EN15232 per la domotica e l`automazione dell`edificio. Soluzioni

EN15232 per la domotica
e l’automazione
dell’edificio.
Soluzioni KNX per
l’efficienza energetica
Quanta Energia …… !
I consumi nel mondo
12.000
(rif. produzione mondiale)
• 87%: non rinnovabili,
combustibili fossili
• 5,2%: nucleare
• 7,8% rinnovabili (idroelettrico,
solare, geotermico)
1.730
170
Il carbone copre il 30% del
fabbisogno, dove largamente
impiegato (CINA) crea notevoli
problemi di inquinamento.
Consumi di energia in MILIONI di TEP (2010)
1 TEP = energia prodotta con una tonnellata di petrolio
Il consumo energetico del pianeta è in forte aumento:
• 1,4 TEP = consumo energetico medio annuo cittadino europeo anni ’60
• 1,4 TEP = consumo energetico medio annuo pro-capite oggi (per tutto il pianeta)
Fonte: BP statistical review of World Energy, June 2011
Fonti energetiche:
2
Fonte: BP statistical review of World Energy, June 2011
Quanta Energia …… !
Il trend dei consumi energetici è sostenibile ?
No, è necessario ridurli !
3
I consumi nazionali
Energia impiegata ad uso civile (resid. + terz.)
• Comunità Europea: 40%
• Italia: 35%
di cui
• Residenziale:
• Terziario:
70%
30%
[69% risc/raffr, 18% usi elettrici ]
[53% risc/raffr, 30% usi elettrici ]
Sia per il residenziale che per il terziario riscaldamento e
raffrescamento e usi elettrici sono le voci di consumo più
importanti sulle quali agire per ridurre consumi e spesa
4
La norma europea
EN15232
Norma:
Europea: CEN / UNI EN15232
(Guida Tecnica CEI 205-18)
Titolo:
“Energy performance of buildings - Impact of Building
Automation, Controls and Building Management”
“Prestazione energetica degli edifici – influenza
dell’automazione, del controllo e della gestione di
edificio”
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La norma europea
EN15232
Classi di efficienza energetica
• Classe D “Non energy efficient”
Impianti senza automazione, energeticamente non efficienti
• Classe C “Standard”
Impianti con automazione realizzata con sistemi tradizionali o
bus con funzioni di base
• Classe B “Advanced”
Impianti con automazione realizzata con sistemi bus e funzioni
di coordinamento centralizzato
• Classe A “High Energy Perfomance”
Come Classe B, ma con livelli di precisione e completezza del
controllo automatico tali da garantire elevate prestazioni
energetiche all’impianto
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La norma europea
EN15232
Funzioni di automazione e requisiti minimi per
le Classi di Efficienza Energetica
• Funzioni di automazione
•
•
•
•
Controllo riscaldamento, raffrescamento
Controllo della ventilazione e del condizionamento
Controllo illuminazione
Controllo schermature solari
• Per ogni funzione sono definiti diversi livelli di
complessità in funzione della classe di efficienza
energetica
• Un sistema di automazione è di una determinata
Classe di Efficienza Energetica se tutte le funzioni che
implementa appartengono a tale classe
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La norma europea
EN15232
Tabella di classificazione (dalla norma)
estratta dalla lista delle funzioni e requisiti minimi per le classi di efficienza
Definizione delle Classi
Residenziale
Non residenziale
D
C
B
A
D
C
B
A
CONTROLLO RISCALDAMENTO
Controllo dell'emissione
0
Nessun controllo automatico
1
Controllo automatico centralizzato
2
Controllo automatico in ogni zona
3
Controllo automatico in ogni zona con comunicazione
4
Controllo automatico in ogni zona con controllo presenza e
con comunicazione
Per ogni funzione (ad es. Controllo di Emissione) sono definiti differenti
livelli di prestazione che danno accesso alle diverse Classi A, B, C e D.
