La norma EN15193 Requisiti energetici per l illuminazione.

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1 La norma EN15193 Requisiti energetici per l illuminazione Linee guida per la progettazione degli impianti con sistemi di controllo dell illuminazione

2 Sommario Introduzione Scenario normativo... LENI - Lighting Energy Numeric Indicator... TCO - Total Cost of Ownership... Tecnologie per il controllo dell illuminazione... Tecnologie per la regolazione degli apparecchi Linee guida per la progettazione Criteri per la scelta di apparecchi e sistemi... Come calcolare LENI e TCO Con TCOlight puoi calcolare il consumo energetico del tuo impianto utilizzando l indicatore LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) definito dalla norma EN La norma EN15193 Componenti energetiche dell impianto... L indicatore LENI ed il modello di calcolo dell energia... Fattori correttivi introdotti dai sistemi di controllo... Valori di riferimento La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 2

3 Introduzione Scenario normativo La situazione economica, le previsioni di aumento dei costi dell energia nei prossimi anni e l attenzione per l ambiente impongono una maggior attenzione a tutte le soluzioni tecnologiche che permettono la qualificazione energetica degli edifici. In quest ottica già nel 2002 l Unione Europea aveva emanato la direttiva conosciuta come EPBD Energy Performance of Buildings Directive. Successivamente la questione del consumo energetico relativo agli immobili è stata ripresa dal CEN (European Committee for Standardisation) al fine di elaborare precise norme di calcolo che permettessero di valutare l effetto dell automazione e della gestione tecnica sui consumi energetici degli edifici. EN Prestazione energetica degli edifici Nel 2007 è stata emanata la normativa europea EN15232 che si riferisce alla Prestazione energetica degli edifici Incidenza dell automazione e della gestione tecnica sui consumi energetici degli immobili. Nella norma vengono valutati gli effetti delle tecnologie BACS (Building Automation and Control Systems) e TBM (Technical Building Management) sui consumi e viene presentata una metodologia di calcolo del loro impatto sulla prestazione energetica dell edificio. Tale metodo utilizza a sua volta normative di riferimento specifiche per ogni tipologia di impianto. EN Requisiti energetici per l illuminazione Per l illuminazione è stata sviluppata la Normativa Europea EN15193 Requisiti energetici per l illuminazione che specifica la metodologia di calcolo per stimare il consumo energetico degli impianti d illuminazione all interno degli edifici, considerando sia le caratteristiche degli apparecchi sia i sistemi di automazione eventualmente presenti. Al suo interno viene definito l indicatore LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) che esprime l energia consumata in un edificio riferita ad un m 2 in un anno. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 3

4 LENI - Lighting Energy Numeric Indicator La norma EN15193 specifica la metodologia di calcolo per stimare il consumo energetico degli impianti d illuminazione all interno degli edifici. Per ogni categoria di edificio, classificato in base alla sua destinazione d uso, vengono definite le varie tipologie di locali che lo compongono ed il valore dei parametri utili al calcolo. L indicatore in questione è il LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) ed esprime l energia consumata in un edificio per l illuminazione riferita ad un m 2 in un anno. Le variabili che determinano il valore del LENI dipendono a loro volta da vari fattori. P n F c F o F d T d T n Area Esprime la potenza nominale dell impianto d illuminazione Dipende dal sovradimensionamento della potenza dell impianto Dipende dal grado di occupazione dell area illuminata Dipende da come il sistema di controllo sfrutta la luce naturale Esprime il numero di ore annue in cui l impianto lavora in presenza di luce naturale Esprime il numero di ore annue in cui l impianto lavora in assenza di luce naturale Esprime la superficie dell area illuminata Quando l area è occupata in modo discontinuo ed è presente un sistema di controllo in grado di gestire in modo automatico la presenza si ottengono valori di F o tanto migliori quanto minori di 1. Questo parametro determina il tempo in cui gli apparecchi d illuminazione rimangono spenti, con conseguente riduzione dei consumi ed aumento della durata di vita delle sorgenti, il che determina quindi anche un risparmio nei costi di manutenzione e relamping. Se l impianto d illuminazione è dotato di apparecchi regolabili ed il sistema di controllo permette la gestione automatica della luminosità in relazione al contributo di luce naturale il parametro F d è minore di 1. La riduzione dei consumi dovuta alla capacità di sfruttare la luce naturale dipende chiaramente dall ubicazione dell edificio (latitudine) e dalle sue caratteristiche costruttive, come ad esempio gli indici geometrici delle finestre. Il controllo della luminosità permette inoltre di limitare la potenza dell impianto dovuta al sovradimensionamento iniziale (fattore di manutenzione), permettendo un risparmio energetico anche in assenza di contributo di luce naturale. Con TCOlight puoi calcolare il consumo energetico del tuo impianto utilizzando l indicatore LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) definito dalla norma EN La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 4

5 TCO - Total Cost of Ownership Il costo totale di possesso di un impianto d illuminazione (TCO - Total Cost of Ownership) include i costi di natura diversa relativi a materiali, consumi energetici ed attività di installazione e manutenzione calcolati su tutto il suo ciclo di vita. Alcuni di questi costi vengono sostenuti all atto della realizzazione (costi iniziali) mentre gli altri vengono sostenuti nel tempo e sono variabili in quanto si riferiscono alla gestione energetica e manutentiva dell impianto. Nella valutazione dei costi iniziali è necessario considerare gli importi relativi all acquisto ed all installazione degli apparecchi d illuminazione e dell eventuale sistema di controllo. Per la manutenzione dell impianto si dovranno invece sostenere costi relativi ai materiali di ricambio ed alla manodopera. La voce probabilmente più importante nella valutazione del TCO riguarda i consumi energetici, stimabili grazie alle indicazioni fornite dalla norma Europea EN Tramite l indicatore LENI è possibile definire l efficienza di un impianto d illuminazione eventualmente dotato di sistema di controllo automatico. Per valutare un investimento si procede considerando varie soluzioni progettuali, ognuna composta da differenti voci di costo per ciò che riguarda l importo iniziale, quello di manutenzione e quello per i consumi energetici. Per ogni ipotesi progettuale è possibile calcolare il tempo di ritorno dell investimento paragonandola ad una soluzione di riferimento, ad esempio l impianto esistente o la soluzione descritta da un progetto di capitolato. Payback Time L indicatore utilizzato per valutare il tempo di ritorno dell investimento è il Payback Time, un parametro che indica in quanti anni si ripaga una soluzione con un costo iniziale più alto ma più efficiente in termini di costi di gestione. Il Payback Time è ottenuto dividendo la differenza dell investimento iniziale per il risparmio annuo sui costi di energia e manutenzione ed è espresso in anni. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 5

