Uno strumento innovative per l Energy Management negli Edifici Scolastici

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1 VERYSchool: Valuable EneRgY for a smart School Uno strumento innovative per l Energy Management negli Edifici Scolastici Alfio Galatà Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA

2 Il Progetto VERYSchool Titolo: Valuable EneRgY for a smart School Acronimo: VERYSchool Inizio: December 2011 Durata: 36 mesi (Novembre 2014) Costo: Finanziamento EC: (50%) Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 2

3 Il cambiamento dei modelli d uso dell energia negli edifici è oggi una grande sfida che coinvolge sia i processi decisionali che le procedure di gestione. o o ENERGY MANAGEMENT SYSTEM (EnMS) come si può sfruttare il potenziale di efficienza energetica con misure innovative volte a aumentare il rendimento energetico? come si possono stimolare le persone a cambiare radicalmente il loro modo di prendere decisioni e/o interagire con le infrastrutture energetiche? Un EnMS incorpora tutte le caratteristiche tecniche e non tecniche che influenzano i consumi energetici, l'uso razionale dei servizi e dei costi di esercizio. Comunque, anche al giorno d oggi, l Energy Management o non si afferma nel mercato con sufficiente velocità per produrre un impatto significativo nel breve-medio termine; o in molti casi, Direttori Operativi e Gestionali non sempre dispongono di complete ed esaustive informazioni nel prendere delle decisioni. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 3

4 Energy Management è allo stesso tempo: ENERGY MANAGEMENT o Un opportunità: sono disponibili tecnologie, sistemi e buone pratiche o un problema: ci sono infrastrutture energetiche e modelli di utilizzo degli usi energetici avanzate. I Responsabili che hanno il potere di influenzare le strategie di risparmio energetico, i piani operativi e le azioni di gestione, sono spesso lontani dal problema. Ad esempio, ci sono molti livelli di gerarchia tra chi conosce i sistemi ad alta efficienza energetica e la persona che lo autorizza. o core business: ci sono molte Organizzazioni che considerano i costi legati ad un uso appropriato delle risorse energetiche come elemento secondario (o da tagliare!!!) nei piani operativi o di investimento. o una risorsa: perché è semplice, sicuro, pulito ed economico mantenere un adeguato livello di servizi con il requisito minimo di energia. o necessario: per sfruttare il potenziale di efficienza energetica con misure innovative volte a aumentare il rendimento energetico, e per aiutare le persone a un cambiamento radicale nel modo di utilizzare le infrastrutture energetiche. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 4

5 VERYSchool: Il Navigatore Energetico (VSNavigator) VERYSchool è un progetto dimostrativo con sviluppo di un Navigatore Energetico (VSNavigator) come strumento innovativo per l efficienza energetica degli edifici (scolastici). L efficienza è qui intesa come ottimizzazione del processo di Energy Management, durante le fasi decisionali nella scelta degli interventi, di pianificazione futura, di gestione corrente, di correzione (se necessaria) del programma operativo in corso. Il tutto, in ottemperanza a tutti i requisiti previsti dallo standard internazionale ISO Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 5

6 La piattaforma tecnologica di VSNavigator VSNavigator, è una piattaforma informatica (web-tool) classificabile come High-Level Management, con un interfaccia utente semplice ed intuitiva ed un database centralizzato. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 6

7 VSNavigator e le tecnologie integrate VSNavigator si integra (via internet) con altre tecnologie (esterne) già mature sul mercato: BMS: controllo automatico degli impianti e degli ambienti. La comunicazione BMS -> VSNavigator è unidirezionale: trasmissione dei dati relativi ai consumi, stato degli impianti e condizioni di comfort mantenute. VSNavigator non è un sistema di controllo e non impartisce comandi al BMS. VSNavigator suggerisce le possibili azioni di ottimizzazione e ne stima i benefici ottenibili. Software specifico per Energy Management, che, nella fase operativa, assicura la conduzione e la gestione degli interventi nel rispetto delle norme previste per la certificazione ISO Software per la simulazione di scenari di ottimizzazione, per stimare a priori, e nello stesso tempo informare, sui benefici ottenibili da un cambio di gestione o implementazione di un intervento di risanamento energetico. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA

