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#14 riscaldamentoenergia ISSN:2038-2723

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La rivista PER i professionisti DEGLI IMPIANTI HVAC&R

MISURE DIAGNOSI COLLAUDI

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Organo Ufficiale AiCARR

ANNO 3 - GIugno 2012


Think green2 significa adottare una filosofia che mira a realizzare edifici sostenibili a basso impatto ambientale. Scegliere un partner come SagiCofim consente di avere a disposizione una gamma completa di soluzioni che, oltre ad assicurare elevate prestazioni in termini di benessere e risparmio energetico, permettono di rispondere in modo ottimale alle esigenze di integrazione con l’interior design.

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del sistema. La compatibilità della gamma Stream con un gran numero di refrigeranti senza compromettere le prestazioni e la nuovissima tecnologia CoreSense™ Diagnostics, che consente sia la protezione del compressore che l’effettuazione di manutenzione preventiva, rendono la gamma Stream unica e insostituibile.

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L’importanza di intervenire sull’iter legislativo

Il tema caldo è il Dlgs 28/11 sulle fonti energetiche rinnovabili: i limiti previsti dall’allegato 3 sono entrati in vigore il 1 giugno e ancora non si sa quale calcolo si debba fare per rispettarli. AiCARR per prima ha sollevato alcuni problemi, fra tutti la questione del raffrescamento estivo, e ha proposto una serie di possibili soluzioni. Un primo risultato positivo c’è stato: quasi tutti gli attori del settore hanno capito che i problemi esistono (la Regione Emilia Romagna ha addirittura tolto il raffrescamento dalla propria legge di recepimento), ma ancora non si è arrivati a una posizione condivisa. AiCARR non si arrocca sulle proprie posizioni ed è ben lieta di condividerne altre purché queste risolvano veramente ogni questione e rendano possibile l’applicazione del decreto nel maggior numero di casi. Il parere della nostra Associazione è che si debba evitare che scatti frequentemente l’impedimento tecnico, previsto nel decreto, per non ricadere negli errori del passato: la Legge 10 del 1991 imponeva negli edifici pubblici l’utilizzo di energia da fonte rinnovabile, a patto che non vi fossero impedimenti tecnici o economici. Grazie a questa via di fuga, gli interventi con fonti rinnovabili sono stati una percentuale imbarazzante per un Paese che si definisca civile. Il tema della posizione di AiCARR in merito al Dlgs 28/11 porta a riflettere su quanto fatto finora dal Consiglio direttivo attualmente in carica, che ha cercato di dare una visione più attuale del ruolo di AiCARR all’esterno. Per molti anni AiCARR è stata considerata un’associazione “elitaria”, e in passato la cosa poteva anche andare, visto che il mondo della climatizzazione era molto ristretto. Oggi, considerato che il tema del risparmio energetico è sempre più sentito e dibattuto, questo mondo si è ampliato a dismisura, ma sono ancora molti gli attori che non hanno mai sentito parlare di AiCARR, che è stata pioniera in questo campo. Ci siamo attivati: la posizione sul Dlgs 28/11, scaricata finora dal nostro sito con oltre 5000 download, ci ha dato visibilità e credibilità, anche a livello politico; ne sono nati contatti importanti. Ci è stata chiesta direttamente una collaborazione per impostare un disegno di legge sull’aumento di efficienza energetica in un settore vitale per il nostro Paese. Poter intervenire direttamente sull’iter legislativo è fondamentale: molte delle questioni aperte sul Dlsg 28/11 sarebbero superate se avessimo potuto fornire al legislatore il nostro contributo fin dall’inizio. AiCARR ha questa capacità, perché è un’associazione culturale trasversale, perché accorpa e unisce il mondo universitario, quello della progettazione, delle aziende di produzione e di installazione e manutenzione degli impianti. È super partes nel proprio DNA. Non tutti sono d’accordo su un’apertura dell’Associazione verso il mondo politico, perché la ritengono una sorta di contaminazione. Che senso ha, mi chiedo, un’associazione culturale che si tenga per sé le proprie idee e non tenti di dialogare con le Istituzioni? Come si può criticare qualcosa a posteriori, se non si è dato alcun contributo nella fase di stesura? Ci si può arrabbiare perché non si è consultati, in qualità di esperti, ma non ci si può chiudere in una torre d’avorio.

Sempre nella logica di aumento della visibilità dell’Associazione, è stata maggiormente coinvolta la Consulta Industriale, e i risultati si sono visti: il numero di incontri tecnici sul territorio è aumentato e con il numero anche la qualità. Un’associazione come la nostra deve diffondere cultura, spingere verso la qualità: le aziende della nostra Consulta Industriale sono tutte all’avanguardia, molto innovative. Dialogare maggiormente con loro, aprirsi alle loro esigenze, non significa fare attività commerciale, ma al contrario supportarle in un momento difficile, in cui è fondamentale riunire le forze per uscire dalla crisi. È una questione di etica e di sostanza. Troppo spesso si cercano soluzioni facili e univoche al problema energetico: il forsennato sostegno al fotovoltaico ne è un esempio. È una tecnologia importante, ma non è la sola. Le aziende costruttrici di pompe di calore hanno investito milioni di euro, danno lavoro a migliaia di persone ed è corretto che siano incentivate anche loro, perché rappresentano un fiore all’occhiello dell’industria italiana. Bisognerebbe ricordarsene quando si fanno le leggi. Grazie all’apertura al mondo industriale sono stati rafforzati anche i rapporti con le associazioni confindustriali, Coaer e Assotermica, con cui c’è un continuo scambio di opinioni per perseguire obiettivi comuni: il Dlgs 28/11 ne è un esempio. C’è ancora molto da fare. Per diffondere il nome di AiCARR e farne conoscere le qualità dobbiamo aumentare i soci in tutte le zone d’Italia. Allargare l’orizzonte significa ampliare la partecipazione, attirare nuove idee, nuove visioni. In questo, la scelta di rendere gratuiti i nostri convegni è stata d’aiuto: a metà anno oltre 1000 persone hanno partecipato ad iniziative dirette di AiCARR, un numero ancora maggiore se si contano anche gli incontri tecnici della Consulta Industriale. È un risultato importante e controcorrente rispetto al recente passato. I risultati ci confortano, perché il numero di contatti con persone e associazioni che condividono gli obiettivi culturali di AiCARR è in aumento, ma per far tutto questo è necessario investire. Si sta quindi investendo anche nella struttura: AiCARR è un’Associazione basata sul volontariato, ma per ottenere risultati importanti, con tempistiche certe, bisogna dedicare risorse adeguate. Il rafforzamento della Segreteria serve anche a questo, oltre che a rendere l’Associazione più indipendente dall’attività del Presidente e del Consiglio, cui devono spettare solamente gli indirizzi politici. In autunno si eleggerà il Presidente per il triennio 20142016, che mi affiancherà per un anno. Siamo a metà del guado, AiCARR può scegliere di proseguire sulla via iniziata dall’attuale Consiglio direttivo o di tornare indietro: lo dovranno decidere i Soci. Chiudo quindi con l’invito ai candidati alla presidenza a presentare il proprio programma, specificando quale strada intenderanno percorrere. Democrazia significa anche confrontare liberamente le proprie idee, a costo di essere feroci con la controparte. Michele Vio, Presidente AiCARR


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Editoriale 2

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Novità prodotti 6

AiCARR Informa 77

FOCUS COMMISSIONING Commissioning: come quando e perché Sebbene sia una procedura ancora scarsamente utilizzata, il commissioning permette di ottenere notevoli vantaggi in termini di prestazioni del sistema-edificio. Per cui è importante capire cos’è, come dovrebbe essere eseguito e da chi di Livio Mazzarella e Luca Alberto Piterà

Periodico Organo ufficiale AiCARR Direttore responsabile ed editoriale Marco Zani Direttore scientifico Michele Vio

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Strumenti di misura Apparecchiature e metodologie per il monitoraggio del sistema edificio-impianto di Domenico Fernando Antonucci, Massimo Cadorin, Roberto Zecchin

