risparmio energetico, facciamo chiarezza Vi presentiamo i principali concetti introdotti dalla recente Norma UNI EN 15232 dedicata all incidenza dell automazione, della regolazione e della gestione tecnica sulla prestazione energetica degli edifici. A cura di Angelo Baggini, docente del dipartimento di ingegneria industriale dell Università degli Studi di Bergamo La norma UNI EN 15232 favorisce lo sfruttamento delle potenzialità dell automazione nell uso razionale delle risorse energetiche L a Norma EN 15232, pubblicata in Italia dall UNI nell ottobre 2007, imposta il problema della stima dell impatto introdotto da automazione, controllo e supervisione sui consumi energetici degli edifici. Un importante lavoro di ricerca che, oltre a fare chiarezza in un campo strategico, permette di affiancare all approccio classico - basato sull adozione di un componente energeticamente più performante come l isolamento termico, i generatori di calore, le lampade a basso consumo, ecc. - quello dell impiego migliore ed ottimizzato di un componente esistente. Le difficoltà nel determinare l impatto della gestione delle diverse funzioni del sistema edificio, ha fatto sì che fino ad oggi l automazione, il controllo e la supervisione non fossero considerate allo stesso livello dell adozione dei componenti efficienti per il risparmio dei consumi di energia. La norma UNI EN 15232 potrebbe fornire un contributo determinante nel riequilibrare tale situazione, favorendo lo sfruttamento delle potenzialità dell automazione nell uso razionale delle risorse energetiche. I principali contenuti della norma comprendono: la definizione di 4 classi convenzionali per la classificazione dei contenuti tecnologici di automazione non impatta sulle prestazioni energetiche dell edificio; l elencazione delle funzioni di automazione, controllo e supervisione legate alle prestazioni energetiche dell edificio correlate alle classi di efficienza; infine, la definizione di metodi convenzionali per la stima delle prestazioni energetiche dell edificio legate all automazione. 2 GENNAIO 2010
SPECIALE Classi di automazione per l efficienza energetica Nella prospettiva dell efficienza energetica, la Norma definisce 4 classi convenzionali, corrispondenti al livello di automazione adottato: la Classe D (energeticamente non efficiente), comprende gli impianti tecnici tradizionali e privi di automazione, non efficienti dal punto di vista energetico; la Classe C (standard), corrisponde agli edifici dotati di sistemi di automazione e controllo normali (considerata la classe di riferimento); la Classe B (avanzato), comprende gli edifici dotati di sistemi di automazione e controllo forniti anche di TBM (Technical Building Management) per il controllo centralizzato; infine, la Classe A (alta prestazione energetica), che equivale alla Classe B ma con livelli di precisione e completezza del controllo automatico tali da garantire elevate prestazioni energetiche. La nomenclatura è simile a quella dell esistente e noto sistema di etichettatura energetica degli elettrodomestici e condensa nel già noto concetto di classe il risultato prestazionale di un sistema complesso. L appartenenza o meno di un edificio ad una data classe è definito sulla base della presenza o meno di un set di funzioni di automazione, controllo e supervisione senza riferimento a dettagli implementativi. CEN/CENELEC. In particolare la Norma propone due diverse procedure di calcolo dell efficienza dei sistemi di automazione, controllo e supervisione: il calcolo dettagliato e il calcolo basato su fattori di efficienza. Il primo metodo è utilizzabile quando sono già state stabilite tutte le funzioni dell impianto energetico e prevede cinque diverse tipologie di calcolo: il metodo diretto, basato sulla simulazione dell impianto (in conformità alla EN 13790 Thermal performance of buildings Calculation of energy use for space heating and cooling ); il metodo basato sul modo di funzionamento, che considera i diversi stati di ogni singola applicazione (riscaldamento, illuminazione etc.) e ne determina il consumo energetico, ottenendo per somma il consumo totale; il metodo basato sul funzionamento a tempo, che FORMAZIONE MANUALISTICA PROGETTAZIONE ATTUALITÀ EDILIZIA LEGGE NORMATIVA Stima delle prestazioni energetiche I fondamenti dei contenuti della UNI EN15232 per la stima quantitativa dell efficienza e del risparmio energetico sono costituiti da un imponente lavoro statistico e da simulazioni eseguite in campo dagli esperti europei in sede normativa GENNAIO 2010 3
