I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
La Mission di Schneider electric Produzione Gestione Utilizzo Energia Energia 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 del consumo mondiale ●Edifici di energia ●Residenziale I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Siamo lo specialista globale nella gestione dell’energia Presenza geografica bilanciata (2011) miliardi € nel 2012 Europa Nord 32% America 23% Asia Pacifico % fatturato Nuove Economie Resto 27% Mondo 18% Mercati finali diversificati (2011) Persone in 100+ paesi Utility & Infrastrutture 24% Industria & macchine 22% Data centre 16% Edifici del Terziario 29% Residenziale 9% Fatturato in R&S4 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
The Commitment International Polar Foundation - Princess Elisabeth, Antarctica Schneider Electric sostiene la prima stazione di ricerca a Emissione Zero nell’Antartico I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 & Building Automation per l'Efficienza Energetica
I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica IL DILEMMA ENERGETICO
La sfida energetica è questa I fatti La necessità vs Domanda di Energia Emissioni di CO2 Per evitare drammatici Previsione per il 2050 cambiamenti climatici Fonte: IEA 2007 Fonte: IPCC 2007, figure (vs. 1990 level) I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Il miglior modo per risparmiare energia è quello di ridurre il consumo Gas 100 unità 35 unità 33 unità 1 unità 3 unità non generate risparmiata come negli impianti di utilizzo finale produzione I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 ● Report dei consumi ● Controllo e comando motori ● Controllo delle performance attese ● Apparecchiature di controllo & misura ● Cambiamento dei comportamenti I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Ciclo di vita delle soluzioni EE Controllare & ● Monitoraggio dei consumi ● Analisi energetica (audit) analizzare i ● Individuazione aree di intervento consumi ● Controllo dei risultati Fissare gli Misura dell’Efficienza Energetica elementi di base ● Isolamento degli edifici ● Revisione / sostituzione Efficienza Energetica Passiva Efficienza Energetica Attiva elementi di impianto (con componenti a ● Regolazione del clima e Ottimizzare con minore consumo) microclima ● Controllo e comando motori automazione e ● Gestione dell’illuminazione regolazione I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica 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 Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
I bisogni espressi ●Intrattenimento ●Sicurezza ●Comfort ●Automazione ●Gestione elettrodomestici I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Dall’impianto tradizionale all’automazione Sistema di Home Automation sicurezza accessi clima automatismi irrigazione carichi elettrici illuminazione I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Dall’impianto tradizionale all’automazione Dispositivi riceventi Dispositivi trasmittenti I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
L’approccio tradizionale all’impianto sensore di luminosità 1 circuito di comando e controllo per ogni funzione pulsantiera cablaggio complesso illuminazione limitata flessibilità infrarosso scarsa o nulla integrazione tra gli impianti ... quadro I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Trasmissione dati – bus filare dedicato Sicurezza dei dati trasmessi (immunità disturbi) Velocità trasmissione Circuito di potenza (230Vac, 50Hz) Cavo aggiuntivo e quindi maggiori costi Linea dati (bus) In caso di ristrutturazione possibili difficoltà di installazione Ottima soluzione per nuove realizzazioni I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Trasmissione dati – onde convogliate Minore sicurezza dei dati trasmessi (disturbi su linee elettriche) Velocità trasmissione Circuito di potenza (230Vac, 50Hz) basse su tecnologie già e linea dati attive (buoni risultati per sperimentazioni con nuove tecnologie) Nessun cavo aggiuntivo e quindi costi ridotti Buona applicabilità In caso di ristrutturazione (bassa invasività) I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Trasmissione dati – wireless Buona sicurezza dei dati trasmessi (protocolli a recupero di errore) Velocità trasmissione elevate con tecnologie consolidate Bassi costi di Circuito di potenza (230Vac, 50Hz) 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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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. I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
La tecnologia bus e le applicazioni riscaldamento condizionamento 1 solo cablaggio per illuminazione tapparelle motori ventilazione trasferire informazioni attuatori per tutti le applicazioni sistema decentralizzato: unità centrale di controllo non necessaria scambio informazioni sensori rapido flessibilità, termostato infrarosso anemometro sensore di luminosità riconfigurabilità, ampliabilità I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Oscuranti tapparelle vento Luminosità ed inclinaz. raggi solari centralizzato 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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Riscaldamento/ condizionamento Climatizzazione 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) I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Linea 220 Carichi elettrici Centralina da contatore 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) I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 per l'Efficienza Energetica
I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica BUILDING AUTOMATION ED EFFICIENZA ENERGETICA
Impatto sui consumi globali di energia I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Forme di utilizzo dell’energia Nei Buildings oltre il 60% dell’energia viene utilizzata per: ● Illuminazione ● Riscaldamento ● Condizionamento ● Ventilazione I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
I costi nel ciclo di vita di un edificio Costruzione 11% Operativi 50% Finanziari 14% Ristrutturazioni 25% Fonte - American Society for Heating, Refrigeration & Air Conditioning Engineers I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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.) I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 Network Management Safety Altre Distrib. Contr. Anti- (incendi, HVAC Luci TVCC Applicaz Voice and data Energia accessi intrusione Gas, . Evacuaz. Fragmented IntegratedApproach Network Infrastructure to Infrastructure I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