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Comitato scientifico Paolo Cervio, Sergio Croce, Francesca Romana d’Ambrosio Alfano, Renato Lazzarin, Luca Alberto Piterà, Mara Portoso, Michele Vio, Marco Zani

Sistemi di monitoraggio

Redazione Alessandro Giraudi, Silvia Martellosio, Marzia Nicolini, Erika Seghetti redazione@aicarrjournal.org

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La messa a punto di un sistema di controllo automatico degli impianti deve prevedere l’inserimento di alcuni dispositivi già in fase progettuale e la valutazione del rapporto costo-benefici delle soluzioni adottate di Domenico Fernando Antonucci, Massimo Cadorin, Roberto Zecchin

Misurare i risparmi attesi Il protocollo IPMVP, validato a livello internazionale e presto disponibile in Italia, consente di specificare la precisione e il costo delle M&V (Misure e Verifiche) in relazione alle disponibilità e all’entità dei risparmi attesi di Flavio Conti

Consulente scientifico Renato Lazzarin

Art Director Marco Nigris Grafica e Impaginazione Fuori Orario - MN Hanno collaborato a questo numero Domenico Fernando Antonucci, Aroldo Bargone, Massimo Cadorin, Flavio Conti, Livio Mazzarella, Maurizio Orlandi, Federico Pedranzini, Luca Alberto Piterà, Stefano Preatoni, Francesco Scuderi, Michele Vio, Roberto Zecchin

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Monitoraggio degli impianti, i vantaggi dell’utilizzo di dispositivi tablet

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Applicazione delle procedure di TAB per gli impianti ad aria La taratura degli impianti è un’operazione indispensabile per ottenere alte prestazioni, ma implica l’adozione di alcuni accorgimenti sia progettuali che costruttivi di Federico Pedranzini

Il commissioning degli impianti HVAC, una guida Aicarr Ancora in fase di stesura, la guida affronterà in modo dettagliato ogni aspetto inerente la procedura di commissioning applicata sia alla progettazione di nuove costruzioni sia alle ristrutturazioni di edifici esistenti (retrocommissioning) di Livio Mazzarella e Luca Alberto Piterà

CASE STUDY Ottimizzazione e controllo delle performance energetiche di un supermercato Un progetto che, partendo dalla valutazione degli assorbimenti reali d’impianto e dalla definizione e messa a punto di tools di simulazione e previsione, ha portato a definire una campagna di regolazione e ottimizzazione dei sistemi frigoriferi di Francesco Scuderi, Maurizio Orlandi e Stefano Preatoni

ANTISISMICA Protezione sismica degli impianti Una corretta progettazione degli impianti parte da una valutazione degli ancoraggi, connessioni e interferenze, con l’obbiettivo ultimo di una riduzione delle vulnerabilità associate ai dispositivi di vincolo alla struttura dell’edificio di Aroldo Bargone

VETRI ED EFFICIENZA ENERGETICA Edifici vetrati, perché non sono sostenibili? La riduzione di superficie vetrata influisce sulla massima potenza estiva richiesta e conseguentemente sul dimensionamento dell’impianto. Vantaggi si riscontrano anche dal punto di vista del comfort termico, penalizzato invece dall’irraggiamento diretto di Michele Vio

Presidente Andrea Notarbartolo Amministratore Delegato Marco Zani Direzione, Redazione e Amministrazione 20123 Milano – Via Spadari, 3 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 72016740 e-mail: redazione@aicarrjournal.org Servizio abbonamenti Quine srl, 20123 Milano – Via Spadari, 3 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: abbonamenti@quine.it Gli abbonamenti decorrono dal primo fascicolo raggiungibile.

Stampa Arti Grafiche Boccia - Salerno AiCARR journal è una testata di proprietà di AICARR – Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento e Refrigerazione Via Melchiorre Gioia 168 – 20125 Milano Tel. +39 02 67479270 – Fax. +39 02 67479262 www.aicarr.org Posta target magazine - LO/CONV/020/2010. Iscrizione al Registro degli Operatori di Comunicazione n. 12191 Responsabilità Tutto il materiale pubblicato dalla rivista (articoli e loro traduzioni, nonché immagini e illustrazioni) non può essere riprodotto da terzi senza espressa autorizzazione dell’Editore. Manoscritti, testi, foto e altri materiali inviati alla redazione, anche se non pubblicati, non verranno restituiti. Tutti i marchi sono registrati. INFORMATIVA AI SENSI DEL D.LEGS.196/2003 Si rende noto che i dati in nostro possesso liberamente ottenuti per poter effettuare i servizi relativi a spedizioni, abbonamenti e similari, sono utilizzati secondo quanto previsto dal D.Legs.196/2003. Titolare del trattamento è Quine srl, via Spadari 3, 20122 Milano (info@quine.it). Si comunica inoltre che i dati personali sono contenuti presso la nostra sede in apposita banca dati di cui è responsabile Quine srl e cui è possibile rivolgersi per l’eventuale esercizio dei diritti previsti dal D.Legs 196/2003.

© Quine srl - Milano Associato

Aderente

Testata volontariamente sottoposta a certificazione di tiratura e diffusione in conformità al Regolamento C.S.S.T. Certificazione Stampa Specializzata Tecnica Per il periodo 01/01/2011 - 31/12/2012 Tiratura media n. 9.535 copie Diffusione media 9.451 copie Certificato CSST n. 2011-2252 del 27/02/2012 – Società di Revisione Metodo s.r.l.

Tiratura del presente numero: 10.000 copie


Novità Prodotti GrUPPO DI RIEMPIMENTO CON addolcitore

Nuovi modelli di pompa di calore aria-acqua

NK300Soft è il gruppo di riempimento Honeywell con integrato un addolcitore. Il gruppo è costituito da un disconnettore, da un filtro riduttore e da valvole a sfera, cui ora si aggiunge un addolcitore. La funzione di addolcimento dell’acqua si svolge tramite la cartuccia anticalcare, che – attraverso un processo di scambio ionico – sostituisce il calcio e il magnesio con il sodio. Ideale per la protezione dell’impianto di riscaldamento, il gruppo di riempimento risponde ai requisiti della normativa europea DIN EN 1717 e della norma VDI 2035, che richiedono rispettivamente la presenza di un disconnettore tra il sistema di riscaldamento e il circuito di rifornimento di acqua potabile e la presenza di un addolcitore. www.honeywell.it

Toshiba presenta il sistema a pompa di calore aria-acqua Estìa 3, proponendo sei modelli, tre in monofase e tre in trifase, da 8 a 16 kW. Le nuove pompe di calore sono dotate di compressore rotativo Twin-Rotary a doppio stadio e di inverter a corrente continua con controllo vettoriale che eroga solo la potenza termica necessaria e, in condizioni atmosferiche più miti, regola la temperatura dell’acqua adattando il livello di riscaldamento all’effettiva esigenza degli ambienti. Estìa 3: le componenti Il sistema, composto da un’unità esterna a pompa di calore, un’unità idronica e un serbatoio dell’acqua calda sanitaria, è rapido da installare. L’unità esterna utilizza gas refrigerante R-410A e, essendo poi inferiore a 3 Kg, non necessita dell’ispezione annuale per la verifica delle perdite. Per quanto riguarda l’unità idronica, questa è dotata di scambiatore di calore a piastre ad elevata efficienza che riceve la quantità giusta di refrigerante per produrre acqua calda con la temperatura necessaria. Infine, il serbatoio dell’acqua è una cisterna compatta e coibentata in acciaio inossidabile per la produzione di acqua calda sanitaria. Tre le differenti capacità di stoccaggio del serbatoio: 150, 210, 300 litri. www.toshibaclima.it

CONTRO IL CALCARE. Uno strato di calcare di appena 1 mm comporta una diminuzione del rendimento del 10%

DOPPIA GESTIONE. Il sistema può gestire due zone indipendenti dell’abitazione, consentendo di regolare l’acqua alle due aree con temperature differenti fino ai 55°C

sistemi di contabilizzazione individuale dei consumi termici e idrici Che si tratti di edifici residenziali nuovi o esistenti, Giacomini offre sempre la soluzione ideale per contabilizzare individualmente i consumi termici e idrici. In combinazione con il sistema di termoregolazione, la contabilizzazione permette di unire all’elevata efficienza di un unico generatore termico, l’autonomia gestionale alla quale non si può più rinunciare. Il risultato? Un edificio energeticamente più efficiente, nel quale si eliminano gli sprechi e le spese vengono ripartite in misura più equa, basandosi sugli effettivi consumi.

