PDS-Presentazione- Home-e-Building automation

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I Sistemi di Home &
Building Automation per
l'Efficienza Energetica
La Mission di Schneider electric
Gestione
Energia
Produzione
Energia
Utilizzo
Energia
Schneider Electric
prodotti, soluzioni, servizi
per rendere l’energia
Sicura
Affidabile Efficiente Produttiva
I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Operiamo dove si concentra il consumo
di energia
●Energia e Infrastrutture
●Industria
●Data center
●Edifici
del consumo
mondiale
di energia
●Residenziale
Siamo lo specialista globale nella
gestione dell’energia
Presenza geografica bilanciata (2011)
miliardi € nel 2012
Europa
32%
Nord
America
23%
Resto
Mondo
18%
% fatturato Nuove Economie
Persone in 100+ paesi
Asia
Pacifico
27%
Mercati finali diversificati (2011)
Utility & Infrastrutture
24%
Industria & macchine
22%
Data centre
16%
Edifici del Terziario
Fatturato in R&S4
Residenziale
29%
9%
R&S stimolata delle necessità dell’EE
●Componenti
● Carburo di Silicio (SiC): componenti elettronici ad alte
prestazioni energetica
● Micro & Nano Tecnologie per i sensori
● LED
Cristallo di Carburo di Silicio
●Sistemi
● Sistemi di comunicazione a bassi costi
● Algoritmi software adattivi: nuove applicazioni per ottimizzare
i consumi di energia
● Componentistica per le autovetture
elettriche
Integrazione di sensori multifunzione
●Comunicazione
● Convergenza sulle reti e sulle tecnologie Web
● Standardizzazione per ridurre i costi
Micro Batterie &
comunicazioni wireless
The Commitment
International Polar Foundation -
Princess Elisabeth,
Antarctica
Schneider Electric sostiene la prima stazione di ricerca a
Emissione Zero nell’Antartico
Contenuti del corso
1. Il dilemma energetico
2. Applicazioni di gestione dell’energia nella Home
Automation (Domotica)
3. Applicazioni di gestione dell’energia nella Building
Automation
4. Il monitoraggio e l’analisi dei consumi
5. Cenni normativi
I Sistemi di Home &
IL DILEMMA ENERGETICO
La sfida energetica è questa
I fatti
La necessità
vs
Domanda di Energia
Emissioni di CO2
Previsione per il 2050
Per evitare drammatici
cambiamenti climatici
Fonte: IEA 2007
Fonte: IPCC 2007, figure (vs. 1990 level)
Il miglior modo per risparmiare energia è
quello di ridurre il consumo
Gas
100 unità
1 unità
risparmiata come
utilizzo finale
35 unità
33 unità
3 unità non generate
negli impianti di
produzione
Tre leve per l’Efficienza Energetica
EE Passiva
Strutture, Materiali & Componenti
● Materiali isolanti, finestre, esposizione, ecc.
● Componenti di impianto più efficienti (motori, lampade a
risparmio energetico, ecc.)
Edifici esistenti
Energie rinnovabili
Zero
Obiettivo
EE Attiva
Sistemi & Apparecchiature
Operatività & Utilizzo
● Regolazione del clima & microclima
● Controllo e comando motori
● Apparecchiature di controllo & misura
● Report dei consumi
● Controllo delle performance attese
● Cambiamento dei comportamenti
Ciclo di vita delle soluzioni EE
Controllare &
analizzare i
consumi
Fissare gli
elementi
di base
●
●
●
●
Monitoraggio dei consumi
Analisi energetica (audit)
Individuazione aree di intervento
Controllo dei risultati
Misura dell’Efficienza Energetica
● Isolamento degli
edifici
● Revisione /
Efficienza Energetica Attiva
Efficienza Energetica Passiva
sostituzione
elementi di
impianto (con
componenti a
● Regolazione del clima e
Ottimizzare con
microclima
minore consumo)
automazione e
● Controllo e comando motori
regolazione
● Gestione dell’illuminazione
I Sistemi di Home &
HOME AUTOMATION ED
EFFICIENZA ENERGETICA
I consumi energetici in ambito residenziale
● Il 68% dell’energia per il riscaldamento e il 15% per gli usi elettrici
● Per un’abitazione di circa 100mq,, in un fabbricato multipiano, il costo
energetico di costruzione è di 5.5 tep, mentre il costo annuale del
riscaldamento è circa di 1 tep/anno
I bisogni espressi
●Intrattenimento
●Sicurezza
●Comfort
●Automazione
●Gestione elettrodomestici
Dall’impianto tradizionale all’automazione
Sistema di Home Automation
sicurezza
clima
accessi
automatismi
irrigazione
carichi elettrici
illuminazione
Dall’impianto tradizionale all’automazione
Dispositivi riceventi
Dispositivi trasmittenti
L’approccio tradizionale all’impianto
sensore di luminosità
pulsantiera
illuminazione
infrarosso
1 circuito di comando e
controllo per ogni
funzione
cablaggio complesso
limitata flessibilità
scarsa o nulla
integrazione tra gli
impianti
...