Il metodo dei fattori di efficienza è applicabile ad edifici destinati tanto al residenziale quanto al terziario considera le durate di funzionamento Totale/Escluso/ Parziale dei dispositivi, ottenendo un coefficiente di risparmio che caratterizza la funzione considerata; il metodo basato sulla temperatura di stanza, che considera l influenza della precisione di regolazione della temperatura (bassa isteresi) nel calcolo del risparmio energetico; infine, il metodo dei coefficienti di correzione, utilizzato quando il controllo automatico agisce in modo combinato su diversi fattori, come gli effetti della presenza di persone, il valore di temperatura, il tempo di funzionamento. Quest ultimo metodo viene suggerito per effettuare una stima di massima nella fase iniziale di progetto/predisposizione dell edificio e del sistema di controllo e gestione dell energia e rappresenta il più importante strumento introdotto dalla Norma. Infatti, con riferimento alle applicazioni più energivore, permette di valutare, in modo rapido e su base tabulare, l impatto dell adozione del sistema di automazione, controllo e supervisione scelto e fornisce evidenza diretta del valore economico di risparmio sui costi di esercizio ottenibili. Inoltre, il metodo dei fattori di efficienza è applicabile ad edifici residenziali a uffici, sale di lettura, scuole e simili, ospedali, hotel, ristoranti, centri commerciali e negozi (nella tabella è riportato direttamente il rapporto tra i consumi del locale/edificio dotato di classe A, B o D e quello di riferimento, C). Vale la pena di osservare come, rispetto ad un ambiente a requisiti minimi C, l automazione ad esempio del raffrescamento di un ufficio permetta di conseguire dei risparmi energetici e quindi direttamente economici; tuttavia, non pochi sono i casi in cui la situazione di raffronto sia quella corrispondente alla Classe D, priva di qualsiasi automazione. Solo nel caso dell ufficio infatti il divario dei consumi tra l edificio in Classe A e quello privo di automazione risulta pari quasi al 54%. Il ricorso al metodo dei fattori di efficienza in una fase iniziale, non esclude la possibilità di ricorrere successivamente al calcolo dettagliato per una stima più puntuale o per la regolazione delle funzioni dell impianto per renderle il più possibile efficaci. In conclusione, è possibile affermare che la recente norma europea EN 15232, pur con alcune comprensibili limitazioni, si presenta come uno strumento essenziale per consentire ai sistemi di automazione di entrare a far parte della pratica progettuale quotidiana e perseguire l ottimizzazione dell efficienza energetica dell edificio. FATTORI DI EFFICIENZA PER EDIFICI NON RESIDENZIALI La tabella riporta direttamente il rapporto tra i consumi del locale/edificio dotato di classe A, B o D e quello di riferimento, C Edifici a carattere Fattori di efficenza per Fattori di efficenza per il non residenziale l energia elettrica riscaldamento/raffreddamento D C B A D C B A Ufficio 1,10 1 0,93 0,87 1,51 1 0,80 0,70 Sale lettura 1,06 1 0,94 0,89 1,24 1 0,75 0,52 Edifici scolastici 1,07 1 0,93 0,86 1,20 1 0,88 0,80 Ospedali 1,05 1 0,98 0,96 1,31 1 0,91 0,86 Hotel 1,07 1 0,95 0,90 1,31 1 0,85 0,68 Ristorante 1,04 1 0,96 0,92 1,23 1 0,77 0,68 Negozi 1,08 1 0,95 0,91 1,56 1 0,73 0,62 4 GENNAIO 2010
