Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l'automazione come denominatore comune - LUCA FERRARINI
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Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune LUCA FERRARINI Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione Milano, 29 novembre 2011
Sommario
• Introduzione
• Automazione ed efficienza energetica
• Il caso di un condominio (progetto Energetica Mente)
• Il caso di un agriturismo (progetto Enertec)
• Azioni concrete per il prossimo futuro
• Conclusioni
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 2
Automazione & Efficienza energetica
Efficienza energetica: Automazione:
• sostituzione componenti obsoleti • realizza sistemi per la conduzione
o inefficienti automatica di impianti e macchine
• modifica dei comportamenti attraverso:
umani • Misura
• acquisto energia a prezzi • Decisione (controllo)
vantaggiosi • Attuazione
• auto-produzione energia con • abilita manutenzione e diagnostica
sistemi innovativi e/o efficienti
• finalità aggiuntive:
• modifica dei processi o impianti • flessibilità (es: produzione)
produttivi
• adattamento (es: disponibilità
di risorse)
• sicurezza (es: funzionale)
• ottimizzazione (es: tempi)
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 3
Automazione & Efficienza energetica
Il caso degli edifici
Tecniche “passive”: Tecniche “attive”:
• Isolamento termico • Controllo differenziato delle temperature
• Sostituzione serramenti • Monitoraggio dei consumi energetici
• Schermature solari • Gestione integrata dell’energia
• Installazione generatori (generazione e consumo)
ad alta efficienza • Ottimizzazione del consumo dei generatori
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Automazione & Efficienza energetica
Il caso degli edifici
• Il risparmio energetico si
raggiunge tramite una
combinazioni di tecniche
complementari
• Il controllo dei flussi
energetici permette una
Fonti razionalizzazione del
abili consumo e un aumento
Rinnov
del risparmio.
Il progetto Energetica Mente
► Obiettivo:
realizzare un sistema automatizzato per il monitoraggio, la
gestione e il controllo efficiente di impianti di climatizzazione
centralizzati negli edifici ad uso commerciale e abitativo
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Approccio sistemico integrato
Per aumentare l’efficienza di un sistema di climatizzazione è necessario
un approccio sistemico che integri: desideri degli utenti, condizioni
climatiche esterne, capacità del sistema edificio-impianto.
Richieste degli utenti
Conoscenza del sistema Condizioni
“edificio-impianto” climatiche
Efficienza energetica
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 7
Modelli di simulazione di
sistemi edificio – impianto
Gli strumenti di simulazione dinamica consentono di verificare il
comportamento del sistema edificio-impianto a fronte di differenti
azioni di controllo.
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Il progetto pilota
► Edificio sito ad Ivrea (TO)
Due numeri civici
sei piani climatizzati
21 unità immobiliari
Volume lordo 7.081 m3
Superficie disperdente lorda 2.804 m2
Superficie utile 1.879 m2
► Analisi effettuate
Analisi preliminari
Modellizzazione del sistema
Progettazione degli interventi di efficientamento
Implementazione del sistema di controllo
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Il sistema termico considerato
Caldaia a condensazione da 240 kW
Sistema di distribuzione a colonne montanti
Separatore idraulico
Pompe di ricircolo
Radiatori a colonne
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 10Variabili esogene e fenomeni principali
► Variabili esogene
Profili di temperatura richiesta dagli utenti
Temperatura esterna
► Fenomeni principali
Generazione e distribuzione del calore
Edificio con corpi opachi e trasparenti
Accumulo calore nelle singole stanze
Scambi di calore stanza-stanza e stanza-esterno
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 11Centrale termica e pompe di circolazione
Sonda
Temperatura esterna Montanti
distribuzione
Pompa Primario Pompa Secondario
(Wilo TOP-S) (Wilo Stratos 65/1-12)
wprim=costante Wsec=variabile
Caldaia a Condensazione Separatore
(Riello Alu Pro 240) Idraulico
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 12Il comportamento del sistema progettato
As Is
Nuovo
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 13Il comportamento del sistema progettato
Gennaio +12,85%
► Risparmio ottenibile compreso tra 12 e 15% Novembre +14,54%
Marzo +14,83%
Novembre Gennaio