6 Tecnologie per il controllo dell illuminazione Il mondo dell illuminazione sta evolvendo rapidamente verso soluzioni ad elevato valore aggiunto in termini di efficienza energetica ed impatto emozionale, soprattutto grazie alle nuove tecnologie LED. Oggi più che in passato è necessario poter gestire la luce in modo efficiente e dinamico. Oltre ad un accurato progetto illuminotecnico sono richieste opportune soluzioni di controllo degli apparecchi in modo da garantire risparmio energetico e gestione integrata delle scenografie statiche e dinamiche, salvaguardando allo stesso tempo le esigenze degli utilizzatori. Grazie ai sistemi di controllo dell illuminazione possiamo ottenere importanti vantaggi non solo in termini di risparmio energetico ma anche come aumento del comfort visivo, automazione e flessibilità dell impianto ed impatto emozionale. Tali sistemi permettono l interazione automatica tra gli apparecchi d illuminazione, l ambiente e l utente. Tramite sensori in grado di rilevare la presenza e l intensità luminosa questi sistemi gestiscono in modo automatico ed intelligente l accensione, lo spegnimento e la regolazione del livello e del colore degli apparecchi. La gestione automatica dell impianto avviene secondo varie modalità di lavoro, a seconda della presenza di opportuni sensori di movimento/luminosità e la disponibilità di apparecchi dimmerabili. Motion Detection (MD) Grazie ad opportuni sensori questa modalità permette l accensione e lo spegnimento degli apparecchi in base alla rilevazione di movimento. E possibile adottare questa soluzione con qualsiasi tipo di apparecchio, anche non regolabile. Alcuni sistemi in commercio, se abbinati ad apparecchi dimmerabili, permettono la diminuzione graduale del flusso luminoso prima dello spegnimento completo. DayLight Regulation (DLR) Quando gli apparecchi sono dimmerabili è possibile variare la loro intensità in relazione al contributo di luce naturale proveniente dall esterno. L obiettivo di questa modalità è quello di mantenere un livello luminoso costante sul piano di lavoro degli utenti o in generale negli ambienti che dispongono di un buon contributo di luce naturale. Il sensore del sistema è generalmente posto in posizione tale da rilevare la somma dei contributi di luce naturale ed artificiale, utilizzata poi per un confrontato con il valore di riferimento (es. 500 Lux negli uffici). In tal modo il sistema adatta la componente artificiale (apparecchi) in base alla variazione di quella naturale. DayLight Switch (DLS) Questa modalità, chiamata comunemente crepuscolare, permette l accensione e lo spegnimento degli apparecchi in base all intensità di luce esterna ed è tipicamente utilizzata per il controllo di apparecchi non regolabili outdoor. Tuttavia è disponibile anche su alcuni sistemi di controllo indoor e permette di mantenere spenti gli apparecchi quando il contributo di luce naturale proveniente dall esterno garantisce un livello d illuminamento sufficiente per le attività degli utenti. Scene Setting (Preset) In alcuni ambienti è necessario modificare in modo statico e/o dinamico lo scenorio luminoso generato dagli apparecchi, al fine di adeguarlo alle varie attività svolte all interno dell area. Le motivazioni possono essere energetiche (ad esempio per risparmiare energia in una palestra durante le pulizie) oppure scenografiche (si pensi alle variazioni necessarie in una sala conferenza in cui viene proiettata una presentazione). La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 6

7 Tecnologie per la regolazione degli apparecchi Gli apparecchi d illuminazione negli impianti tradizionali vengono semplicemente accesi e spenti, tipicamente tramite un interruttore su cui l utente impartisce un comando manuale. I nuovi apparecchi, soprattutto quelli sviluppati con sorgenti LED, permettono anche la regolazione dell intensità luminosa (dimmerazione) o la selezione del colore tramite tecnologie analogiche e digitali. La regolazione degli apparecchi per luce funzionale avviene normalemente tramite segnale analogico 1/10V oppure tramite protocollo digitale DALI o DSI. Quando si devono controllare apparecchi per l illuminazione scenografica, tipicamente sviluppati con sorgenti LED RGB, si preferisce utilizzare il protocollo digitale DMX molto più veloce e con una capacità di controllo elevata in termini di indirizzi gestiti contemporaneamente. Le tecnologie standard di regolazione degli apparecchi presenti sul mercato sono le seguenti. Dimmer Leading & Trailing Edge Molti apparecchi d illuminazione possono essere accesi, spenti e regolati in intensità modulando la loro alimentazione tramite taglio di fase. I componenti elettronici che realizzano questa modulazione sono chiamati comunemente dimmer. Mentre le sorgenti tradizionali, ad esempio le alogene, sono compatibili con dimmer a controllo di fase (Leading Edge), i nuovi apparecchi LED richiedono dispositivi a taglio di fase (Trailing Edge). Controllo analogico 1/10 V Questa tecnologia permette la regolazione degli apparecchi d illuminazione tramite un segnale analogico di tensione compreso tra 1V, corrispondente al livello di luminosità minimo, e 10V corrispondente al livello di luminosità massimo. L accensione e lo spegnimento degli apparecchi avviene agendo sull alimentazione. Controllo digitale DSI DSI (Digital Signal Interface) è una tecnologia digitale proprietaria in grado di impostare il livello luminoso degli apparecchi tra 0% (OFF) e 100%. Questo protocollo è unidirezionale e non permette di indirizzare i singoli apparecchi. In pratica offre le stesse potenzialità del controllo 1/10V con l unico vantaggio di poter spegnere gli apparecchi con il solo segnale di controllo. Controllo digitale DALI DALI (Digital Addressable Lighting Interface) è una tecnologia standard basata su un segnale digitale in grado di indirizzare in modo univoco fino a 64 apparecchi collegati su uno stesso bus. La comunicazione con il sistema è bidirezionale e gli apparecchi possono fornire un feedback sul loro stato. Ogni apparecchio può quindi essere gestito in modo distinto dagli altri, cosa che permette anche la riconfigurazione del layout di utilizzo dell impianto tramite software. Controllo digitale DMX DMX (Digital MultipleX signal) è una tecnologia digitale standard che permette di gestire fino a 512 indirizzi distinti su uno stesso bus. Ad esempio per ogni apparecchio RGB sono attribuiti 3 indirizzi DMX, uno per ogni canale di colore. Per ogni indirizzo DMX viene impostato un valore compreso tra 0 (sorgente spenta) e 255 (sorgente a livello massimo). La gestione del colore avviene quindi modulando le intensità delle varie componenti di colore. L estensione RDM (Remote Device Management) del protocollo permette il controllo bidirezionale dei vari apparecchi aggiungendo la capacità di ricezione di informazioni dal campo e di impostare tramite un PC gli indirizzi DMX ed altri parametri utilizzati dagli apparecchi. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 7