8 VSNavigator ed il Processo Decisionale VSNavigator è prevalentemente un Decision Support System, con prestazioni superiori a qualsiasi SCADA commerciale, che incorpora tutte le funzionalità necessarie per la gestione presente e futura del processo energetico, riferibile sia ad un singolo edificio che ad un parco edilizio distribuito in ambito territoriale. Il processo decisionale si attua attraverso un Catalogo di scenari di ottimizzazione, contenuto nel database, e regole di selezione (set-rules) costruite intorno ai dati reali trasmessi dal BMS, alle informazioni contenute nelle bollette energetiche ed ai dati edilizi, impiantistici e gestionali, specifici per ciascun edificio. Gli Scenari di Ottimizzazione sono il mezzo attraverso il quale VSNavigator guida l'utente in una vasta gamma di azioni: o attuazione degli interventi e valutazione delle misure adeguate, o definizione di come: attuare l EnMS per la prima volta; essere efficienti con il processo in corso e quelli di medio-lungo termine; o agire rapidamente per ottimizzare il processo in corso (a breve termine); o Valutare quanto siano stati efficaci le decisioni e le azioni eseguite; o migliorare l utilizzo delle risorse e prevedere (a priori) i benefici degli investimenti futuri. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 8

9 VSNavigator: gli Scenari di Ottimizzazione Esempi tipici di scenari di ottimizzazione (lista non esaustiva): Analisi delle Tariffe: le tariffe energetiche attuali sono ottimali per i consumi energetici dell'edificio? Violazione di carico: il valore di potenza contrattuale è adeguato? Ci sono violazioni? Profili di utilizzo degli impianti: HVAC, Illuminazione ed Acqua: o cosa accade quando l'impianto è in-uso e non-in-uso? cosa ci si aspetterebbe che accadesse? o ogni sistema energetico è controllato manualmente, o da setpoint, o da sensori localizzati? o Che cosa è installato? Cosa dovrebbe essere installato? o ogni sistema energetico è condotto in modo ottimale e considera, dinamicamente, il clima esterno ed i profili temporali di occupazione dell edificio? Involucro/Componenti Edilizi ed Infrastrutture Impiantistiche dell edificio: quali misure di risanamento energetico sono più appropriate? Qual è l impatto sull'analisi costibenefici? Energie Rinnovabili: Quali scelte sono le più appropriate? Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 9

10 Il Catalogo comprende VSNavigator: gli Scenari di Ottimizzazione 63 Scenari di Ottimizzazione, raggruppati in 10 categorie: Ventilazione Condizionamento Riscaldamento Elettricità Illuminazione Modalità Operative Elementi Edilizi Schemi operativi (layout) Aree sportive Energie Rinnovabili 13 Scenari di ottimizzazione classificati come Action Management Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 10

11 VERYSchool: Set-rules vs. Optimization Scenarios Set Rules sono il cuore pulsante del processo decisionale definito come il meccanismo che propone specifici scenari di ottimizzazione in modo intelligente e dinamico. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 11

12 VSNavigator: Le Scuole Pilota Nelle quattro Scuole Pilote è stato installato il sistema BMS di SCE/DOKI (Aziende Modenesi). Un anno di attività sperimentali. (Novembre 2013 / Ottobre 2014) Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 12

13 eemeasure è un web-tool commissionato dalla EC per calcolare i risultati di saving prodotti dai progetti co-finanziati. eemeasure introduce una metodologia di M&V omogenea. VSNavigator: Validazione Energetica Intervento (area Pilota, non intera scuola) Valvole termostatiche (ON/OFF ) per il controllo della temperatura in ogni stanza, in funzione del setpoint e del profilo di occupazione del locale. Risparmio 31,8% Consumi elettrici 1,5% Lampade LED verso lampade fluorescenti e controllo ON/OFF 70,9% Lampade LED e controllo dimming verso lampade fluorescenti e controllo ON/OFF 81,2% Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 13