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Nuove pompe multistadio verticale in acciaio inox Disponibile in 11 modelli configurati per un’ampia gamma di applicazioni, la nuova versione di pompa multistadio verticale in acciaio inox e-SVTM, lanciata da Xylem (Lowara), combina un impianto idraulico di nuova progettazione e un motore ad alta efficienza (IE2). Il nuovo design delle e-SVTM consente di rimuovere la tenuta meccanica senza dover smontare il motore, riducendo così i tempi di riparazione, come riferisce l’azienda, fino al 50%. Una tenuta meccanica DIN standard, componenti soggetti ad usura, utensili di servizio e motori IEC standard, consentono inoltre, sempre stando a quanto reso noto da Xylem, interventi di manutenzione e assistenza più rapidi e più semplici. Versioni speciali Focalizzando la propria attenzione sulle esigenze delle applicazioni industriali, Xylem ha reso disponibili tre versioni speciali delle pompe multistadio e-SVTM, caratterizzate da: un modello a bassi valori di Net Positive Suction Head (NPSH) – ideato per ridurre i problemi legati alla cavitazione; la gamma ad Alta Pressione – progettata per operare efficacemente a livelli di pressione fino a 45 bar, e un modello ad Alta Temperatura in grado di soddisfare esigenze tra i 120 e i 180°C. www.xylemaustria.com APPLICAZIONI. Il prodotto è particolarmente indicato per: approvviggionamento idrico e pressurizzazione, depurazione e trattamento acqua, irrigazione e agricoltura, riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria, impieghi vari nell’industria leggera

Teleriscaldamento sempre sotto controllo Con la nuova regolazione TopTronic com e la nuova tecnica di comando TopTronic supervisor, il settore produttivo Hoval delle “reti di teleriscaldamento a breve e lungo raggio” si dota di una centrale intelligente di comunicazione. Come parte integrante delle stazioni di consegna per teleriscaldamento TransTherm Hoval, la regolazione TopTronic com provvede alle comunicazioni con il sistema di comando TopTronic supervisor. Insieme i due dispositivi non consentono solamente la visualizzazione dettagliata, il controllo del funzionamento e l’ottimizzazione dei processi di funzionamento in rete, ma semplificano anche le procedure amministrative relative ai conteggi del calore acquistato sulla base dei consumi. www.hoval.it

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il freddo a noleggio

Novità Prodotti

24 Ore Service

Yard, deumidificatori professionali Cuoghi s.r.l. presenta i nuovi deumidificatori della serie Yard 2010 equipaggiati con ruote gommate di grande diametro per poter essere utilizzati su terreni grezzi, manici ergonomici per facilitarne trasporto e spostamento, filtro dell’aria estraibile e umidostato elettronico. Inoltre, i nuovi prodotti sono dotati di contatore elettronico, sistema di sbrinamento a gas caldo per consentire il funzionamento anche a bassa temperatura (+2°C) e comandi soft touch in bassa tensione. Altra caratteristica, oltre alla struttura completamente in acciaio, è il manico reclinabile che riduce l’ingombro durante le operazioni di trasporto e immagazzinaggio. Tre i modelli proposti dall’azienda: Nader Midi Yard, con capacità di 29 L/giorno, serbatoio di raccolta della condensa e attacco per scarico continuo; Nader Yard con capacità 50 L/giorno, serbatoio condensa e attacco per scarico continuo; e, infine, Nader Yard Pro con capacità 80 L/giorno e attacco per scarico continuo. Su richiesta, tutti i modelli possono essere dotati di pompa per lo scarico della condensa atta a superare dislivelli di alcuni metri. www.cuoghi-luigi.it TEMPERATURE. Tutti i deumidificatori funzionano fino alla temperatura di 32°C; diversamente il funzionamento a temperature superiori potrebbe danneggiare gli apparecchi

Filtri a tasche per impianti civili ed industriali

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Studiata e realizzata da Sagicofim la nuova serie di filtri a tasche rigide ad alta efficienza Filtra-Pak RP-HC (High-Capacity) da utilizzare in impianti civili e industriali. Frutto della ricerca dell’azienda per le applicazioni nel settore delle centrali elettriche turbogas, i filtri sono caratterizzati dalla nuova forma a tre diedri che, grazie all’ottimizzazione di una serie di particolari costruttivi, ha permesso di ridurre sensibilmente le perdite di carico. Rispetto ai modelli a tasche morbide, questi filtri possono essere installati in ogni posizione e sono dotati di telai che consentono l’intercambiabilità con i filtri a tasche tradizionali. www.sagicofim.com

BRENTA RENT srl Arzergrande (PD) - ITALY - Via Dell'Industria, 17 +39 049 5800034 fax +39 049 9724623 +39 347 0555631 +39 347 0554982 www.brentarent.it brenta@brentarent.it

CARATTERISTICHE. I filtri sono disponibili in varie dimensioni e con efficienze di filtrazione in Classe F7, F8, e F9 secondo la norma UNI EN 779:2002


Sistema di regolazione per impianti VAV e DCV Fläkt Woods presenta un nuovo sistema di regolazione tramite il quale è possibile realizzare, rivolgendosi ad un solo fornitore, impianti VAV o DCV. Il sistema permette infatti di far dialogare tra loro i regolatori a portata variabile Optivent, i diffusori a portata variabile Active Diffusers e le nuove unità di trattamento aria serie eQ. Obiettivo finale è realizzare un sistema di regolazione degli ambienti che, gestendo in maniera integrata tutti questi componenti, ottimizzi le condizioni di funzionamento dell’unità di trattamento aria in funzione dei fabbisogni dei singoli ambienti e delle migliori condizioni operative possibili per il sistema. Trattandosi di un sistema aperto è interfacciabile su protocolli standard ModBus e con altri impianti di regolazione presenti nell’edificio. Il suo utilizzo è possibile anche nel caso l’unità di trattamento aria non sia di produzione Fläkt Woods. Infine, i sistema può sfruttare i cablaggi esistenti della rete LAN dell’edificio. www.flaktwoods.com Regolatore a portata variabile Optivent

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La chiave per l’efficienza energetica

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Sistemi di raffreddamento integrati per centri di elaborazione dati Sviluppato da Montair, Logica è un sistema per il condizionamento delle sale server. Diversamente dai sistemi tradizionali, il raffredamento non è diretto all’ambiente, ma all’armadio che contiene le apparecchiature elettroniche, permettendo di risparmiare – secondo l’azienda – fino al 93% di energia. Logica agisce contemporaneamente sul rack e sulla sala server, regolando automaticamente la velocità dei ventilatori, la velocità del flusso e la temperatura dell’acqua in circolazione. www.logica-system.eu

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Novità Prodotti CPO: -15% i consumi delle centrali frigorifere Da oggi con Central Plant Optimization (CPO) di Johnson Controls sarà possibile ridurre fino al 15% i consumi delle centrali frigorifere. Utilizzando infatti CPO, sia gli elementi dell’impianto sia i componenti che operano in modo indipendente da esso possono raggiungere il massimo livello di performance, operando insieme come se fossero un unico sistema integrato. CPO si avvale di una tecnologia di controllo e si basa su alcuni algoritmi, che permettono agli impianti di condizionamento di raggiungere la massima efficienza, determinando in tempo reale i parametri operativi ottimali per rispondere alle esigenze di carico con il minimo consumo possibile di energia. La soluzione, che può essere utilizzata sia in edifici esistenti sia in nuove realizzazioni, minimizza così i costi operativi, riduce l’impatto ambientale ed offre un ritorno sull’investimento. Per ottimizzare l’efficienza degli impianti, inoltre, l’azienda offre anche CPO 10, sistema basato sul proprio sistema di gestione BAS Metasys e capace di portare al massimo le performance degli impianti HVAC selezionando la combinazione di pompe, refrigeratori e torri di raffreddamento. CPO 10 utilizza algoritmi specializzati e programmi che fanno parte di Metasys per controllare il sequenziamento delle pompe, delle valvole di isolamento e delle apparecchiature negli impianti di condizionamento ad acqua; il tutto rispettando i tempi di risposta necessari per un funzionamento sicuro e stabile. Per controllare l’operatività dell’impianti, è possibile utilizzare il portale Metasys Ready Access Portal per accedere facilmente a report personalizzati. www.johnson-controls.it METASYS ENERGY ESSENTIAL. Lo strumento di reportistica permette di visualizzare i parametri di utilizzo dell’energia, quali tempi di funzionamento delle apparecchiature, partenze e arresti, consumi energetici, dettagli sui costi, sulle condizioni metereologiche e sui profili di carico registrati quotidianamente dall’impianto