8 Linee guida per la progettazione Criteri per la scelta di apparecchi e sistemi Tra i criteri più utilizzati in fase di progettazione troviamo: Minor costo iniziale Minor costo di gestione (energia e manutenzione) Minor tempo di rientro dall investimento Minor consumo energetico e conseguente produzione di CO2. La progettazione di un impianto segue criteri dettati da varie motivazioni: economiche, ecologiche, estetiche ecc. Ognuno di questi driver richiede un analisi illuminotecnica, economica ed energetica del progetto al fine di capire quale soluzione impiantistica (apparecchi e sistemi di controllo) soddisfa maggiormente i desiderata della committenza. Queste analisi sono ancora più importanti oggi in quanto il mercato offre soluzioni altamente diversificate in termini di efficienza energetica i cui costi sono chiaramente molto diversi tra loro. Si pensi ad esempio agli apparecchi LED ed alle soluzioni di Building Automation dedicate al controllo dell illuminazione. Mentre per il primo criterio è sufficiente valutare i costi di materiale e manodopera, per gli altri è necessario eseguire un analisi dei consumi energetici e dei costi di manutenzione. Questo è possibile grazie alla norma EN15193 che specifica la metodologia di calcolo (stima) del consumo energetico di un impianto tramite l indicatore numerico LENI (Lighting Energy Numeric Indicator). I dettagli sul modello matematico proposto sono descritti nel capitolo successivo. Tra i fattori che determinano il valore del LENI troviamo il parametro F a (fattore d assenza) che identifica la frazione del periodo di utilizzo dell impianto per la quale la zona o l ambiente è senza occupanti. La norma classifica gli edifici in varie categorie all interno delle quali troviamo specifiche tipologie di locali. Per ogni tipo di locale viene definito un valore di F a compreso tra 0 ed 1: più alta è la probabilità che il locale sia sempre presidiato dagli utilizzatori, come nel caso di una reception, più il valore di F a tende a 0. Questo parametro fornisce informazioni utili a capire se e dove utilizzare apparecchi energicamente performanti (ad esempio LED) e/o sistemi di controllo. Nei paragrafi seguenti vengono proposte delle riflessioni circa l impatto di tali soluzioni sui consumi energetici dei vari ambienti. E importante notare che tali osservazioni, basate sui valori di default dei parametri proposti dalla norma, sono da considerarsi puramente indicative e che quindi è sempre importante valutare la situazione specifica del progetto. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 8

9 Linee guida Se un ambiente è poco presidiato è opportuno utilizzare un sistema di gestione automatica dell accensione e dello spegnimento in base alla presenza (MD). Minore è la probabilità che il locale sia occupato e minore sarà l impatto sui consumi di apparecchi efficienti e sistemi di regolazione automatica del flusso luminoso (DLR), a causa del basso numero di ore in cui l impianto resta effettivamente acceso. Maggiore è la probabilità che il locale sia occupato e maggiore sarà l impatto sui consumi di apparecchi efficienti e sistemi DLR, visto l elevato numero di ore di lavoro. Inoltre maggiore sarà il contributo di luce naturale e più elevato sarà il risparmio energetico ottenibile. Anche in assenza totale di luce naturale l utilizzo di apparecchi dimmerabili e sistemi di gestione costante del flusso permette un risparmio energetico del 10% (con MF=0,8 - si veda nel prossimo capitolo il paragrafo dedicato al calcolo del fattore F c ). Soluzioni che includono il solo controllo automatico dell accensione/spegnimento (MD) permettono di utilizzare apparecchi non dimmerabili (anche quelli esistenti) ed hanno quindi generalmente un basso impatto economico sull investimento iniziale. Soluzioni che prevedono apparecchi LED e/o includono la regolazione automatica del flusso luminoso (DLR), che impone l utilizzo di apparecchi dimmerabili, hanno generalmente un impatto economico importante sull investimento iniziale. Componenti dell impianto MD DLR LED Motion Detection Sistema di gestione automatica dell accensione/spegnimento in base alla presenza persona DayLight Regulation Sistema di gestione costante del flusso luminoso in base al contributo di luce naturale Apparecchi efficienti Apparecchi performanti in termini di efficienza energetica (non solo LED) Contributo dei componenti MD e LED al risparmio energetico Nessun apporto al risparmio energetico Basso apporto al risparmio energetico Buon apporto al risparmio energetico Ottimo apporto al risparmio energetico Contributo del componente DLR al risparmio energetico Basso apporto, indipedentemente dal contributo di luce naturale L apporto dipendente dal contributo di luce naturale Buon apporto, indipedentemente dal contributo di luce naturale La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 9

