni connesse alla sicurezza e all anti intrusione tenere sotto controllo i consumi MONITORAGGIO ENERGETICO 33

34 MONITORAGGIO - OBIETTIVI 1. Misurare l efficienza di un impianto 2. Limitare la manutenzione ordinaria alle necessità reali 3. Aumentare l efficacia della manutenzione straordinaria 4. Accrescere la consapevolezza del funzionamento dell impianto 5. Individuare errori di progettazione di un impianto 6. Prevenire le criticità, offrendo una prontezza di risposta nel momento in cui si concretizza il problema 34

35 MONITORAGGIO SISTEMA DI GESTIONE DELL ENERGIA MONITORAGGIO ENERGETICO SISTEMA DI GESTIONE DELL ENERGIA SECONDO ISO Con questa norma si introduce il concetto di certificazione dei sistemi di gestione dell energia. Il sistema di gestione dell energia consente alle organizzazioni di sviluppare e implementare politiche e obiettivi legati al risparmio energetico. La gestione dell energia diventa uno strumento di miglioramento dell efficienza, che comprende la tecnologia, ma anche la struttura e l organizzazione. 35

36 SISTEMA DI GESTIONE DEL ENERGIA LA NORMA ISO (UNI EN 16001) Finalità della norma è introdurre un miglioramento continuo dell Organizzazione, nella forma di un più efficiente e più sostenibile uso dell energia, a prescindere dal tipo di energia utilizzata. La norma definisce i requisiti per creare, realizzare, mantenere e migliorare un sistema di gestione dell energia, il cui obiettivo è quello di mettere un organizzazione nelle condizioni di perseguire con un approccio sistematico un continuo miglioramento delle proprie prestazioni energetiche, in termini di miglioramento dell efficienza, dell uso e del consumo dell energia. 36

37 SCENARI TIPICI A. Edificio di nuova costruzione in cui il committente ha l esigenza di implementare un sistema di supervisione che integri funzioni di controllo e fuznioni di monitoraggio consumi energetici SCUOLA DI IMOLA B. Edificio esistente senza building automation in cui il committente ha l esigenza di integrare funzioni di supervisione e controllo impianti con monitoraggio consumi energetici PISCINA ROCCABRUNA VAL MAIRA C. Edificio esistente con sistema di supervisione chiuso in cui il committente ha l esigenza di integrare un sistema di monitoraggio consumi energetici OSPEDALE DI AOSTA D. Edificio esistente senza sistema di supervisione in cui il committente ha l esigenza di integrare un sistema di monitoraggio consumi energetici 37

38 REMOTE ACCESS DATA SYSTEM (GOLDER) È un sistema flessibile e completo di monitoraggio da remoto, usato per analizzare i parametri di funzionamento di un impianto generico Aree di applicazione Impianti di climatizzazione Bonifiche ambientali Impianti Energetici? Altro... 38

39 ARCHITETTURA SISTEMA SMS Impianto Acquisizione internet Archiviazione Allarmi Chiamate telefoniche Dati live Datalogging - Utenti Interrogazione Grafici Report Automatici Pannello di controllo 39

40 ALTERNATIVE Soluzioni costose Realizzazione di un sistema completo di building automation (sensori, attuatori e controller, ) Soluzioni economiche troppo carenti Analisi delle bollette Soluzioni proprietarie rigide e chiuse Sistemi precostituiti basati su tecnologie proprietarie, rigide e totalmente dipendenti dal fornitore 40

41 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA GOLDER Centralizzazione dei dati in un database ad accesso controllato. Alta connettività. Lungo ciclo di vita dovuto all uso di moduli che possono essere sostituiti nel tempo. Il sistema si interfaccia con flessibilità a tutti i tipi di sonde più comunemente utilizzate. Estendibilità del modulo di acquisizione attraverso espansioni per aumentare il numero di valori acquisiti e la loro natura. 41

42 ARCHIVIAZIONE DEI DATI I dati letti dal sistema vengono archiviati in un database centralizzato Integrazione con i sistemi Aziendali esistenti Elevata sicurezza Massima fruibilità Portabilità Elaborazione e validazione dei dati acquisiti 42

43 PRESENTAZIONE DEI DATI PER UN COMPORTAMENTO CONSAPEVOLE 43

44 CONCLUSIONI SMART BUILDING BUILDING AUTOMATION BUILDING AUTOMATION MONITORAGGIO INTEGRAZIONE DI TECNOLOGIE PASSIVE, ATTIVE E BUILDING AUTOMATION NORMA UNI 15232:2001 MONITORAGGIO ENERGETICO E SUPERVISIONE IMPIANTI SISTEMA DI GESTIONE DELL ENERGIA SECONDO UNI EN ISO EFFICIENZA ENERGETICA, RISPARMIO ENERGETICO 44

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