CEN/CT 247 modello di riferimento Informazioni Comandi Gestione Notifica Controlla, Analizza, coordina, Decide, interazioni Integrazione a archivia GUIDA livello di gestione Automazione Valutazione Ottimizza, Segnalazione comanda, controlla ALLARME RIVELA ATTUA Campo Integrazione a livello di bus di Integrazione a campo livello di rete di automazione Integrazione a livello Integrazione automazione (centrali) a livello dei dispositivi I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Protocolli standard normati • 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 BACnet® Society for Heating Refrigeration and Air condition Engineer • Nel 1995 rilasciato lo Standard BACnet • Conformità ISO EN16484 • Associazione costituita nel 1999 come Konnex® termine del processo di convergenza tra EIB, Batibus ed EHSA • Conformità ISO/IEC 14543-3 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Convergenza tecnologica ICT (Information & Frontiera della Applicazioni Communication Technology convergenza Trasporto LAN /WAN ERP ADSL Telefonia VoIP Comunicazioni Hardware PCs PDAs SmartPhones INTERNET Intrattenimento Media Software MS Windows Finanza MS Office MS SQL Server Building Automation Convergenza: L’unione di un grande numero di industrie formalmente distinte I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Convergenza tecnologica Infrastruttura di rete integrata Switch Switch di piano principale Presa di rete “universale” HVAC Card Reader Control CCTV I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Ottimizzazione HVAC Programmi di avviamento e Condizionatore Estrattore Sonda di Temperatura Cassetta VAV arresto ottimizzato Ventilazione notturna Free cooling con algoritmo di controllo entalpico Banda ad energia zero Gruppo Frigo Gestione dei carichi Sistema Supervisore Controllo Caldaia (avviamento/arresto ottimizzato, Temperatura Ambiente Unità Trattamento Controllori DDC ambiente (°C) Aria arresto ciclico) 20 Basso Carico Alto carico Possibile risparmio se si usa aria di ricircolo A Limite ENTALPIA ARIA RICIRCOLO antigelo Possibile risparmio se si usa aria esterna t Taratura termostato Istante di aria esterna B avviamento Non occupazione Occupazione 8.30 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 Row CRACs sense elevated temperature and increase fan speed to remove extra heat When temperature decreases, row CRACs decrease fan speed to conserve energy from hot aisle E’ necessario un raffrescamento CRAC Hot spot CRAC puntuale in prossimità degli Hot Spot (in grado di adattarsi all’energia assorbita) Hot spot CRAC CRAC 2 3 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Ottimizzazione illuminazione Gestione Dimmer [Regolazione] Controllo On/Off/ da pulsanti e degli apparecchi di illuminazione telecomandi On/Off tramite presenza persona Configurazione e gestione tramite PC Regolazione tramite fotocellula Programmazione oraria I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Ottimizzazione oscuranti Calcolo ombre generate da oggetti limitrofi Calcolo angolazione irraggiamento solare Eliminazione Sfruttamento illuminazione diretta illuminazione riflesse I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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) I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Integrazione e controllo evoluto Gateway Lon/Ethernet Bus LonWorks 230Vac LAN di edificio M M PC IP Phone I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica 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 ANALISI knowledge is meagre and unsatisfactory” TM LORD KELVIN RACCOLTA DATI TM BOLLETTA ENERGETICA I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
“Concept” per un sistema di misura Energy Monitoring Direzione Reparto A Reparto B Sanitaria I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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. I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Normalizzazione Bergamo Firenze Bergamo Venezia Venezia 3% Firenze 6% 16% 10% 22% 3% Milano Roma 14% 6% Milano Roma 42% 25% Napoli 21% Napoli 32% Consumi Energia Normalizzazione in Elettrica nel periodo funzione della superficie selezionati Es. Fattore normalizzazione kWh/m2 I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Grafico di Confronto Paragonare profili di carico medi e di picco tra i siti o i misuratori I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica 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. I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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 EE Elevata A ● Una base di partenza per confrontare efficienza delle installazione EE Avanzata B ● Principi di calcolo ● Fogli di calcolo, EE Standard C ● Regole di implementazione, … ● Una “rappresentazione” intuitiva e EE non eco-compatibile D “formalizzata” dell’efficienza del sistema di gestione e controllo. ● Ogni sistema è classificato in funzione del suo livello di prestazione ● La Classe C deve essere lo standard nella regolamentazione nazionale I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
La norma UNI EN 15232:2007 (2) ● Quantificare e confrontare i risparmi ● Trasformare la scelta della classe in economici teorici connessi con ogni una lista di funzioni che possono classe e scegliere la classe del futuro essere incluse nella Specifica sistema di controllo Tecnica. Classi definite Residenziale Terziario D C B A D C B A Energia Termica CONTROLLO OSCURANTI % risparmio D C B A 0 Comando manuale 1 Comando manuale con attuazione motorizzata Uffici +51% 0% -20% -30% 2 Attuazione motorizzata con controllo automatico Ospedali +31% 0% -9% -14% 3 Controllo automatico combinato di illuminazione, illuminazione e microclima Energia Elettrica SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER RESIDENZIALE E TERZIARIO % risparmio D C B A 0 Nessun sistema di automazione Uffici +10% 0% -7% -13% 1 Sistema di automazione centralizzato adattato per rispondere alle esigenze dell’utente: Ospedali +5% 0% -2% -4% 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. I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
Lo specialista globale nella gestione dell’energia www.schneiderelectric.it ivan.mangialenti@schneider-electric.com I Sistemi di Home & Building Automation per l'Efficienza Energetica
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