quadro
Esempio di automazione
Una nuova classe di dispositivi a microprocessore
in grado di scambiarsi informazioni utilizzando un linguaggio ed un
supporto trasmissivo comune
Linea dati (bus)
Occupazione
Occupazione
Occupazione
Set point
Set point
Trasmissione dati – bus filare dedicato
Circuito di potenza (230Vac, 50Hz)
Linea dati (bus)
Sicurezza dei dati
trasmessi (immunità
disturbi)
Velocità trasmissione
Cavo aggiuntivo e quindi
maggiori costi
In caso di ristrutturazione
possibili difficoltà di
installazione
Ottima soluzione per
nuove realizzazioni
Trasmissione dati – onde convogliate
e linea dati
Minore sicurezza dei dati
trasmessi (disturbi su
linee elettriche)
basse su tecnologie già
attive (buoni risultati per
sperimentazioni con
nuove tecnologie)
Nessun cavo aggiuntivo
e quindi costi ridotti
Buona applicabilità In
caso di ristrutturazione
(bassa invasività)
Trasmissione dati – wireless
Buona sicurezza dei dati
trasmessi (protocolli a
recupero di errore)
elevate con tecnologie
consolidate
Bassi costi di
installazione, ma costi
della tecnologia ancora
superiori rispetto alle
soluzioni cablate
Ottima applicabilità In
caso di ristrutturazione
(bassa invasività)
Necessità di
manutenzione (batterie)
per dispositivi non
raggiunti dal circuito di
potenza
Cos’è un’applicazione
● Un’applicazione è un raggruppamento logico di dispositivi che sono
dedicati principalmente ad uno scopo.
● Lo scopo delle applicazioni è agevolare la progettazione.
● Nessun dispositivo fa parte esclusivamente di un’applicazione, perché
può sempre interagire, magari in via secondaria, coi dispositivi di tutte
le altre applicazioni.
● Tutti i dispositivi, indipendentemente dall’applicazione di riferimento,
fanno parte dello stesso sistema d’automazione.
La tecnologia bus e le applicazioni
illuminazione
tapparelle
riscaldamento
condizionamento
ventilazione
motori
attuatori
sensori
termostato
infrarosso
anemometro
sensore di luminosità
1 solo cablaggio per
trasferire informazioni
per tutti le applicazioni
sistema decentralizzato:
unità centrale di controllo
non necessaria
scambio informazioni
rapido
flessibilità,
riconfigurabilità,
ampliabilità
Illuminazione
luci
orario
luminosità
luminosità
centralizzato
trasmettitore
IR
comandi individuali o centralizzati, wireless
[EE] in funzione della luminosità
[EE] in funzione dell’orario, con spegnimento a tempo
Oscuranti
tapparelle
vento
centralizzato
Luminosità ed
inclinaz. raggi
solari
trasmettitore
IR
comandi individuali o centralizzati, wireless,
in funzione delle condizioni meteorologiche
[EE] in funzione della posizione geografica per favorire illuminamento
[EE] in funzione della posizione geografica per gestire irraggiamento solare
Climatizzazione
Riscaldamento/ condizionamento
orario
regolazione
individuale
regolazione individuale per singoli ambienti
[EE] con programmazione oraria/giornaliera/settimanale/ stagionale
[EE] in funzione delle effettive esigenze, con comandi anche da remoto
(p.e. tramite telefono cellulare comando la climatizzazione solo se sono
certo di tornare a casa, o andare nella casa al mare)
Carichi elettrici
Linea 220
da contatore
Centralina
altri carichi
elettrici
lavastoviglie
frigorifero
lavatrice
televisore
Riduzione rischi (sgancio prese camere bambini, sgancio carichi
entertainment ore notturne)
[EE] Possibilità di stacco alimentazione per evitare consumi di stand-by.