10 Uffici In questa tipologia di edifici troviamo locali con destinazioni d uso molto diverse tra loro, il che si riflette sui valori assegnati al parametro F a. Se i locali sono ben illuminati dalla luce naturale l utilizzo di sistemi di gestione costante del flusso luminoso permette di ottenere importanti risparmi energetici. Tipologia di area Fa MD DLR LED Ufficio singolo 1 persona 0,4 Ufficio singolo 2-6 persone 0,3 Ufficio open space > 6 persone/30 m2 0 Ufficio open space > 6 persone/10 m2 0,2 Corridoio (dimmerato) 0,4 Hall d'ingresso 0 Showroom/esposizione* 0,6 Bagno 0,9 Toilet 0,5 Deposito/guardaroba 0,9 Locale impianti tecnici 0,98 Locale fotocopie/server 0,5 Sala riunione* 0,5 Archivio 0,98 * In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (convegni, presentazioni, pulizia, ecc.) o dell ora della giornata. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 10

11 Edifici scolastici In questa tipologia di edifici i locali sono mediamente sempre occupati quando lo stabile è utilizzato e quindi si hanno valori di F a quasi esclusivamente inferiori a 0,5. Se i locali sono ben illuminati dalla luce naturale l utilizzo di sistemi di gestione costante del flusso luminoso permette di ottenere importanti risparmi energetici. Tipologia di area Fa MD DLR LED Aula didattica* 0,25 Locale per attività di gruppo 0,3 Corridoio (dimmerato) 0,6 Locale comune junior 0,5 Sala conferenze 0,4 Locale inservienti 0,4 Palestra** 0,3 Refettorio 0,2 Sala insegnanti 0,4 Locale fotocopie/deposito 0,4 Cucina 0,2 Biblioteca 0,4 * La norma propone un valore di Fa pari a 0,25 il che significa che tale tipologia di locale è quasi sempre occupata. Ciò non è sempre vero per tutte le aule didattiche in quanto in alcuni edifici potrebbero essere utilizzate in modo discontinuo durate l arco della giornata e/o della settimana. In tal caso l utilizzo di un sistema di gestione automatica dell accensione (MD) permetterebbe sicuramente un buon apporto al risparmio energetico. ** In alcune strutture potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (allenamenti, gare ufficiali, pulizie, ecc.). La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 11

12 Ospedali In questa tipologia di edifici i locali sono utilizzati per la gran parte della giornata. Per tale motivo è molto utile utilizzare apparecchi performanti e sistemi di gestione costante del flusso luminoso. In alcune zone comuni, come i corridoi e le sale di attesa, possono essere utilizzati anche sistemi di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle varie ore della giornata. Tipologia di area Fa MD DLR LED Corsia/degenza 0 Sala esami/trattamento 0,4 Sala pre-operatoria 0,4 Ricovero pediatria 0 Sala operatoria 0 Corridoio 0 Cavedio/condotti (dimmerato) 0,7 Sala d'attesa 0 Hall d'ingresso 0 Locale day-hospital 0,2 Laboratorio 0,2 Edifici industriali Nelle aree industriali la presenza di personale è praticamente costante durante le ore di utilizzo dello stabile. Per tale motivo è molto utile utilizzare apparecchi performanti e sistemi di gestione costante del flusso luminoso. Tipologia di area Fa MD DLR LED Area assemblaggio 0 Area assemblaggio piccola 0,2 Magazzino con scaffali* 0,4 Magazzino senza scaffali* 0,2 Reparto verniciatura 0,2 * Il controllo della presenza (MD) nei magazzini può essere particolarmente utile se le varie corsie possono essere dotate di un sensore dedicato ed il sistema permette la gestione indipendente degli apparecchi per ogni corsia. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 12

13 Hotels e ristoranti In questa tipologia di edifici i locali hanno destinazioni d uso molto diverse tra loro. Alcune aree hanno un gran numero di punti luce e sono illuminate costantemente per gran parte della giornata e quindi l utilizzo di apparecchi performanti permette di ottenere importanti risparmi energetici. Tipologia di area Fa MD DLR LED Sala d'ingresso* 0 Corridoio (dimmerato) 0,4 Stanza di hotel** 0,6 Sala ristoro/caffeteria* 0 Cucina 0 Sala conferenze* 0,4 Dispensa cucina 0,5 * In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (convegni, presentazioni, pulizia, ecc.) o dell ora della giornata. ** Tipicamente per le stanze di albergo si utilizzano sistemi di Building Automation che gestiscono oltre all illuminazione anche altri impianti (controllo accesso, climatizzazione, ecc.). Tali soluzioni permettono di spegnere gli apparecchi quando l utente abbandona la camera. Edifici commerciali In questa tipologia di edifici i locali hanno destinazioni d uso molto diverse tra loro. Alcune aree hanno un gran numero di punti luce e sono illuminate costantemente per gran parte della giornata e quindi l utilizzo di apparecchi performanti permette di ottenere importanti risparmi energetici. Tipologia di area Fa MD DLR LED Area vendita* 0 Magazzino 0,2 Magazzino/cella frigorifera 0,6 * In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda dell ora e/o del giorno della settimana. Per le aree particolarmente esposte alla luce naturale, come ad esempio le vetrine, il concetto di regolazione dell intensità luminosa degli apparecchi segue la logica inversa rispetto al DLR. Infatti in queste zone si vuole aumentare il livello per diminuire il contrasto tra luce naturale (esterna alla vetrina) ed illuminazione artificiale (interna alla vetrina) al fine di mantenere un ottima visibilità dei prodotti esposti. Durante le ore notturne quindi sarà possibile diminuire il livello degli apparecchi e quindi risparmiare energia. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 13