SPECIALE Gli strumenti e i dati statistici messi a disposizione permettono al progettista, all amministratore pubblico e anche all utilizzatore finale di operare in modo sufficientemente rapido scelte strategiche di base tese alla realizzazione di un ottimo tecnico ed economico, oltre che ambientale, bilanciando il contenimento dei consumi durante la vita dell edificio e il costo di costruzione. I dati a disposizione dimostrano che la regolazione automatica a vari livelli dell impianto di illuminazione e di riscaldamento/raffrescamento, in base all effettiva presenza o assenza di persone in un contesto abitativo o lavorativo comporta sempre concrete riduzioni del consumo energetico senza incidere sul comfort e sulla sicurezza rispetto ai sistemi tradizionali; allo stesso tempo, la delega all automazione di attività semplici (lo spegnimento dell illuminazione non necessaria, potenzialmente realizzabili dall utente umano), possa portare a risultati concreti e quantificabili nella direzione del contenimento dei consumi. Nel breve periodo sarebbe auspicabile che l automazione dei sistemi energetici dell edificio, grazie anche alla disponibilità di strumenti convenzionali e ufficialmente riconosciuti come la Norma UNI EN 15232, potesse essere riconosciuta anche formalmente dai diversi strumenti legislativi regionali, nazionali o locali in tema di risparmio energetico e miglioramento dell ambiente in conformità alle più condivise direttive nazionali ed internazionali. FORMAZIONE MANUALISTICA PROGETTAZIONE ATTUALITÀ EDILIZIA LEGGE NORMATIVA GENNAIO 2010 5
FUNZIONI DI AUTOMAZIONE, CONTROLLO E SUPERVISIONE Uno strumento fornito dalla Norma UNI EN 15232 è costituito dall elencazione di tutte le funzioni di automazione, controllo e supervisione legate alle prestazioni energetiche dell edificio e dalla correlazione di queste con le classi di automazione per l efficienza energetica. Le funzioni richieste per la definizione dell appartenenza ad una data classe differiscono per edifici a carattere residenziale piuttosto che terziario. Le tabelle introdotte dalla EN 15232, possono costituire un utile strumento operativo per tutte le figure coinvolte nell attività di miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici (proprietari, architetti e progettisti edili/impiantisti, autorità pubbliche, progettisti elettrici e programmatori di automazione). Tabella 1 Esempi di tabelle di definizione delle funzioni di automazione, controllo e supervisione con un impatto sulle prestazioni energetiche dell edificio. Controllo del riscaldamento. CONTROLLO AUTOMATICO DEFINIZIONE DI CLASSI CONTROLLO SUL RISCALDAMENTO Residenziale Non residenziale Controllo immissioni D C B A D C B A Il sistema di controllo è installato al livello dell interruttore o delle stanze, per il primo caso un sistema può controllare diverse stanze 0 Nessun controllo automatico 1 Controllo automatico centralizzato 2 Controllo automatico singole stanze tramite valvole termostatiche o controllori elettronici 3 Controllo singole stanze con comunicazione tra i controllori e i BACS 4 Controllo integrato delle singole stanze che include il controllo sulla domanda (per l utilizzo, la qualità dell aria, ecc.) Tabella 2 Esempi di tabelle di definizione delle funzioni di automazione, controllo e supervisione con un impatto sulle prestazioni energetiche dell edificio. Controllo del sistema HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell aria. CONTROLLO AUTOMATICO DEFINIZIONE DI CLASSI CONTROLLO HVAC Residenziale Non residenziale Controllo della portata d aria al livello della stanza D C B A D C B A 0 Nessun controllo 1 Controllo manuale 2 Controllo a tempo 3 Controllo a presenza 4 Controllo della domanda Tabella 3 Esempi di tabelle di definizione delle funzioni di automazione, controllo e supervisione con un impatto sulle prestazioni energetiche dell edificio. Controllo dell illuminazione. CONTROLLO AUTOMATICO DEFINIZIONE DI CLASSI CONTROLLO ILLUMINAZIONE Residenziale Non residenziale Controllo dell utilizzo D C B A D C B A 0 Switch on/off manuale 1 Switch on/off manuale + ulteriore segnale estinzione rapida 2 Rilevamento automatico Accensione automatica / Attenuazione luci 3 Rilevamento automatico Accensione automatica / Spegnimento automatico 4 Rilevazione automatica Accensione manuale / Attenuazione luci 5 Rilevazione automatica Accensione manuale / Spegnimento automatico 6 GENNAIO 2010