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La norma europea
EN15232
Tabella di classificazione (dalla norma)
Definizione delle Classi
Residenziale
Non residenziale
D
5
5.1
5.2
B
A
D
C
B
A
CONTROLLO ILLUMINAZIONE
CONTROLLO PRESENZA
0
Interruttore manuale ON/OFF
1
Interruttore manuale ON/OFF + spegnimento automatico
2
Rilevamento presenza
CONTROLLO LUCE DIURNA
0
1
6
C
Manuale
Automatico
CONTROLLO SCHERMATURE SOLARI
Per la protezione contro l'abbagliamento e il sovrariscaldamento
0
1
2
3
Controllo manuale
Funzionamento motorizzato con controllo manuale
Funzionamento motorizzato con controllo automatico
Controllo combinato illuminazione/HVAC/schermature solari
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Esempio funzione Classe A
Dalla EN15232 : riscaldamento – Controllo di emissione
La funzione prevede:
• controllo della temperatura di ogni locale
• interruzione riscaldamento (o in stato di basso consumo) in caso di assenza
persone o apertura serramenti esterni.
Schema di realizzazione della funzione con prodotti KNX:
BUS KNX
Int. contatti
KNX
Sens. Presenza
KNX
Attuatore
KNX
Termostato
KNX
Supervisore
controllo coordinato
di tutte le zone
(software per PC o Web server)
10
Precisione del controllo:
come può migliorare l’efficienza
Esempio – controllo riscaldamento/raffrescamento
Controllo tradizionale a 2 punti:
• La richiesta di energia è determinata
secondo un intervallo di isteresi fisso
attorno al set-point
20°
• Si hanno sovra/sotto elongazioni vs setpoint, con grossi sprechi di energia
Controllo PI- PWM:
• La richiesta di energia è calcolata in
funzione della distanza dal set-point
• Non si hanno sovra/sotto elongazioni
della temperatura vs set-point, non si
hanno sprechi di energia
20°
ON
OFF
11
Esempio funzione Classe A
Dalla EN15232 : Controllo illuminazione
La funzione prevede:
• accensione manuale da pulsanti.
• regolazione della luminosità delle lampade in base alla luce proveniente
dall’esterno.
• spegnimento manuale o comunque automaticamente entro 5 minuti tracorsi
dall’ultima rilevazione di presenza.
Schema di realizzazione della funzione con prodotti KNX:
BUS KNX
Touch
KNX
Pulsanti
KNX
Sens. Presenza con
controllo luminosità
KNX
Dimmer
KNX
12
Precisione del controllo:
come può migliorare l’efficienza?
Esempio – controllo illuminazione
• Richiesta minima di energia per
soddisfare il livello di illuminamento
stabilito
• Controllo adattativo all’interno dello
stesso ambiente
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La norma europea
EN15232
Metodi per il calcolo del risparmio energetico
• Metodo DIRETTO
Procedura di calcolo analitica utilizzabile solo quando il sistema
è completamente noto: involucro edificio, funzioni di
controllo/comando/gestione dell’automazione, etc.
• Metodo dei “BAC Factors”
Procedura di calcolo su base statistica, consente di fare una
stima con un ottima approssimazione
Utile sia nella fase iniziale di progetto che nella fase di verifica.
14
La norma europea
EN15232
Metodo dei “BAC Factors”: dettagli
• Che cosa consente di stimare:
Impatto dell’automazione di edificio sul risparmio energetico
conseguibile
• Come è stato messo a punto:
Simulazioni su un locale standard di riferimento considerando
tempi di occupazione, profilo utente, tempo atmosferico,
esposizione solare, etc.
• Come si utilizza:
Tabelle con fattori di efficienza (BAC Factors) che, in funzione
della tipologia d’uso dell’edificio e della Classe di Efficienza
dell’automazione forniscono il risparmio energetico conseguibile
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La norma europea
EN15232
Tabelle BAC Factors
Consumo risc./raffresc.
esempio UFFICI:
• da Classe D a C -34%
• da Classe D a B -47%
• da Classe D a A -54%
Max risparmio per centri
commerciali
Consumo Energia elettrica.
esempio UFFICI:
• da Classe D a C -9%
• da Classe D a B -15%
• da Classe D a A -21%
Max risparmio per uffici
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La norma europea
EN15232
Tabelle BAC Factors
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Soluzioni KNX per l’efficienza energetica:
Scuola di Romarzollo
Nome progetto
Scuola Primaria di Romarzollo (TN)
Anno di
realizzazione
2007 - 2011
Metri quadrati di
realizzazione
5.600 m2
Numero di linee
KNX
11
Numero
dispositivi KNX
362
Brand utilizzati
3
Costo impianto
€ 150.000
18
Soluzioni KNX per l’efficienza energetica:
Scuola di Romarzollo
•
•
•
•
•
Edificio composto da 3 piani fuori terra + 1 interrato;
Aule con pareti vetrate per fornire la massima luminosità naturale
Laboratori di scienza, arti, lingue e informatica
Sala docenti, biblioteca, servizi e portineria.