14 Altre aree Queste tipologie di locali hanno caratteristiche molto diverse e quindi l analisi deve essere fatta considerando il caso specifico. Tipologia di area Fa MD DLR LED Area d'attesa 0 Scale (dimmerate) 0,2 Auditorium e palco teatrale* 0 Sala congressi/sala esposizione* 0,5 Museo/sala esposizione 0 Biblioteca/sala lettura 0 Biblioteca/archivio 0,9 Palestra** 0,3 Parcheggio auto ufficio - privato 0,95 Parcheggio auto - pubblico 0,8 * In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (convegni, presentazioni, pulizia, ecc.) o dell ora della giornata. ** In alcune strutture potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (allenamenti, gare ufficiali, pulizie, ecc.). La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 14

15 Come calcolare LENI e TCO La norma EN15193 definisce il modello matematico per il calcolo del LENI: questo indicatore ci permette di stimare i consumi energetici degli impianti esistenti e di nuova realizzazione. Per valutare economicamente ed energeticamente un progetto e confrontarlo con eventuali alternative è indispensabile utilizzare uno strumento software come TCOlight, disponibile all indirizzo In pochi e semplici passaggi è possibile valutare LENI, TCO e Payback Time di soluzioni impiantistiche alternative. Grazie ad un interfaccia grafica intuitiva è possibile inserire tutti i parametri necessari alle valutazioni. TCOlight guida l utente proponendo i valori di default contenuti nella norma e permette di impostare in modo semplificato anche quelli particolarmente difficili da reperire, come i dati necessari alla valutazione del contributo di luce naturale. La sezione dedicata al calcolo del periodo di esercizio semplifica inoltre la determinazione delle ore con e senza presenza di luce naturale, grazie ad algoritmi che tengono conto della latitudine e di quanto l impianto viene utilizzato ogni giorno. Le soluzioni impiantistiche sono componibili considerando una o più tipologie di apparecchi (per una stessa zona), ognuna delle quali può essere associata ad una data modalità di controllo. Tutti i prodotti selezionati possono essere caratterizzati da parametri tecnici ed economici utili a definire in dettaglio le componenti energetiche del LENI ed economiche del TCO. TCOlight permette di eseguire il confronto con i valori di benchmark del LENI proposti dalla norma, calcolati secondo i criteri adottati per la progettazione illuminotecnica, e fornisce quindi indicazioni utili per la certificazione energetica dell impianto. I risultati possono essere presentati sia per singola zona che per l intero edificio. TCOlight permette inoltre di esportare il progetto come documento PDF personalizzabile con logo e riferimenti del redattore. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 15

16 La norma EN15193 Componenti energetiche dell impianto La norma europea EN15193 ha come obiettivo quello di standardizzare all interno dell UE convenzioni e procedure per il calcolo delle prestazioni energetiche degli impianti d illuminazione in edifici già esistenti, in fase di ristrutturazione o in fase di progettazione. La norma specifica la metodologia di calcolo del consumo energetico e definisce un indicatore numerico (LENI) utile per la classificazione energetica degli impianti considerati. Oltre al modello matematico ed alle tecniche per la misurazione diretta del consumo vengono forniti anche valori energetici di riferimento per ogni categoria di edificio. Il modello matematico proposto per il calcolo dei consumi energetici degli impianti d illuminazione considera contributi e parametri dovuti a vari fattori. Potenza ed energia Per stimare il consumo energetico di un impianto viene considerata sia la potenza dissipata durante il tempo d esercizio sia quella dissipata quando l impianto non è utilizzato e quindi gli apparecchi sono spenti. La potenza totale viene quindi suddivisa in due contributi: P n - Potenza per l illuminazione [W]: somma delle potenze dissipate da ogni punto luce dell ambiente considerato, dai relativi sistemi di controllo e dalle componenti parassite durante il periodo d esercizio. P p - Potenza parassita [W]: somma delle potenze dissipate dai dispositivi di controllo e dalle componenti parassite associate ad ogni punto luce durante il periodo di non esercizio (P pc ), a cui si aggiungono anche le potenze dissipate per la carica dei sistemi d emergenza (P em ). I diversi contributi energetici si ottengono moltiplicando le potenze per i relativi periodi di tempo. Considerando il tempo d esercizio annuale t o, che indica il numero di ore nelle quali l impianto è in esercizio durante un intero anno, si cacola il contributo energetico annuale Wl anno espresso in kwh: Wl anno = P n * t o [kwh] In modo analogo è possibile trovare l energia parassita annuale Wp anno : Wp anno = P p * (t y - t o ) [kwh] dove t y rappresenta il numero totale di ore in un anno. L energia totale consumata in un anno sarà quindi la somma dei due contributi calcolati precedentemente: W anno = Wl anno + Wp anno [kwh] Tutte le componenti energetiche fin qui calcolate con periodi di riferimento annuali possono essere ricalcolate con qualsiasi periodo, ad esempio mensile, settimanale o giornaliero. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 16