[EE] comandi anche da remoto (p.e. tramite telefono cellulare)
[EE] eliminazione sovraccarichi di utilizzo mediante sgancio automatico
dei carichi in base alla priorità (successivo ripristino automatico in
funzione dell’andamento dei consumi)
Altre applicazioni
● [EE] Irrigazione notturna programmata solo se il terreno non è già
bagnato (SENSORE DI PIOGGIA)
● [EE] Scenari luminosi legati alla effettiva presenza di persone o al
passaggio di persone da un ambiente all’altro (SENSORE DI
PRESENZA)
● [EE] Regolazione intensità luminosa (DIMMER) in base legata al livello
di illuminazione naturale (MISURATORE DI LUMINOSITA’) e alla
modalità di utilizzo dell’ambiente (INTEGRAZIONE CON
INTRATTENIMENTO
● ……………
I Sistemi di Home &
BUILDING AUTOMATION
ED EFFICIENZA
ENERGETICA
Impatto sui consumi globali di energia
Forme di utilizzo dell’energia
Nei Buildings oltre il 60% dell’energia viene utilizzata per:
● Illuminazione
● Riscaldamento
● Condizionamento
● Ventilazione
I costi nel ciclo di vita di un edificio
Operativi
50%
Costruzione
11%
Finanziari
14%
Ristrutturazioni
25%
Fonte - American Society for Heating,
Refrigeration & Air Conditioning Engineers
Driver di mercato & Agenti di cambiamento
GESTIONE DELL’ENERGIA
● Normative sull’efficienza energetica degli edifici (sanzioni)
● Accesso al trading dei certificati di efficienza energetica
● Liberalizzazione del mercato dell’energia
● Dinamicità delle formule contrattuali – introduzione di formule che
premiano la previsione dei consumi e l’eliminazione dei picchi
Driver di mercato & Agenti di cambiamento
PROPRIETA’ E GESTIONE DEGLI EDIFICI
● La proprietà degli edifici è sempre più raramente dell’utilizzatore
● In sede di realizzazione questo significa dover predisporre delle
aree delle quali non si conosce l’utilizzo preciso
● Le infrastrutture devono essere realizzate in modo da poter
ospitare soluzioni modulari e scalabili
● In sede di gestione questo significa la presenza di un soggetto
terzo che prende in carico le attività di manutenzione
● Le applicazioni devono essere in grado di rendere accessibili e
comunicare in modo aperto le informazioni relative al
funzionamento degli impianti (cicli macchina, ore funzionamento,
eventi, allarmi, ecc.)
Cos’è un sistema di Building Automation
L’insieme di più sottosistemi dello stesso o di diverso tipo / produttore,
per consentire la gestione dell’edificio e realizzare una interfaccia
aziendale, con l’obiettivo di aiutare il cliente a:
• Ridurre il CAPEX (costi di realizzazione)
• Ridurre l’OPEX (costi operativi = energia, personale,
manutenzione)
• Aumentare il comfort e la produttività
• Ridurre i rischi
Building Services Management Application
HVAC
Distrib.
Energia
Luci
Contr.
accessi
Antiintrusione
TVCC
Safety
(incendi,
Gas,
Evacuaz.
Network Management
Altre
Applicaz
.
Voice and data
Fragmented
IntegratedApproach
Network Infrastructure
to Infrastructure
CEN/CT 247 modello di riferimento
Informazioni
Comandi
Gestione
Notifica
Analizza,
Decide,
archivia
GUIDA
Integrazione a
livello di gestione
Valutazione
Segnalazione
Automazione
RIVELA
Controlla,
coordina,
interazioni
Ottimizza,
comanda,
controlla
ALLARME
ATTUA
Campo
Integrazione a
livello di bus di
campo
Integrazione a livello
automazione (centrali)
Integrazione a
livello di rete di
automazione
Integrazione
a livello dei
dispositivi
Protocolli standard normati
•
•
•
BACnet®
•
•
•
Konnex®
•
•
1986 Mike Markkula, socio fondatore della
Apple, fonda Echelon Corporation
1994 viene fondata l’associazione
LonMark ®
Conformità ISO/IEC EN14908
Fondata nel 1987 dall’ ASHRAE (American
Society for Heating Refrigeration and Air
condition Engineer
Nel 1995 rilasciato lo Standard BACnet
Conformità ISO EN16484
Associazione costituita nel 1999 come
termine del processo di convergenza tra
EIB, Batibus ed EHSA
Conformità ISO/IEC 14543-3
Convergenza tecnologica
ICT (Information &
Communication Technology
Trasporto
Hardware
Software
Frontiera della
convergenza
LAN /WAN
ADSL
Telefonia VoIP