Mensa, cucina, palestra e giardino
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Applicazioni KNX realizzate
Gestione
illuminazione
• Apparecchi on/off e dimmer
• Spegnimento automatico con controllo presenza
• Controllo luminosità costante
Gestione
motorizzazioni
• Finestre motorizzate
• Oscuranti e tapparelle
• Persiane
Gestione clima
Gestione sistemi
di sicurezza
•
•
•
•
•
Riscaldamento, ventilazione
Controllo a zone
Controllo in funzione di presenza
Controllo livello CO2
Controllo livello umidità
• Controllo centralizzato illuminazione di emergenza
• Allarmi tecnici (scatto interruttori)
20
Applicazioni KNX realizzate
Gestione
energetica
Supervisione
• Integrazione impianto generazione solare fotovoltaico
• Contabilizzazione consumi energia/smart metering
• Utilizzo di una piattaforma SCADA per controllo degli
stati, invio di comandi puntuali, log dei dati misurati
• Gestione di un punto informativo all’ingresso della
scuola, con dati meteo e risparmi energetici
• Gestione on-line, attraverso connessioni a desktop
remoto
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Benefici ottenuti
Elevato comfort visivo e ambientale
(temperatura, concentrazione CO2, umidità relativa),
con la completa automazione dei sistemi di illuminazione, riscaldamento, ventilazione ed ombreggiatura
Elevato livello di sicurezza
con il controllo della CO2, controllo luci emergenza centralizzato
Efficienza energetica e risparmio
minori costi e minore impatto ambientale
Personalizzazione e flessibilità
funzioni e controllo personalizzati per la vita quotidiana della scuola
Assistenza da remoto
(grazie ad accesso da LAN)
rapidità interventi e minori costi
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Garanzia di sostenibilità
La scuola ha ottenuto
la certificazione LEED
PLATINUM,
prima in Europa per un
edificio scolastico.
LEED:
• sistema statunitense di classificazione dell'efficienza
energetica e dell'impronta ecologica degli edifici (acronimo
di The Leadership in Energy and Environmental Design),
sviluppato dallo U.S. Green Building Council (USGBC)
• 4 livelli: Certified, Silver, Gold e Platinum.
23
Garanzia di efficienza
La scuola è operativa dall’1 settembre 2011 (anno
scolastico 2011-12).
Consumi rilevati (1):
-Energia utilizzata totale:
-Energia Prodotta FotoVoltaico:
-Energia Utilizzata Mensa:
-Energia Utilizzata Palestra:
1206 KWh
132 KWh
147 KWh
124 KWh
Risparmio per illuminazione,
ca. 400kWh, 23%
rispetto ad un impianto tradizionale:
(1):
telelettura del 3.5.2012
(1)
24
Garanzia di efficienza
Confronto con risparmio previsto dalla
EN15232:
• Previsto:
la EN 15232 per edifici ad uso SCUOLA
prevede un risparmio del 20%
(passando dalla classe D alla classe A)
• Ottenuto:
la sostituzione dell’impianto tradizionale con
KNX ha consentito un risparmio del 23%,
grazie alla sola illuminazione
(1)
25
Garanzia di efficienza
2011: prima edizione del Premio KNX Italia
Assegnato al progetto
Scuola Primaria di Romarzollo (TN),
nella categoria:
“Miglior progetto KNX per l’Efficienza Energetica”
26
Soluzioni KNX per l’efficienza energetica:
progetto ATLA
Nome progetto
ATLA Srl - nuovo stabilimento - Chieri (TO)
Anno di
realizzazione
2012
Metri quadrati di
realizzazione
10.000 m2
Numero di linee
KNX
15
Numero
dispositivi KNX
593
Brand utilizzati
7
Costo impianto
€ 156.000
27
Soluzioni KNX per l’efficienza energetica:
progetto ATLA
Edificio:
• composto da area uffici + area adibita alla produzione
• area totale occupata 30.000m2, di cui 10.000m2 coperti
Attività: lavorazioni ad alta tecnologia nel settore delle turbine a gas
Particolarità:
• elevato risparmio energetico
• elevato comfort degli ambienti produttivi grazie a soluzioni
funzionali adottate in ambienti ad uso terziario
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Applicazioni KNX realizzate
Gestione
illuminazione
• Apparecchi on/off e dimmer
• Spegnimento automatico con controllo presenza
• Controllo luminosità costante
Gestione
motorizzazioni
• Finestre
• Lucernari
• Tende
Gestione clima
• Riscaldamento, raffrescamento e
ventilazione
• Controllo a zone
• Controllo in funzione di presenza
• Controllo livello umidità
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Applicazioni KNX realizzate
Gestione
energetica
• Misura, monitoraggio e archiviazione dei consumi
• Diagnostica e audit energetico delle singole utenze
• Visualizzazione e analisi consumi (trend, periodicità, etc.)