17 L indicatore LENI ed il modello di calcolo dell energia L energia impiegata per l illuminazione può essere calcolata secondo il modello proposto oppure determinata tramite misura diretta (solo per impianti esistenti). Dato questo valore è poi possibile calcolare un indicatore numerico che consente la classificazione dell edificio in termini di efficienza energetica. Tale indicatore è detto LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) ed è calcolato come rapporto tra l energia totale utilizzata in un anno e l area illuminata, intesa come l intera superficie dentro e fuori le mura dell edificio, escluse le zone non abitabili o non illuminate: LENI = W anno / Area [kwh/(m2 * anno)] L indicatore numerico LENI indentifica quindi l energia richiesta per l illuminazione per metro quadro in un anno. Per calcolarlo è quindi necessario conoscere l energia totale consumata nel periodo di riferimento. Come anticipato l energia può essere determinata tramite misura diretta oppure, come avviene in fase di progettazione di nuovi edifici, stimata attraverso il modello di calcolo proposto. Nel primo caso, a seconda della tipologia di impianto esistente, è possibile misurare direttamente l energia utilizzando appositi strumenti di misura (wattmetri, amperometri e voltmetri) posizionati sui circuiti preposti alle sole funzioni d illuminazione. Nel caso in cui il consumo energetico deve essere stimato è possibile utilizzare un modello di calcolo che tiene conto di opportuni fattori, stimati in base alle caratteristiche specifiche dell impianto in esame e calcolati per un qualsiasi periodo di riferimento (annuale, mensile, settimanale etc.). Le formule adottate per il calcolo dei diversi contributi energetici sono quelle mostrate in precedenza a cui vanno aggiunti i seguenti fattori correttivi: F c - Fattore d illuminazione costante: fattore che determina la quantità di potenza utilizzata per l illuminazione quando sono operativi sistemi di controllo che assicurano un illuminazione costante. F d - Fattore di luce naturale: fattore che determina la frazione di potenza utilizzata per l illuminazione di zone o ambienti con disponibilità di luce naturale. F o - Fattore di occupazione: fattore che determina la frazione di potenza utilizzata per l illuminazione di zone o ambienti occupati. Le formule vengono così modificate. Wl t - Energia totale per l illuminazione [kwh]: somma di tutti i contributi di energia utilizzati per l illuminazione (Wl t,n ), dove l aggiunta del pedice n indica il contributo energetico riferito alla zona o all ambiente ennesimo. I singoli contributi sono calcolati mediante la seguente formula: Wl t,n = {( P n *F c )*[( t d *F o *F d )+( t n *F o )]}/1000 Wp t - Energia parassita totale [kwh]: somma di tutti i contributi di energia parassita (Wp t,n ) dove l aggiunta del pedice n indica il contributo energetico riferito alla zona o all ambiente ennesimo. I singoli contributi sono calcolati mediante a seguente formula: Wp t,n = {{ P pc *[ t y -( t d +t n )]}+( P em *t e )}/1000 La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 17

18 dove la potenza parassita Pp t,n è esplicitamente divisa in potenza dissipata dagli apparecchi e dai sistemi di controllo durante il periodo di non esercizio (Ppc t,n ) e potenza dissipata per il caricamento dei sistemi d emergenza (Pem t,n ). W t - Energia totale consumata [kwh]: somma dell energia totale per l illuminazione (Wl t ) e dell energia parassita totale (Wp t ). W t = Wl t + Wp t A questo punto si giunge facilmente al calcolo del LENI utile all analisi comparativa della prestazione energetica delle funzioni d illuminazione di un edificio: LENI = W t / Area [kwh/(m2 * anno)] La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 18

19 Fattori correttivi introdotti dai sistemi di controllo Grazie alle tecnologie relative al controllo dell illuminazione viste nei capitoli precedenti l energia consumata dall impianto può essere sensibilmente ridotta. Per tenerne conto nel calcolo del LENI sono stati quindi introdotti dei fattori correttivi all interno del modello di calcolo dell energia. Consideriamo la formula precedentemente descritta in cui si possono vedere varie componenti: Componente (P n *F c ) Wl t,n = {( P n *F c )*[( t d *F o *F d )+( t n *F o )]}/1000 Questo termine è costituito dalla potenza nominale dei dispositivi presenti nella zona considerata scalata del fattore d illuminazione costante F c. Avendo a disposizione un sistema di regolazione automatica del flusso degli apparecchi d illuminazione (dimmerabili) è possibile diminuire la potenza impegnata, evitando lo spreco iniziale di energia dovuto al sovradimensionamento dell impianto causato dal fattore di manutenzione MF. Chiaramente il sistema aumenterà la potenza impegnata durante il periodo di utilizzo al fine di compensare il degrado prestazionale delle sorgenti. In conclusione il termine P n *F c tiene conto di questo comportamento e calcola quindi l energia effettivamente consumata durante il periodo in cui gli apparecchi sono accesi. Componente temporale diurna (t d *F o *F d ) Questo termine considera il numero di ore in cui è presente la luce diurna (t d ) scalato per i due fattori correttivi F o e F d. In questo modo posso trovare un numero di ore opportuno, da moltiplicare per il termine di potenza sopra descritto, che tiene conto dell effetto dell utilizzo di un sistema di controllo automatico dell accensione e/o dello spegnimento in base alla presenza di utilizzatori nella zona o ambiente. Il fattore F o considera infatti quante delle ore di utilizzo dell impianto comportano effettivamente l accensione degli apparecchi dovuti alla presenza degli utilizzatori. Avendo a disposizione anche un sistema di regolazione automatica del flusso degli apparecchi d illuminazione (dimmerabili) è possibile diminuire la potenza impegnata quando la luce naturale contribuisce ad illuminare la zona. Il fattore F d considera proprio questo effetto e riduce ulteriormente il fattore temporale diurno al fine di restituire un adeguato numero di ore che tenga conto del comportamento complessivo dell impianto. Componente temporale notturna (t n *F o ) Questo termine considera il numero di ore in cui non è presente la luce diurna (t n ) scalato per il solo fattore correttivo F o poiché non esiste alcun contributo di luce naturale (F d =1). Analogamente a quanto descritto in precedenza il fattore F o considera gli effetti dell utilizzo di un sistema di controllo automatico dell accensione e/o dello spegnimento in base alla presenza di utilizzatori nella zona o ambiente. Vediamo in dettaglio da cosa dipendono i fattori correttivi utilizzati. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 19