PCs
PDAs
SmartPhones
MS Windows
MS Office
MS SQL Server
Applicazioni
ERP
Comunicazioni
INTERNET
Intrattenimento
Media
Finanza
Building
Automation
Convergenza:
L’unione di un grande numero
di industrie formalmente distinte
Convergenza tecnologica
Infrastruttura di rete
integrata
Switch di piano
Switch
principale
Presa di rete “universale”
HVAC
Control
Card Reader
CCTV
Ottimizzazione HVAC
Programmi di avviamento e
arresto ottimizzato
Ventilazione notturna
Free cooling con algoritmo di
controllo entalpico
Banda ad energia zero
Gestione dei carichi
(avviamento/arresto ottimizzato,
arresto ciclico)
Condizionatore
Estrattore
Sonda di
Temperatura
Cassetta VAV
Gruppo Frigo
Sistema
Supervisore
Controllo
Ambiente
Temperatura
ambiente (°C)
20
Caldaia
Unità
Trattamento
Aria
Controllori
DDC
Basso Carico
Alto carico
Possibile risparmio
se si usa aria di
ricircolo
A
Limite
antigelo
ENTALPIA ARIA RICIRCOLO
Possibile risparmio
se si usa aria esterna
t
Istante di
avviamento
Non occupazione
Taratura termostato
aria esterna
B
Occupazione
8.30
Ottimizzazione Datacenter
I problemi di Efficienza Energetica
derivano dalla sempre maggiore
concentrazione della capacità di
elaborazione, che crea una
distribuzione asimmetrica
dell’assorbimento di energia:
Sono necessari UPS che siano
efficienti anche con bassi carichi
E’ necessario un raffrescamento
puntuale in prossimità degli Hot
Spot (in grado di adattarsi
all’energia assorbita)
Row CRACs sense elevated temperature and
increase fan speed to remove extra heat
from hot aisle
CRAC
Hot spot
Hot spot
CRAC
2
When temperature decreases, row CRACs
decrease fan speed to conserve energy
CRAC
CRAC
3
Ottimizzazione illuminazione
Gestione Dimmer [Regolazione]
degli apparecchi di illuminazione
Controllo On/Off/ da pulsanti e
telecomandi
On/Off tramite
presenza persona
Configurazione e
gestione tramite PC
Regolazione tramite
fotocellula
Programmazione oraria
Ottimizzazione oscuranti
Calcolo ombre generate da
oggetti limitrofi
Calcolo angolazione
irraggiamento solare
Eliminazione
illuminazione diretta
Sfruttamento
illuminazione riflesse
Sensore integrato di presenza/luminosità
● Il sensore è in grado di rilevare la presenza della
persona in base all’analisi dello spettro
all’infrarosso, e quindi anche in caso di sostanziale
immobilità, e di misurare il livello di luminosità in
ambiente
● Nel caso sia rilevata una presenza vengono attivati
(funzione Comfort) i sistemi di regolazione
illuminazione (oscuranti, luci) e regolazione
temperatura in base ai preset desiderati.
● Nel caso non sia rilevata alcune presenza il
sistema provvede a garantire il massimo risparmio
(funzione Economy):
● Spegnimento dell’illuminazione (e di altri
eventuali carichi elettrici)
● Temperatura a livello economy a seconda
della stagione
● Oscuranti completamente aperti d’inverno e
completamente chiusi d’estate (per favorire
o ridurre al minimo l’irraggiamento solare)
Integrazione e controllo evoluto
Gateway
Lon/Ethernet
Bus LonWorks
LAN di edificio
230Vac
M
PC
M
IP Phone
I Sistemi di Home &
MONITORAGGIO ED
ANALISI DEI CONSUMI
Dai dati alle informazioni !
“If you can measure
that of which you
speak, and can express
it by a number, you
know something about
your subject; but if you
cannot measure it, your
knowledge is meagre
and unsatisfactory”
ANALISI
TM
RACCOLTA DATI
LORD KELVIN
TM
BOLLETTA ENERGETICA
“Concept” per un sistema di misura
Energy
Monitoring
Direzione
Sanitaria
Reparto A
Reparto B
Modalità e obiettivi della raccolta dati
● Il Monitoraggio Energia riguarda le diverse fonti energetiche:
● Water
● Air
● Gas
● Electricity
● Steam
● e le diverse fonti di approvvigionamento
● Fornitori esterni
● Fonti autonome di generazione (eolico, fotovoltaico, solare termico),
cogenerazione e trigenerazione
● per costituire un archivio storico delle misure
Allarmi su situazioni anomale
Deviazione da set-point
Alto tasso di variazione
Soglie di allarme (high,
high-high, low, low-low)
Notifiche tramite PC,
SMS, e-mail, ecc.