Bitzer amplia la serie di compressori a pistone Ecoline Da oggi utilizzabili in modo ancora più versatile e – oltre al R134a – disponibili per molti altri refrigeranti (R404A, R407A, R407C, R407F e R507A), i compressori a pistone Ecoline di Bitzer forniscono, nella refrigerazione a temperature normali, una potenza frigorifera superiore fino al 6%. Contemporaneamente, gli ingegneri dell’azienda sono riusciti ad aumentare il coefficiente di effetto utile (COP) della nuova gamma a temperature di condensazione inferiori e superiori fino al 12%. Tutti i modelli a 4 e 6 cilindri, inoltre, possono essere equipaggiati con una regolazione di capacità da gestire in modo economico attraverso l’esclusione dei cilindri. www.bitzer.de

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Novit VAV-COMPACT D3: sensore, regolatore e attuatore in un unico dispositivo

VAV-Compact D3 è il nuovo dispositivo Belimo per il controllo della portata. Sensore, regolatore ed attuatore sono integrati in un’unica unità compatta, particolarmente adatta per impianti di ventilazione in ambienti residenziali, uffici, ospedali e hotel. Con il nuovo sensore di pressione differenziale completamente rinnovato, VAV-Compact D3 regola anche le minime portate dell’aria pur in presenza di aria sporca o contaminata. Grazie alla presenza di un apposito connettore sull’attuatore, è inoltre possibile collegare il dispositivo ZTH-GEN, controllando in tempo reale le informazioni dell’unità VAV ed impostando direttamente eventuali modifiche ai parametri del regolatore. Per analisi dettagliate, come il monitoraggio e il trend grafico dei valori di posizione, portata e segnale di comando, può essere invece utilizzato il Belimo PC-Tool. Questo facilita il monitoraggio e la messa a punto del sistema, anche durante le operazioni di processo. L’integrazione Bus è sempre più facile, sia grazie ai modelli certificati LON collegabili direttamente ai sistemi LonWorks, che grazie ai modelli standard. In quest’ultimo caso, mediante il sistema MP-Bus integrato, possono essere infatti collegati ad ogni gateway fino a 8 dispositivi, inclusi i relativi sensori, per poi essere integrati nei maggiori protocolli bus, riducendo quindi il numero di punti dati ed i costi di cablaggio. www.belimo.it RIDUZIONE DEI CONSUMI. Se combinate con il Belimo Fan Optimiser, le unità VAV riescono a ridurre il consumo energetico dell’impianto fino al 50%, lavorando sempre nel range ottimale di portata e pressione

Ventilazione silenziosa per Hotel Lanciato da LTG AG, HFF silent suite è il nuovo terminale ad induzione appositamente pensato per gli hotel. Il prodotto, già disponibile sul mercato, dimostra un’elevata capacità di condizionamento anche in spazi ridotti (da 860 W nella dimensione più piccola) e riesce a garantire un alto comfort termico attraverso un controllo dell’induzione per la gestione individuale da parte dell’utilizzatore, con la possibilità di variazione delle alette di conduzione. Oltre ai bassi costi di gestione, ottenibili dalla tecnica di induzione a risparmio energetico e dall’assenza di filtro e ventilatore, il prodotto punta sulla silenziosità, garantendo, anche ad alto regime, prestazioni pari a: LpA = 24,6 dB (NR23 / NC20). www.ltg-ag.com


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COMM ISSIO NING

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l “commissioning”, termine anglosassone

che letteralmente vuol dire “messa in servizio”, è ad oggi nel nostro paese quasi un illustre sconosciuto, talvolta confuso con il collaudo. Di cosa si tratta, perché viene o dovrebbe essere eseguito, com’è strutturato, quali metodi e quali procedure vengono utilizzati e chi dovrebbe farlo sono i quesiti a cui si cercherà di rispondere.

Una definizione Il commissioning (acronimo, Cx) è in genere anche all’estero una prassi non comune, eppure in paesi come gli Stati Uniti e il Regno Unito sta diventando sempre più frequente per il riconoscimento, da parte di proprietari di edifici e degli altri operatori/attori coinvolti, del fatto che gli edifici e i loro sistemi tecnologici spesso non si comportano nella pratica così come i progettisti hanno previsto. Il termine “commissioning” ha molte definizioni, tra cui la più semplice di tutte è “un insieme di procedure, responsabilità e metodi per far progredire un sistema dalla fase di installazione al pieno funzionamento in conformità con l’intento progettuale”. [Wilkinson, 1999] [Yoder e Kaplan, 1992]. Le definizioni variano a seconda dell’obbiettivo del commissioning (edificio oppure altre tipologie di sistemi) e delle

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di Livio Mazzarella* e Luca Alberto Piterà*

attività ad esso collegate. Alcuni progetti di commissioning iniziano fin dalla fase di pre-progettazione e continuano oltre la messa in servizio attraverso la valutazione della gestione e della manutenzione.

Perché il commissioning in edilizia Alcune delle ragioni principali per cui il settore dell’edilizia ha iniziato a implementare il commissioning sono legate, in primo luogo, al fatto che i sistemi di costruzione sono oggi più complessi e dinamici che mai, cioè le tecnologie

Radici storiche

innovative, quali ad esempio i sistemi di controllo e gestione dell’energia (EMCS), l’illuminazione naturale dinamica, i controlli digitali diretti (DDC), le unità di controllo a frequenza variabile e i sistemi di accumulo dell’energia termica, colgono molto spesso impreparati gli operatori edili mentre di contro richiedono di essere messe accuratamente a punto durante l’installazione. Una seconda

Il “commissioning” ha le sue radici storiche nel campo delle costruzioni navali in cui il termine fu usato per descrivere il processo seguito per assicurare che una nave fosse in condizioni di navigare e pronta per il servizio. Il commissioning è oggi una prassi comune per i sistemi di controllo degli impianti industriali. I principi alla base del commissioning sono simili a quelli di gestione della qualità globale (Total Quality Management, TQM), dove si tenta di stabilire dei criteri che possono essere monitorati e valutati per determinare se la qualità di un’attività desiderata o di un sistema è all’altezza delle attese.