20 Fc - Fattore d illuminazione costante Questo fattore identifica la quantità di potenza utilizzata per l illuminazione quando sono operativi sistemi di controllo che assicurano un illuminazione costante. Tale parametro dipende a sua volta dal fattore di manutenzione MF che tiene conto della perdita media di efficienza luminosa delle sorgenti durante il periodo d utilizzo. Poichè l impianto deve garantire un livello d illuminamento adeguato anche al termine della vita utile delle sorgenti ciò impone un sovradimensionamento della potenza ad impianto nuovo o dopo la sostituzione delle sorgenti. Avendo a disposizione un sistema di regolazione automatica del flusso degli apparecchi d illuminazione (dimmerabili) è possibile quindi diminuire la potenza impegnata, evitando lo spreco iniziale di energia. Con riferimento alla figura seguente si può vedere graficamente che durante il periodo di utilizzo il sistema aumenterà la potenza impegnata (3) al fine di compensare il degrado prestazionale delle sorgenti (2) per mantenere costante il livello d illuminamento (1). Si noti che quando la potenza impegnata (3) eguaglia la potenza installata l impianto d illuminazione necessita di manutenzione (pulizia degli apparecchi, sostituzione delle sorgenti, pulizia delle superfici della stanza ecc.). Il fattore F c può quindi essere calcolato considerando un periodo pari ad un ciclo completo di manutenzione: F c = ( 1+MF )/2 La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 20

21 Fd - Fattore di luce naturale Questo fattore identifica la frazione di potenza utilizzata per l illuminazione di zone o ambienti con disponibilità di luce naturale. Il suo valore può variare da 0 a 1 e dipende dai fattori F ds ed F dc secondo la relazione: F d = 1-( F ds *F dc ) Il fattore F ds (fattore disponibilità luce naturale) quantifica la disponibilità di luce naturale mentre F dc (fattore di controllo) quantifica l efficienza del sistema di controllo nello sfruttare tale contributo. Il valore di F ds viene definito per ognuna delle varie zone coinvolte dal contributo di luce naturale. Ciò determina così una segmentazione dell ambiente considerato in zone illuminate e non illuminate dalla luce del giorno. Le fonti di luce naturale considerate dalla norma sono classificate in finestre verticali e lucernari, i cui rispettivi contributi di luce naturale vengono determinati con diverse regole e convenzioni. Le caratteristiche che influenzano il valore di F ds sono legate alle dimensioni ed alle geometrie delle strutture attraverso le quali penetra la luce. Ad esempio considerando due finestre con stessa larghezza ma differente altezza è facile rendersi conto che la finestra con altezza maggiore garantirà una zona illuminata più ampia a fronte di una maggiore penetrazione della luce naturale all interno dell ambiente considerato. Si noti però che quanto appena detto non è vero in assoluto. Potrebbe accadere che la profondità massima di penetrazione della luce della finestra più bassa sia uguale o maggiore della profondità dell ambiente considerato, rendendo quindi identico il contributo apportato dalle due ipotetiche finestre. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 21

22 Per considerare gli altri fattori che influenzano l apporto di luce naturale nelle varie zone vengono considerati i seguenti indici: I T - Indice di trasparenza: definito come il rapporto tra l area della finestra in m 2 e l area totale del piano di lavoro che beneficia del contributo della luce naturale in m 2. I D,e - Indice di penetrazione: definito come rapporto tra profondità di penetrazione della luce in m e altezza della finestra in m. I O - Indice d ostruzione: tiene conto della riduzione di luce incidente sulle finestre a causa della presenza d ostacoli come altri edifici, montagne, alberi, sporgenze orizzontali dell edificio stesso, tendaggi o doppi vetri ecc. Il valore dell indice d ostruzione è calcolato attraverso la determinazione di altri sotto-indici che fanno riferimento alla diversa natura degli ostacoli considerati. Per la determinazione dei sotto-indici si adottano diverse convenzioni a seconda del caso in esame, ma è possibile identificare due classi principali d ostacoli: opachi e quasi trasparenti. Gli ostacoli opachi sono semplicemente quegli oggetti che non fanno passare nessun quantitativo di luce incidente mentre gli ostacoli quasi trasparenti, quando colpiti dalla luce, ne trasmettono una frazione. Per il calcolo dei sotto-indici riferiti ad ostacoli opachi come edifici o montagne, si considerano solo le condizioni geometriche del sistema finestra/ostacolo. Per ostacoli quasi trasparenti, come nel caso di tendaggi o vetri doppi, oltre alla geometria si considerano anche i coefficienti di trasmissione, grado di pulizia della superficie e angolo d incidenza della luce sull ostacolo. Oltre alla relazione di F ds rispetto alle sole peculiarità costruttive delle fonti di luce naturale è ovvio che l ubicazione geografica dell edificio è di grande rilevanza. Per questo motivo la norma fornisce delle tabella con diversi valori di F ds in funzione del grado di penetrazione della luce e della latitudine del sito. Il fattore di controllo F dc identifica invece l efficienza del sistema di controllo nello sfruttare la disponibilità dell apporto di luce naturale. Il suo valore è determinato dal grado di penetrazione della luce all interno dell ambiente e dalla tipologia del sistema di controllo (manuale o automatico). F dc sarà tanto più prossimo ad 1 quanto più la luce naturale penetra all interno dell ambiente e quanto più efficientemente il sistema di controllo adegua l intensità luminosa degli apparecchi. Si inutisce quindi che un sistema di gestione automatica del flusso garantisce un valore di F dc più elevato rispetto ad una soluzione di gestione manuale. In conclusione si può notare che valori di F d tendenti a 0 sono indice di un impianto altamente efficiente nello sfruttare il contributo della luce naturale, il che impatta sul consumo d energia per illuminare l ambiente durante le ore diurne. Al contrario valori di F d tendenti a 1 indicano che non c è nessun risparmio energetico dovuto all illuminazione diurna. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 22