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 14Bioagriturismo Vojon – Ponti sul Mincio (MN) Premiato da Legambiente e Regione Lombardia col “Premio innovazione amica dell’ambiente 2006”
Il sistema energetico dell’agriturismo
Accumulatore
Fan-coil Termico
Hotel
PdC
Energy
Solare Idroniche
System
termico
PdC
Falda
Geotermica
House
Pannelli Energy
radianti a System
Sonde
pavimento Caldaia a
Separatore
Geotermiche Biomassa
IdraulicoIl sistema energetico dell’agriturismo
Hotel
Energy
System
House
Energy
SystemAmbiente di sviluppo
MATLAB/Simulink®Il sistema di controllo
device Plant
User controllers
plant
controllerControllo in temperatura dell’accumulatore
Reiezione dei disturbi dal carico termico – caso reale
50
Prelievo di energia
50
Sistema termica
NON CONTROLLATO Possibili perdite di Comfort
45
da parte del carico di 45
durata 1h Consumo: +2%
Cattiva
Sistema gestione Modalità COMFORT
CONTROLLATO 40
40
Totale reiezione dei disturbi
dell’impianto:
impossibile 35
35
asservire eventualiModalità ECO
Sistema CONTROLLATO
Consumo: -3%
Totale reiezione dei disturbi
nuovi prelievi di 30
30
No Ctrl
energia Comfort
ECO
25
25
02:00 05:00 08:00 11:00 14:00 17:00 20:00 23:00Controllo in temperatura dell’accumulatore
Decremento
Incremento set-point temperatura in periodo
caso di prelievo
di basso prelievo
Consumi = - 32.7% (worst case)
02:00 05:00 08:00 11:00 14:00 17:00 20:00 23:00Il punto di partenza è l’informazione
La roadmap di riferimento
Interventi miglioramento
Audit /
Realizzazione Definizione energetico
Diagnosi
Monitoraggio Baseline
Energetica Misura e verifica
Audit energetico: Raccolta dati di consumo, sopralluoghi, analisi situazione
energetica e identificazione aree di miglioramento
Realizzazione monitoraggio: Definizione EPI energetici, realizzazione
infrastruttura di monitoraggio, attivazione “Virtual Energy Manager” per la
presentazione sintetica delle informazioni energetiche
Definizione baseline: Analisi dei dati per definire la situazione di consumo
“ex-ante”, analisi di dettaglio delle opportunità di risparmio
Interventi di miglioramento energetico: Vengono effettuati gli interventi di
miglioramento secondo l’ordine pianificato
Misura e verifica: Misura delle prestazioni “ex-post” e confronto con la
baseline per valutare i miglioramenti ottenutiGli interventi di miglioramento devono essere
mirati
Processi e comportamenti Apparecchiature e impianti
Payback brevi: max 2 anni Payback medi: 2-4 anni
Risparmi medio-alti: 20-25% Risparmi elevati: anche >30%
Leve: Sensibilizzazione personale, Leve: interventi involucro edilizio, impianti
ottimizzazione processi, sensoristica e energia ad elevata efficienza, tecnologie a
Risparmio
basso consumo nelle apparecchiature
automazione
Acquisto dell’energia Auto generazione
Payback immediato Payback lunghi: 4-8 anni co-tri-generazione
Risparmi contenuti:Il sistema di gestione energia UNI-EN
16001
► Standard per migliorare
Politica
l’efficienza energetica in energetica
azienda;
► Consente di definire politiche, Pianificazione
processi, strumenti,
Mana-
metodologie, procedure per gement
Realizzazione
la gestione ottimale review
ed esercizio
dell’energia;
► Basato sull’approccio plan-
do-check-act;
► La corretta adozione di tale Monito-
Audit raggio
standard viene certificato da interno Verifica
e
ente terzo; misura
► Vantaggi
risultati migliori e verificabili;
comunicazione al mercato;
maggiore valore aziendale.Conclusioni
L’efficienza energetica si ottiene attraverso numerose strade e
tecnologie differenti
L’automazione può contribuire significativamente all’efficienza
energetica, tramite:
L’adozione di tecnologie mature e componenti adeguati
Un approccio sistemico al problema
Soluzioni integrate (ad es, controllo termico ed elettrico,
ottimizzazione produzione/consumo/accumulo, ecc.)
Integrazione con altre funzioni (sicurezza, affidabilità, ecc.)
Le tecniche dell’Automazione Industriale sono direttamente
applicabili in ambito domestico (singola casa, condomini, quartieri),
terziario (centri commerciali, uffici, banche, ospedali), industriale.
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 26Conclusioni
Lʼautomazione industriale ha
dato una mano significativa
a fare un passo verso un
futuro un po' più sostenibile, $
almeno energeticamente...$
… ma la strada da percorrere
è ancora un poʼ in salita$
Luca FERRARINI. Efficienza energetica ed efficienza produttiva, l’automazione come denominatore comune 27Contatti
Grazie per l’attenzione
Prof. Luca Ferrarini
luca.ferrarini@polimi.it
02 2399 3672
Politecnico di Milano
Dipartimento di Elettronica e Informazione
www.polimi.it, www.dei.polimi.it
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