Tipologie di commissioning in edilizia

Nel campo dei sistemi edilizi, si possono comunque individuare tre distinte tipologie e conseguenti definizioni: • commissioning: processo di verifica e di documentazione che l’opera edile realizzata (l’edificio), e tutti i relativi impianti e sottosistemi, siano pianificati, progettati, installati, collaudati, messi in funzione e gestiti in modo da rispettare i requisiti della committenza; dove con impianti e sottosistemi si intende non solo gli impianti tecnologici ma tutto il sistema edificio. Questo concetto è generalmente focalizzato sui nuovi edifici, in quanto si attiva fin dalla fase di pianificazione del progetto. • retrocommissioning: commissioning di edifici esistenti, evento nella vita di un edificio preesistente costituito da un sistematico processo di investigazione atto a migliorare e ottimizzare il funzionamento e la manutenzione dell’edificio. Il retrocommissioning avviene ovviamente diversi anni dopo la costruzione, come processo indipendente e si concentra generalmente sugli impianti che utilizzano energia, quali impianti meccanici, di illuminazione, etc. e relativi

ragione per il commissioning è che le valutazioni delle misure di efficienza energetica applicate al lato della domanda hanno dimostrato che molte misure non funzionano così come previsto, e una delle ragioni principali è che i sistemi non sono stati “messi in esercizio” correttamente [Piette et al, 1995]. Molti proprietari di edifici hanno una crescente consapevolezza della necessità di perseguire e mantenere le prestazioni energetiche degli edifici, e il commissioning è visto come un modo per stabilire la sequenza delle operazioni che possano, all’avvio del sistema, confermare le attese. Un terzo fattore, nella crescente consapevolezza dell’importanza del commissioning, è che i progettisti edili, sia architetti che ingegneri, sono oggi meno coinvolti rispetto al passato nel garantire che un edificio che hanno progettato funzioni effettivamente come previsto. Questa mancanza di coinvolgimento causa un vuoto di conoscenza. I progettisti spesso non sanno come i sistemi che hanno progettato funzionino realmente nella pratica. L’attenzione sulla riduzione dei costi, in particolare nella speculazione edilizia, implica che sulle attività che seguono l’avvio iniziale di un edificio si investa molto poco. Viene posta poca attenzione nel mettere in esercizio i sistemi

THE COMMISSIONING PROCESS

controlli. Ovviamente tale procedura è tanto più efficiente tanto più la si applichi a edifici che non sono mai stati oggetto di recupero energetico, e solitamente si concentra sulla eliminazione degli sprechi energetici e sulla risoluzione di problemi operativi. • continuous commissioning o ongoing commissioning: prevede molti degli elementi del retrocommissioning ed ha essenzialmente gli stessi obiettivi. Consiste quindi in una via sistematica di identificazione e diagnosi dei malfunzionamenti e di ottimizzazione delle prestazioni degli edifici esistenti, riferendosi in maniera più rigorosa alla persistenza delle prestazioni ottenute, con l’obiettivo chiave che l’edificio rimanga ottimizzato continuativamente. Per ottenere questo obiettivo, il CC richiede la definizione di valori di riferimento (benchmarks) prima e dopo l’utilizzo dell’energia ottenuti tramite l’utilizzo di sistemi di misura che sono installati in maniera permanente. I dati sono raccolti continuativamente e comparati con i valori di riferimento post-commissioning per assicurare che i sistemi dell’edificio funzionino in modo ottimale durante la vita utile dello stesso.

Tabella I – Rapporto costi-benefici della procedura di commissioning e retrocommissioning applicata a 634 edifici statunitensi

tecnologici dell’edificio, garantendo un’efficienza energetica ottimale, una buona qualità dell’aria interna, e fornendo procedure realistiche ed efficienti per il funzionamento e la manutenzione.

Commissioning is a process that is in development almost everywhere, especially in Italy. There is a growing interest in commissioning by building owners, architects, engineers and facility managers, because each of them would gain from a careful “commissioning” of building systems. To promote common methods and procedures in building robust, cost effective and efficient sharing of information is needed on how the commissioning is carried out, documented and evaluated. One of the keys to the successful development of the commissioning process is therefore to educate building owners on the value and benefits that such a procedure induces. The commissioning results in increased construction costs of a building but often they are rewarded by the results obtained by ampiamenti plants. Resulting in exceeding the expectations of the client. KEYWORDS: commissioning, building systems

Il costo del commissioning La domanda più comune che ci si pone dopo il “cos’è il commissioning?” è “quanto costa e quali sono i benefici?” Ci sono due modi per rispondere a questa domanda. Un primo modo è attraverso l’analisi di casi studio di commissioning che riportino quanto è stato speso e che valutino quantitativamente i benefici. Questa modalità, che sarebbe quella ideale, è penalizzata dalla limitatezza dei casi di studio disponibili, soprattutto in relazione ad una corretta quantificazione dei benefici del commissioning. Un secondo modo per determinarne costi e benefici è quello di esaminare i costi nascosti derivanti dalla non esecuzione del commissioning. Un’idea dei costi e dei benefici è comunque desumibile dalla Tabella I che riguarda un’indagine effettuata negli Sati Uniti dal Lorenz Berkeley National Laboratory [Mills E., 2009] su un campione di 634 edifici.

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FOCUS COMMISSIONING

Cattivi esempi

Le seguenti foto mostrano alcuni problemi inerenti lo spreco energetico rilevati in edifici esistenti e tratte dalla letteratura disponibile sul tema del commissioning.

Ventola di scarico sempre collegata [1]

La ruggine è sintomo di scorretta impostazioni di controllo anticondensa in un supermercato [2]

Umidificazione attiva a valle di una serpentina di raffreddamento di condensa in una camera bianca di laboratorio [3]

Un filtro otturato causa fenomeni di condensa sulla parte inferiore del ventilconvettore, danni alla bobina di isolamento e un flusso d’aria debole [4]

Una ventola di raffreddamento inadeguata ed eccessivamente alimentata, a causa dello scarso spazio tra l’armatura per l’illuminazione e i condotti, provoca una significativa perdita del condotto [4]

Un fotosensore che “vede” la luce elettrica e non si spegne mai [6]

Un fotosensore nascosto dal condotto [6]

[1] Mittal, V. and M. hammond. “Evolution of Commissioning within a School District: Provider and Owner/Operator’s Perspectives”. 2008. Presented at the National Conference on Building Commissioning, April 23. [2] Sellers, D. and J. Zazzara. 2004. “Supermarket Commissioning; Designing, Operating, and Maintaining Peak Efficiency”. Presentation, September 28. [3] Sellers, D. no date. “The AHU from Hell”. Presentation to ASHRAE Inland Empire Chapter. [4] Provided by Martha Hewett, MNCEE.

Benefici in termini di prestazioni dell’edificio Lo studio citato, come tanti altri, è focalizzato sul commissioning relativo alle misure di risparmio energetico, mentre, in generale, i suoi vantaggi includono oltre ad una migliore efficienza energetica, una gestione e manutenzione più efficienti, un minor numero di ordini di modifica e un miglioramento della qualità dell’aria. I benefici riguardanti il miglioramento della qualità dell’aria interna e altri benefici non energetici possono essere più importanti dei risparmi energetici conseguenti al commissioning. In un edificio adeguati ricambi d’aria influenzano la salute, la sicurezza e la produttività degli occupanti

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Braccio ammortizzatore rotto: nessun controllo della temperatura [4]

Perdite d’aria in un sistema di distribuzione di aria sottopavimento

Umidità in un edificio [7]

[5] Stum, K. 2008. “Underfloor Air Distribution Systems and their Commissioning”. Presented at the National Conference on Building Commissioning, April 23. [6] Deringer, J. 2008. “Daylighting Systems – Commissioning (CxDL) to Avoid/Fix Problems”. Presented at the National Conference on Building Commissioning, April 23, 2008. [7] Aldous, F. 2008. “Building Enclosure Commissioning: What’s the Big Deal?”. Presented at the National Conference on Building Commissioning, April 23.

[Sterling e Collett, 1994]. I costi energetici negli edifici per uffici negli USA vanno circa da 8,6 a 17 €/m² anno, mentre i salari dei dipendenti sono due ordini di grandezza maggiori, cosicché la salute e la produttività dei dipendenti risulta essere una voce di costo molto più grande. Mostrare incrementi di produttività degli occupanti in un edificio che ha avuto un buon commmissioning, rispetto ad un edificio che non ha seguito tale procedura, è estremamente difficile. Tuttavia, molti casi di studio hanno dimostrato che i tipi di problemi riscontrati durante il commissioning, se non corretti, causano prestazioni dell’edificio insoddisfacenti, che potrebbero portare a prestazioni insoddisfacenti di chi vi lavora.

Il concetto di fondo è che un edificio che ha subito un corretto processo di commissioning è suscettibile di avere un minor numero di denunce di insoddisfazione da parte degli occupanti, costi energetici più bassi e una migliore manutenzione degli apparati.