23 Fo - Fattore di occupazione Questo fattore identifica la frazione di potenza utilizzata per l illuminazione di zone o ambienti occupati. Il suo valore dipende da due parametri: F a - fattore d assenza: fattore che identifica la frazione del periodo di utilizzo dell impianto per la quale la zona o l ambiente è senza occupanti. Ad esempio per un archivio avremo valori di F a pari a 0,9 mentre per una reception F a sarà pari a 0. F oc - fattore di controllo dell occupazione: fattore che identifica la capacità del sistema di controllo nel discriminare le situazioni di presenza/assenza degli utilizzatori nell ambiente e gestire di conseguenza gli apparecchi d illuminazione. Ad esempio per un sistema in grado di accendere e spegnere automaticamente gli apparecchi (Auto on/auto off) si avrà un valore di F oc pari a 0,9 mentre in assenza di sistemi automatici (Manual on/manual off) F oc sarà pari a 1. Si noti che il valore più basso di F oc, pari a 0,8, si ottiene per sistemi automatici che permettono l accensione manuale e lo spegnimento automatico (Manual on/auto off). La relazione che lega F o agli altri due fattori viene espressa con formule matematiche diverse a seconda dei valori assunti da F a. Ad esempio per valori di F a compresi tra 0,2 e 0,9 si utilizza la seguente formula: F o = F oc + 0,2 - F a Il valore di F o può quindi essere minore di 1 solo se viene utilizzato un sistema di controllo in grado di rilevare la presenza o meno di occupanti in un ambiente o zona e gestire di conseguenza l accensione e/o lo spegnimento degli apparecchi. Si noti che questi ultimi possono anche non essere dimmerabili in quanto il controllo agisce solo sui comandi di on/off. Altre considerazioni Accanto alle modalità sopra descritte ci sono altri metodi per conseguire significativi risparmi energetici. Ad esempio il controllo individuale degli apparecchi, oltre ad assicurare un maggior confort nella postazione di lavoro, permette di giungere ad un risparmio energetico anche del 40%. Ci sono anche sistemi tubolari (daylight pipes) in grado di incanalare la luce naturale e dunque svincolare la possibilità di risparmio dalla presenza o meno di finestre o lucernari. Un altro caso non considerato in precedenza ma spesso utilizzato è costituito dal controllo delle scenografie luminose (preset). Quando in un ambiente si svolgono attività che variano durante il corso della giornata, l illuminazione necessita di essere adeguatamente modificata. In questi casi, se il sistema lo consente, è possibile predisporre scenari luminosi attivabili automaticamente (ad esempio tramite programmazioni orarie) oppure da postazioni manuali. La potenza totale consumata in un generico periodo di riferimento sarà quindi data dalla somma delle potenze medie assorbite da ogni scena, moltiplicata per il tempo durante il quale la scena rimane attiva. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 23

24 Valori di riferimento La tabella seguente indica i valori di riferimento proposti dalla norma relativi alle ore di utilizzo annue delle varie tipologie di edificio. Tipologia di edificio td tn to Uffici Edifici scolastici Ospedali Hotels Ristoranti Centri sportivi Edifici commerciali Edifici industriali Valori benchmark del LENI La tabella F.1 dell allegato H della norma indicata i valori limite del LENI per le varie tipologie di edificio. Tali valori sono ottenuti considerando le ore di utilizzo proposte nella tabella precedente ed i valori P em =1 kwh/(m 2 *year) e P pc =5 kwh/(m 2 *year). Il valori del LENI sono chiaramente influenzati dalla presenza di sistemi di controllo automatico degli apparecchi e dai criteri utilizzati per la progettazione illuminotecnica. La tabella riportata nella pagina seguente riassume in modo sintetico i concetti precedentemente esposti riportando per ogni tipologia di edificio il range dei valori LENI di riferimento (benchmark). P n rappresenta la densità di potenza associata all illuminazione per l edificio in questione. Il parametro Quality Class è indice dei criteri seguiti per la progettazione illuminotecnica, descritti nelle norme EN ed EN ed elencati nella tabella F.2 dell allegato F della norma trattata in questo documento. I valori di questo parametro indicano tre modi di soddisfare i lighting design criteria: * Basico adempimento dei requisiti ** Buon adempimento dei requisiti *** Completo adempimento dei requisiti. Come già anticipato il range dei valori del LENI dipende anche dalla presenza di sistemi di controllo in grado di gestire in modo automatico l accensione e lo spegnimento degli apparecchi in relazione all occupazione dell area e di variare la loro intensità in funzione del contributo di luce naturale. La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 24

25 Tipologia di edificio Quality class Pn [W/m2] LENI range [kwh/(m2*year)] Uffici * 15 32,2 42,1 ** 20 41,4 54,6 *** 25 50,6 67,1 Edifici scolastici * 15 24,8 34,9 ** 20 31,4 44,9 *** 25 38,1 54,9 Ospedali * 15 50,7 70,6 ** 25 82,3 115,6 *** ,0 160,6 Hotels * 10 34,6 38,1 ** 20 65,1 72,1 *** 30 97,6 108,1 Ristoranti * 10 27,1 29,6 ** 25 60,8 67,1 *** 35 83,3 92,1 Centri sportivi * 10 37,9 43,7 ** 20 72,1 83,7 *** ,3 123,7 Edifici commerciali * 15 70,6 78,1 ** ,6 128,1 *** ,6 178,1 Edifici industriali * 10 37,5 43,7 ** 20 71,2 83,7 *** ,0 123,7 La norma EN Requisiti energetici per l illuminazione 25

26 Registrati e calcola gratuitamente il LENI del tuo impianto Con TCOlight puoi calcolare il consumo energetico del tuo impianto utilizzando l indicatore LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) definito dalla norma EN Inoltre potrai valutare il risparmio energetico, il costo totale di possesso (TCO) ed il tempo di ritorno dell investimento comparando soluzioni impiantistiche differenti. TCOlight è un progetto Il presente opuscolo ha intenti sommariamente informativi e fornisce linee guida di massima - che è onere dell interessato verificare - per la progettazione degli impianti di illuminazione con sistemi di controllo dell illuminazione. I contenuti qui presenti non sono resi a fini consulenziali. Tutti i diritti riservati. È vietata la riproduzione parziale o totale senza il previo consenso scritto del titolare dei diritti d autore. Le informazioni contenute nel presente documento possono essere modificate senza preavviso. L editore declina qualsiasi responsabilità per le conseguenze derivanti dall utilizzo di tali informazioni.