14 VSNavigator: EnMS nel rispetto della ISO Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 14

15 VERYSchool: contributo verso Near-Zero Energy Building (NZEB) Ci sono 76 Scenari di Ottimizzazione nel Catalogo. Una selezione degli scenari più appropriati per l edificio consente di mostrare quali soluzioni sono applicabili per la trasformazione in NZEB. Il Modello di simulazione calibrato per l edificio In giallo l area Pilota No. Category Title 45 DESIGN BUILDING ELEMENTS Isolamento dell involucro - Muri esterni 45 DESIGN BUILDING ELEMENTS Isolamento dell involucro - Copertura 43 DESIGN BUILDING ELEMENTS Sostituzione di vetri e finestre 27 DESIGN LIGHTING Miglioramento dell efficienza luminosa 64 OPERATIONAL MANAGEMENT-BEHAVIOR Analisi delle procedure di conduzione dell impianto di illuminazione 33 OPERATIONAL SYSTEM SETTING STRATEGIES Ottimizzazione dei setpoint di temperature durante i periodi di non occupazione (mantenimento di profile minimi o spegnimento dei sistemi) 55 DESIGN RENEWABLES Installazione di un impianto fotovoltaico Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 15

16 VERYSchool: contributo verso Near-Zero Energy Building (NZEB) Scenario #45 Isolamento dell involucro - Muri esterni Attuale Opzione 1 Opzione 2 Opzione 3 Pannelli Isolanti cm +10 cm +15 cm U-value [W/m 2 K] Space heating energy [MWh] Savings [%] Total energy [MWh] Savings [%] Total CO 2 emission [kg] Savings [%] Scenario #43 Sostituzione di vetri e finestre Attuale Opzione 1 Opzione 2 Opzione 3 Window U-value [W/m 2 K] Space heating energy [MWh] Savings [%] Total energy [MWh] Savings [%] Total CO 2 emission [kg] Savings [%] Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 16

17 VERYSchool: contributo verso Near-Zero Energy Building (NZEB) Scenario #45 Isolamento dell involucro - Muri esterni Attuale Opzione 1 Opzione 2 Opzione 3 Pannelli Isolanti cm +10 cm +15 cm U-value [W/m 2 K] Space heating energy [MWh] Savings [%] Total energy [MWh] Savings [%] Total CO 2 emission [kg] Savings [%] Scenario #27 Miglioramento dell efficienza luminosa Stato Attuale LED lighting Saving Specific installed power [W/m 2 ] Lighting electricity consumption 35.5 [MWh] 17.9 [MWh] 49,48% Total electricity consumption 56.3 [MWh] 38.8 [MWh] 31,13% Total CO 2 emission [kg] [kg] 16,48% Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 17

18 Moving towards near-zero Energy Building Scenario #55 Installazione di un impianto fotovoltaico No PV Attuale Opzione 1 Opzione 2 Panel area [m 2 ] none Self electricity production [MWh] Electricity consumption [MWh] Electricity from the grid [MWh] Electricity self production [%] CO 2 emission for electricity production [kg] CO 2 reduction [kg] Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 18

19 Conclusioni Il progetto VERYSchool è stato premiato con l Award Green Digital Charter 2013, con cerimonia avvenuta ad Amsterdam nel mese di Novembre 2013, nell ambito della manifestazione NiCE (Eurocities 2013). Il Catalogo degli Scenari di Ottimizzazione è pubblicato come e-book, e scaricabile dai siti di AESS, Build-UP e della EC. I risultati di un indagine statistica, orientata alla comprensione delle tecniche di gestione energetica negli edifici scolastici europei, sono disponibili come pubblicazione indipendente nel sito del progetto. Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 19

20 VSNavigator Per un informazione più dettagliata sugli obiettivi, metodologie, piattaforme tecnologiche e risultati finali, visitate il sito del progetto Grazie Settimana della Bioarchitettura e della Domotica Novembre, MODENA 20