Chi esegue il commissioning Oltre alle importanti domande su “che cosa è?” e “quanto costa?” il commissiong, un’altra domanda


Procedure alternative all’approccio ASHRAE

Altre procedure alternative di commissioning o integrative a quelle di ASHRAE sono quelle di SMACNA, NEEB, NBIS e PECI, oltre quelle dello Stato della California (USA), e sono riportate nei seguenti documenti: • HVAC Systems—Testing, Adjusting, and Balancing [SMACNA, 2002]; • Procedural Standards for Buildings Systems Commissioning [NEBB, 2009]; • NIBS Guideline 3: Exterior Enclosure Technical Requirements for the Commissioning Process [NIBS. 2006], complementare alla Guida ASHRAE 0 2005;

comune è “chi è qualificato e chi dovrebbe condurlo?” Il metodo più comune per realizzare un commissioning oggi è quello di rivolgersi ad una “Commissioning Authority” (CxA) parte terza indipendente. L’indipendenza permette alla “Commissioning Authority” di mantenere una neutralità che è difficile ottenere nel lavoro se questo venisse svolto dallo stesso soggetto che ha effettuato la progettazione. Molti progettisti sostengono di essere i più qualificati per condurre il commissioning perché sono quelli che conoscono meglio il progetto, che ne capiscono il suo intento funzionale e sono loro che dovrebbero definire ed eseguire le sequenze di verifica. Tuttavia, i progettisti sono meno interessati a scoprire e rivelare dei problemi di progettazione di quanto non lo sia un soggetto indipendente. Anche quando la Commissioning Authority è un terzo indipendente, il lavoro si

• Building Commissioning Guidelines [PECI, 1992; Building Commissioning: The Key to Quality Assurance [U.S. DOE 1998]; A Practical Guide for Commissioning Existing Buildings [U.S. DOE 1999]; Operations and Maintenance Assessments: A Best Practice for Energy-Efficient Building Operation [U.S. DOE 1999]; Retrocommissioning Handbook for Facility Managers [ODE 2001]; California Commissioning Guide: Existing Buildings [cacx 2006]; California Commissioning Guide: New Buildings [cacx 2006].

complica quando si identificano e si discutono dei problemi di progettazione. L’Autorità è messa in una posizione difficile quando si riscontra che un sistema installato funziona al massimo delle sue prestazioni e che la cattiva resa dipende principalmente da una sbagliata scelta progettuale. Le Commissioning Authority non sono e non devono essere responsabili della progettazione proprio per questi motivi. Come accennato in precedenza, la mancanza di un riscontro su come i sistemi edilizi funzionano effettivamente rispetto al progetto è uno dei fattori trainanti che spingono il settore dell’edilizia verso il commissioning. Migliorare il riscontro tra progetti edilizi e il reale comportamento è una aggiunta gradita all’insieme di informazioni in grado di migliorare la progettazione degli edifici e le loro prestazioni nel tempo. Dando per assodato che chi esegue il commissioning è un terzo indipendente (Commissioning Authority), resta da definire chi sia qualificato all’espletamento di tale attività. Il commissioning team

Il commissioning è un processo altamente interdisciplinare che richiede una grande quantità di comunicazione e cooperazione tra i vari attori coinvolti: ingegneri, appaltatori, utenti e

proprietari. Tutte le persone coinvolte devono avere un forte impegno per raggiungere l’obiettivo di un edificio completamente in qualità ed altamente efficiente; ad esempio la proprietà e gli utenti dovrebbero fin dall’inizio essere coinvolti con i progettisti nello sviluppo di un piano globale di commissioning per poterlo incorporare nelle specifiche di progetto. Un buon commissioning implica quindi pianificazione e coordinamento tra soggetti diversi che si realizzano implementando procedure collaudate ed efficaci in seno ad un gruppo con un forte impegno personale e con competenze diversificate. Tale gruppo, chiamato “commissioning team” (CxT) include in genere i seguenti attori: la proprietà (che comprende il personale che sovrintende la gestione e la manutenzione); ricercatori, architetti, ingegneri elettrici, energici e meccanici; le imprese appaltatrici elettriche, meccaniche, controllistiche e che eseguono il bilanciamento; il contraente generale e la Commissioning Authority (in qualche caso chiamata anche Commissioning Agent). La Commissioning Authority ha, come già detto, la responsabilità generale di coordinare e gestire il processo di commissioning. È importante che i membri del Commissioning Team, che gestisce tutte le fasi del processo di commissioning, comprendano

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FOCUS COMMISSIONING quali siano le loro responsabilità e le procedure fin dall’avvio del processo, ben prima dell’inizio della costruzione. [Ellis, 1996] [Coogan, 1994; Flaherty e Gracilieri, 1994].

Il processo del commissioning Non esiste un approccio universale o dominante utilizzato per il commissioning, e tra questi forse il più noto è quello dell’ASHRAE [ASHRAE 2005], che sta attualmente aggiornando le proprie linee guida sul commissioning [ASHRAE 2007R, 2006, 2009], che sono probabilmente quelle più utilizzate negli Stati Uniti su tale tema. Il focus delle linee guida ASHRAE è però principalmente sul commissioning degli impianti di climatizzazione (HVAC) [ASHRAE, 1989, 1996, 2007], mentre il commissioning degli edifici, in generale, implica altri sistemi, anche costruttivi, oltre gli HVAC. ASHRAE introduce per prima il termine “Commissioning Authority” per indicare la persona che conduce il commissioning, piuttosto che “Commissioning Agent”, termine storicamente più usato, che però è giuridicamente più vincolante e potenzialmente problematico. [ASHRAE, 1989]. Tre passi

Anche se tra le varie linee guida i dettagli delle procedure di commissioning possono essere differenti, la maggior parte delle descrizioni

BIBLIOGRAFIA

includono i seguenti tre passi: • Sviluppo del Piano di Commissioning. La Commissioning Authority sviluppa un piano che comprende elementi quali la pianificazione del progetto, le responsabilità dell’imprenditore edile, le necessità di informazione più importanti, le attrezzature e procedure di prova del sistema, il piano di monitoraggio (se presente), e la formazione degli operator edili. • Esecuzione delle Verifiche di Commissioning. Le attività di verifica in genere iniziano con verifiche di precommissioning o ispezioni per verificare che le attrezzature e i sistemi di controllo vengano installati come specificato. Queste ispezioni sono seguite da più raffinate verifiche delle prestazioni funzionali. Le verifiche funzionali, spesso viste come il cuore del commissioning, sono destinate a determinare se il sistema installato è adeguato, se i controlli sono opportunamente calibrati, le sequenze di controllo sono corrette, e se si hanno risposte adeguate a sollecitazioni predefinite. Le verifiche di commissioning sono a volte identificate con i test di accettazione. • Riepilogo delle Procedure di Gestione e Manutenzione e Formazione. La Commissioning Authority revisiona le procedure di formazione e manuali di O&M per assicurare che venga posta la giusta attenzione sulle questioni chiave. Queste possono includere