Normalizzazione
Funzionalità utile per confrontare siti o utenze simili ed effettuare
benchmarking
● Tipici fattori di normalizzazione sono:
● Unità di Produzione
● Metri Quadrati
● Ore di Funzionamento
● Altre personalizzabili a scelta
● In funzione dei diritti concessi all’utente, i fattori di normalizzazione
possono essere modificati anche dai singoli utenti
Normalizzazione
Venezia
22%
Bergamo Firenze
3%
6%
Venezia
16%
Bergamo
Firenze
10%
3%
Milano
14%
Roma
6%
Milano
42%
Napoli
21%
Consumi Energia
Elettrica nel periodo
selezionati
Roma
25%
Napoli
32%
Normalizzazione in
funzione della superficie
Es. Fattore normalizzazione kWh/m2
Grafico di Confronto
Paragonare profili di carico medi e di picco tra i siti o i misuratori
I Sistemi di Home &
CENNI AGLI ASPETTI
NORMATIVI
La nuova Energy Performance Building
Directive (EPBD) - 2010/31/CE
● Art. 8 comma 1: “Al fine di ottimizzare il consumo energetico
dei sistemi tecnici per l’edilizia, gli Stati membri stabiliscono
requisiti di impianto relativi al rendimento energetico globale,
alla corretta installazione e alle dimensioni, alla regolazione e
al controllo adeguati degli impianti tecnici per l’edilizia
installati negli edifici esistenti. Gli Stati membri possono altresì
applicare tali requisiti agli edifici di nuova costruzione.”
● Art. 8 comma 2: “Gli Stati membri promuovono
l’introduzione di sistemi di misurazione intelligenti quando
un edificio è in fase di costruzione o è oggetto di una
ristrutturazione importante ……. Gli Stati membri possono
inoltre promuovere, se del caso, l’installazione di sistemi
di controllo attivo come i sistemi di automazione,
controllo e monitoraggio finalizzati al risparmio
energetico.”
Spinta dall’Europa, l’Efficienza Energetica attiva diventerà
necessariamente e rapidamente qualcosa che non può essere evitato.
La norma UNI EN 15232:2012 (1)
● Metodi per stimare l’impatto dei sistemi di controllo e gestione sull’efficienza
energetica attiva degli edifici.
● Lo standard fornisce:
● La prova quantitativa che tutti
stavano aspettando
● Una base di partenza per confrontare
efficienza delle installazione
● Principi di calcolo
● Fogli di calcolo,
● Regole di implementazione, …
● Una “rappresentazione” intuitiva e
“formalizzata” dell’efficienza del
sistema di gestione e controllo.
EE Elevata
A
EE Avanzata
B
EE Standard
C
EE non eco-compatibile
D
● Ogni sistema è classificato in
funzione del suo livello di
prestazione
● La Classe C deve essere lo
standard nella regolamentazione
nazionale
La norma UNI EN 15232:2007 (2)
● Quantificare e confrontare i risparmi
economici teorici connessi con ogni
classe e scegliere la classe del futuro
sistema di controllo
● Trasformare la scelta della classe in
una lista di funzioni che possono
essere incluse nella Specifica
Tecnica.
Classi definite
Residenziale
D
Energia Termica
C
B
Terziario
A
D
C
B
CONTROLLO OSCURANTI
% risparmio
D
C
B
A
Uffici
+51%
0%
-20%
-30%
Ospedali
+31%
0%
-9%
-14%
Energia Elettrica
0
Comando manuale
1
Comando manuale con attuazione motorizzata
2
Attuazione motorizzata con controllo automatico
3
Controllo automatico combinato di illuminazione,
illuminazione e microclima
SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER RESIDENZIALE E TERZIARIO
% risparmio
D
C
B
A
0
Nessun sistema di automazione
Uffici
+10%
0%
-7%
-13%
1
Ospedali
+5%
0%
-2%
-4%
Sistema di automazione centralizzato adattato per
rispondere alle esigenze dell’utente:
programmazione, valori di set-point, ecc.
2
Sistema di automazione centralizzato ottimizzato per
l’efficienza energetica: set-point regolati in base
all’uso degli ambienti, regolazione coordinata, ecc.
A
Lo specialista globale
nella gestione dell’energia
www.schneiderelectric.it
[email protected]

PDS-Presentazione- Home-e-Building automation

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