Antifurto
• Sistema indipendente (come richiesto dalle normative)
• Integrato nel sistema KNX: sia per la gestione sia per il
controllo.
Supervisione
• Utilizzo di una piattaforma SCADA
• Controllo intergrato di tutti gli impianti: HVAC,
illuminazione, motorizzazioni, Antincendio.
• Acquisizione di tutti gli allarmi tecnologici
• Particolare attenzione alla supervisione ed analisi dei
consumi energetici al fine di massimizzare efficienza ed
efficacia nell’uso dell’energia
30
Focus: controllo illuminazione
area produttiva
Dati principali impianto illuminazione:
• Controllo area produttiva (5.750mq): suddivisa in 20 settori
• Per ogni settore:
• Un sensore KNX di presenza/luminosità Rete (altezza 9 m)
• Apparecchi di illuminazione in rete DALI
• Controllo luminosità costante in funzione illuminamento naturale:
• 400 lux se presenza operatori, 250 lux se assenza operatori
• da 400 a 250 lux in 2 min. per non renderlo percepibile
31
Focus: controllo illuminazione
area produttiva
Misure dei consumi
Per verificare l’effettivo risparmio energetico conseguito grazie
all’automazione è stata effettuata una campagna di misure su
un’area significativa presa a campione:
• Durata campagna di misure: 7 mesi
• Misure : per ogni mese due giornate campione (serena, coperta)
• Area campione:
• Superficie: 1.150m2
• 34 apparecchi di illuminazione 6x49W
• 11kW potenza totale
32
Focus: controllo illuminazione
area produttiva
33
Focus: controllo illuminazione
area produttiva
34
Focus: controllo illuminazione
area produttiva
Analisi risultati delle misure
Consumi in funzionamento manuale (senza automazione) :
• eccessivo ipotizzare consumo costante per l’intera giornata
lavorativa (39,3 MWh/anno)
• consideriamo 100% nei mesi invernali e 50% in quelli estivi
(29,5 MWh/anno)
Consumi registrati (con automazione luci in classe A):
• Consumo medio giornaliero:
57,6 kWh
• Consumo medio annuale: 14,6 MWh (14 ore/gg per 253gg/anno)
Risparmio conseguito:
• Riduzione dei consumi misurata:
50,4%
35
Garanzia di efficienza
Confronto con risparmio previsto dalla
EN15232:
• Previsto:
la EN 15232 non considera la tipologia
d’uso “Area produttiva”, la tipologia che più
si avvicina è quella “Uffici” che prevede un
risparmio del 21%
(passando dalla classe D alla classe A)
• Ottenuto:
l’impianto KNX rispetto ad uno tradizionale
ha consentito un risparmio del 50%,
grazie alla sola illuminazione
(1)
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Benefici ottenuti
Risparmio energetico
oltre il 50% nell’are produttiva per la sola illuminazione
Diagnostica e monitoraggio energetico delle singole utenze
misura e archiviazione consumi delle singole utenze
Elevato comfort visivo e ambientale
degli uffici ma in particolar modo dell’area produttiva
Supervisione e controllo integrato di tutti gli impianti
illuminazione e motirizzazioni, clima, impipanti tecnologici, antincendio, etc.
Assistenza da remoto
(grazie ad accesso da LAN)
rapidità interventi e minori costi
37
Garanzia di efficienza
2013: terza edizione del Premio KNX Italia
Assegnato al progetto
Atlas Srl – Chieri (TO),
nella categoria:
“Miglior progetto KNX per l’Efficienza Energetica”
38
VI RINGRAZIAMO
PER L’ATTENZIONE
39