• ASHRAE, ASHRAE Guideline 0-2005. The Commissioning Process: American Society for Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, 2006. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1-1989. Commissioning of HVAC Systems: American Society for Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, 1989. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1-1996 (Supersedes ASHRAE Guideline 1-1989). The HVAC Commissioning Procedure: American Society for Heating, Refrigeration, and AirConditioning Engineers, 1996. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1.1-2007 (Supersedes ASHRAE Guideline 1-1996) HVAC & R Technical Requirements for the Commissioning Process: American Society for Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, 2007. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1.1-2007R – Revision project authorized January 2, 2011 (Las Vegas) with same TPS. SGPC 0 to revise Guideline 1.1-2007 • ASHRAE, ASHRAE GPC 1.2P Proposed Guideline 1.2, The Commissioning Process for Existing HVAC&R Systems, authorized 1/26/06 • ASHRAE, ASHRAE GPC 1.3P Proposed Guideline 1.3, Building Operation and Maintenance Training for the HVAC&R Commissioning Process, authorized 1/26/06 • ASHRAE, ASHRAE GPC 1.4P Proposed Guideline 1.4, Systems Manual Preparation for the Commissioning Process, authorized 6/25/09 • California Commissioning Collaborative (cacx). California Commissioning Guide: Existing Buildings, 2006. • California Commissioning Collaborative (cacx). California Commissioning Guide: New Buildings, 2006. • Coogan, J.J. « Experiences with commissioning VAV laboratories.» ASHRAE Transactions: 1994, Vol.100, Part 1, Paper number NO-94-28-2, 1635-1640, 2 refs., 1994. • Ellis, R.T. «Commissioning a Museum and Archival Storage Facility» ASHRAE Trans., 1996, vol.102, part 1, paper no. AT-96-1-2: 476-481, 1996 • Flaherty, R.J., PE., R. Gracilieri, P.E.; « Documentation required for the validation of HVAC systems.» ASHRAE Transactions: 1994, Vol.100, Part 1, Paper number NO-9428-1: 1629-1634, 4 figs., 3 refs., 1994. • Millis, E. - «Building Commissioning: A Golden Opportunity for Reducing Energy Costs and Greenhouse-gas Emissions», LBLN, 2009, Berkeley, CA, USA • NEBB - Procedural Standards for Buildings Systems Commissioning [2009) 3rd Ed. NEBB • NIBS. 2006. NIBS Guideline 3: Exterior Enclosure Technical Requirements for the Commissioning Process. The National Institute of Building Sciences, Washington, DC • ODE (Oregon Department of Energy). “Retrocommissioning Handbook for Facility Managers” (2001), prepared by Oak Ridge National Laboratory and Portland Energy Conservation, Inc. (PECI). • PECI (Portland Energy Conservation Incorporated , Building Commissioning Guidelines, Second Edition Report to the Bonneville Power Administration, November 1992. • Piette, M.A., B. Nordman; «Costs and Benefits from Utility-Funded Commissioning of Energy-Efficiency Measures in 16 Buildings.» Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA, LBL-37832, Published in ASHRAE Winter Meeting proceedings, February 1996, Atlanta, GA; October, 1995. • SMACNA - HVAC Systems - Testing, Adjusting & Balancing (2002) 3rd Ed. SMACNA • Sterling, E. and Collett, C., « The building commissioning/quality assurance process in North America.» ASHRAE Journal, Vol. 36, Number 10, October 1994.. • U.S. DOE, Rebuild America Program. “Building Commissioning: The Key to Quality Assurance” (1998), prepared by Portland Energy Conservation, Inc. (PECI). • U.S. DOE. “A Practical Guide for Commissioning Existing Buildings” (1999), prepared by Oak Ridge National Laboratory and Portland Energy Conservation, Inc. (PECI). • U.S. EPA e U.S. DOE. “Operations and Maintenance Assessments: A Best Practice for Energy-Efficient Building Operation” (1999), prepared by Oak Ridge National Laboratory and Portland Energy Conservation, Inc. (PECI). • Wilkinson R J., «The commissioning design intent narrative» ASHRAE Journal, April 1999, vol.41, no.4, 31-35, 1 fig., ISSN-0001-2491, 1999. • Yoder, R. and Kaplan M., «Building Commissioning for Demand-Side Resource Acquisition Programs,» Proceedings of the ACEEE 1992 Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, Vol. 5, American Council for an Energy-Efficient Economy, Washington D.C., August 1992.

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sia ispezioni periodiche che prove simili a quelle effettuate durante il commissioning. In generale, quanto prima si sceglie e si incarica la Commissioning Authority, tanto più efficace sarà il ruolo dell’Autorità. Un problema comune nel commissioning è quello di introdurre tardi l’Autorità, ovvero alla fine della progettazione o agli inizi della realizzazione. Questo rende la raccolta di informazioni (come specifiche di progettazione e disegni) necessarie per effettuare la messa in servizio più difficile di quanto sarebbe altrimenti. È anche più difficile, e quindi più costoso, pianificare le prove quando si è di fronte ad una fase avanzata di costruzione e di avvio all’esercizio.

Conclusioni In sintesi, il commissioning è un processo che è in una fase di sviluppo un po’ ovunque, specialmente in Italia. C’è un crescente interesse per tale procedura da parte dei proprietari edili, degli architetti, degli ingegneri e dei facility manager, perché ognuno di loro guadagnerebbe da un’attenta “messa in esercizio” del sistema edilizio. Per promuovere in edilizia metodi comuni e procedure efficaci ed economicamente convenienti ed efficienti, occorre una condivisione di informazioni su come il commissioning viene realizzato, documentato, e valutato. Una delle chiavi per il suo successo è quindi quella di educare i proprietari degli edifici sul valore aggiunto ed i benefici che una tale procedura induce. Il commissioning provoca un aumento dei costi di realizzazione di un edificio ma spesso questi vengono ampiamenti ripagati dai risultati ottenibili dagli impianti. Con un conseguente superamento delle aspettative della committenza. n * Livio Mazzarella, Coordinatore del Comitato Tecnico Efficienza e Certificazione Aicarr, docente del Politecnico di Milano ** Luca Alberto Piterà, Coordinatore del Gruppo di Lavoro Commissioning, Segretario Tecnico Aicarr


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FOCUS COMMISSIONING

Strumenti di misura

Apparecchiature e metodologie per il monitoraggio del sistema edificio-impianto

N

el corso degli ultimi anni si è avuta, nel cam-

po del controllo delle condizioni ambientali all’interno degli edifici, una rilevante crescita delle esigenze dell’utenza, da una parte, e dell’offerta di soluzioni disponibili sul mercato, dall’altra. Non sono da sottovalutare la maggiore attenzione e le maggiori richieste da parte degli utenti che, in termini forse banali ma abbastanza appropriati, potrebbero così sintetizzarsi: star bene e spendere poco. Questa situazione implica una crescente necessità di verificare se le scelte effettuate sono state sagge, se sono vantaggiosamente ripetibili, se sono stati conseguiti gli obiettivi voluti.

Obiettivi di un monitoraggio Una valida ragione per effettuare un monitoraggio di un impianto può essere quella di

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di Domenico Fernando Antonucci*, Massimo Cadorin ** e Roberto Zecchin*

Obiettivi particolari del monitoraggio degli impianti elettrici Per gli impianti elettrici si aggiungono altre importanti funzioni da attribuire ad un’azione di monitoraggio: • controllo in continuo dello stato di efficienza delle utenze elettriche di edificio in relazione alle condizioni nominali di riferimento determinate in sede di start-up degli impianti; • possibilità di individuazione mirata di consumi anomali nelle reti di distribuzione elettrica; • analisi delle caratteristiche di “pulizia” delle reti elettriche in relazione al contenuto armonico (sia in ingresso dalle reti di pubblica distribuzione, sia determinato dagli apparati elettronici interni); • valutazione della ripartizione dei consumi elettrici in fasce orarie di costo utile al raffronto tra differenti offerte nel mercato energetico e conseguente ottimizzazione dei rapporti contrattuali con l’ente erogatore.


tenere sotto controllo la spesa per la climatizzazione e la forma più banale, ma non per questo meno importante è quella di considerare l’importo delle varie fatture di fornitura dell’energia (energia elettrica, gas o altri combustibili, eventualmente acqua, se questa ha rilevanza).

Un’analisi di questo tipo offre già qualche possibilità di elaborazione: per esempio confrontando la spesa (o, meglio, le quantità fatturate, data la variabilità delle tariffe) con quella dei periodi precedenti;

si può inoltre valutare il costo (o meglio il consumo energetico) per unità di volume o di superficie dell’edificio, o qualche altro parametro specifico, effettuando qualche confronto con i valori, ormai familiari, considerati dalle leggi.

Tipologia di utenze oggetto di monitoraggio Tipologia e suddivisione delle utenze termomeccaniche Certamente nei sistemi HVAC la conoscenza dell’evoluzione dei fluidi energetici e termo vettori nella produzione e distribuzione dell’energia termica e frigorifera gioca un ruolo fondamentale e quindi la misura delle portate e del loro stato termodinamico è fondamentale per la verifica dei bilanci energetici del sistema edificio impianto. D’altra parte l’effetto finale, cioè le condizioni ambientali realizzate mediante gli impianti stessi, costituisce l’aspetto tangibile da parte degli utenti e quindi, per quanto già detto, di non minore importanza. Si possono pertanto distinguere, ai soli fini di un’analisi delle esigenze e delle procedure di monitoraggio: • centrali termiche e frigorifere, la cui gestione viene di solito affidata a sistemi di regolazione e controllo, attualmente tutti digitali, che possono andare dal piccolo processore per la gestione di una caldaia e della relativa pompa (eventualmente montato a bordo del generatore stesso, fino ai grandi sistemi BMS (Building Management System); • impianti cogenerativi e solari termici, per i quali è necessario verificare adeguatamente il contributo di energia termica perché spesso integrati ad altri generatori, come caldaie o pompe di calore;

• reti di distribuzione, che, essendo spesso molto complesse e comprendenti diversi circuiti differenziati per temperatura o per funzione, possono essere dotate di contabilizzatori; • impianti terminali, la cui gestione può essere affidata ai dati di funzionamento dei singoli apparecchi, se collegati ad un sistema BMS o, in alternativa, il monitoraggio può richiedere l’installazione permanente o provvisoria di ulteriori apparecchi, eventualmente del tipo portatile (registratori o Data Logger); • ambienti serviti, che possono essere misurati in corrispondenza alle posizioni occupate dalle persone richiedono quindi interazione con l’ambiente occupato. La gestione può essere riservata a campagne di misura mirate e di breve durata.

Tipologia e suddivisione delle utenze elettriche Lo sviluppo tecnologico, la regolamentazione tecnica in materia energetica e l’incentivazione

Monitoring the Building-Plant system: methods and application aspects

The monitoring of a building and the plants dedicated to its fruition basically consist of the collection, processing and interpretation of quantitative and qualitative data concerning its operation. Three aspects can be identified in this perspective: “Why”, “What”, “How”. Indeed the reasons for monitoring can be different even though contributory: overall evaluation of the adequacy of energy consumptions, analysis of the operational and environmental conditions, evaluation of the contribution of renewable sources of energy etc. The physical quantities to be taken into account are numerous: temperatures, humidity, illuminance, sound level, thermal and electrical power, quantities of energy, velocity, flow rates etc. Particular attention should be paid to make possible reliable balances of the working of the plant. Finally, as for the third question, the main problem is to extricate oneself among the infinity of systems, equipment and sensors available on the market and, in this respects, the problems arising can be summarized as follows: suitable accuracy of sensors and instruments, foresight of their installation at the design stage, cost-benefit analysis of the different options. Keywords: monitoring, building-plant system, energy efficiency, indoor environmental quality, safety

alla produzione di energia da fonti rinnovabili, ha fatto si che gli edifici non possano più essere considerati dei soli utilizzatori di energia ma anche dei possibili microproduttori di energia elettrica, destinata all’autoconsumo ed allo scambio con la rete elettrica nazionale. L’analisi energetica degli edifici deve quindi valutare, oltre ai consumi degli apparecchi utilizzatori, anche i sistemi di produzione, con particolare attenzione alla qualità dell’energia elettrica immessa nelle reti private e pubbliche. Si illustrano quindi i principali apparati e sistemi che in modo significativo concorrono all’instaurarsi dei flussi energetici negli edifici: • Sistemi di cogenerazione, i cui parametri di misurazione solitamente sono: • la potenza erogata dal generatore, con lo scopo di valutare l’effettiva convenienza nell’utilizzo del cogeneratore; • le misure di tensione, corrente, frequenza e contenuto armonico, allo scopo di verificare istantaneamente la qualità dell’energia prodotta ed effettuare eventuali interventi automatici per isolare il cogeneratore dalle reti di distribuzione dell’energia elettrica; • Impianti di produzione da energia rinnovabile (fotovoltaico, eolico), solitamente connessi in parallelo alla rete elettrica dell’edificio, i cui parametri di misura sono solitamente: • la produzione di energia elettrica lato corrente continua, raffrontata con la produzione di energia in corrente alternata misurata a valle degli inverter; • le misure di tensione e corrente lato corrente continua, allo scopo di verificare lo stato di funzionamento delle singole stringhe; • le misure dei valori di irraggiamento solare sul piano dei moduli, la temperatura ambiente e la temperatura dei moduli fotovoltaici. Tali misure consentono inoltre di verificare se il livello di tensione o corrente in ingresso all’inverter ne garantisce la massima resa energetica. • Utenze termomeccaniche di centrale (pompe di calore, gruppi frigo, ecc.), solitamente

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FOCUS COMMISSIONING

Alcuni richiami sul concetto di misura

“Misurazione” (da VIM, International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms) è quel processo che consente di ottenere sperimentalmente uno o più valori che si possono ragionevolmente attribuire ad una grandezza. Una misurazione suppone una descrizione della grandezza compatibile con l’utilizzo previsto del risultato della misura, una procedura di misura e un sistema di misura tarato funzionante secondo la procedura di misura specificata, includente le condizioni di misura. Ogni generico strumento (o sistema) di misura si può rappresentare mediante una configurazione generalizzata composta da tre stadi che costituiscono la “catena di misura”.

• I stadio: il sensore, o elemento sensibile, ha il compito di interagire direttamente con il misurando e trasformarlo in una grandezza fisica (segnale di misura) più idonea alle successive elaborazioni. Il segnale di misura può essere della stessa natura o, come di solito accade, di natura differente rispetto a quella del misurando; in tal caso più che di sensore si parlerà di trasduttore. • II stadio: il convertitore, quella parte dello strumento atta a trasformare l’informazione proveniente dal sensore in una grandezza di più facile utilizzazione da parte dello sperimentatore, standardizza il segnale di uscita del sensore. • III stadio: visualizzatore, ovvero il dispositivo di lettura che può essere di tipo analogico o digitale, elabora la lettura finale.

• posizione dei frangisole esterni (se presenti) con i sistemi di alimentazioalimentate da linee dedicate in partenza da • misura del livello di illuminamento interno ne delle apparecchiature di quadri elettrici generali. Quindi, per una anaTali misure, adeguatamente registrate su dataelaborazione dati (server, lisi puntuale dei consumi energetici devono base centralizzato (integrato nel sistema BMS), switches, ecc.). prevedersi dei contatori di energia elettrica ed analizzate mediante programmi di simu• Consumi di processo (se dedicati 03-Zecchin.qxd 28/05/12 10:10 Pagina 35 lazione, consentono di verificare il funzionapresenti) • Apparecchiature principali della cabina elettrimento dell’intero impianto di illuminazione ed • Reti condominiali, caratterizzaca, identificabili nei gruppi di continuità assoin particolare di analizzare l’efficienza del sistete dalla necessità di ripartire fra luta (UPS) e nei trasformatori. Una specifica mima di controllo automatico, evitando la “deripiù utenti i consumi derivanti da surazione della potenza in ingresso ed in uscita il sistemamediante edificio-impianto: va” funzionaleMonitorare dell’impianto, azionimetodologie unae aspetti unicaapplicativi fornitura di energia. 35 A dalle suddette apparecchiature consente la vepredittive di correzione. tale scopo la rete elettrica deve rifica del loro rendimento e quindi la possibilità • Server nei Data Center, per la cui gestione si essere organizzata in modo da di adottare eventuali misure compensative allo prevedono misure: concentrazione dedicarediadCO ogni un nuscopo di minimizzare le perdite (energia eletcomportamensione, portatageneralmente d’aria, portata le diseguenti liquido, umidità, 2. Il utente to del legato al principio di trasduzione alle caratteristiche costrut• lasensore misuraè dell’energia complessiva assor- del segnale, mero discreto di linee di alimentrica dissipata in calore). tive ebita all’installazione del sensore (Miniguida Aicarr 2010):prevedendo per ciadal data center, misuratastesso direttamentazione, • Misure di contenimento armonico delle reti In generale, i sensori di temperatura e i trasduttori di pressione di tipo estensimetrite a valle del quadro elettrico generale di scuna un contatore di energia, • Impianti di illuminazione, la cui misurazioni co hanno una legge di risposta nel tempo per una variazione imposta a gradino della vaedificio; comprensivo di una interfaccia consentono di verificare l’efficienza nel tempo riabile da misurare che è di tipo esponenziale, asintotico verso il valore imposto. Usual• la misura grandezze (ten- tempo di comunicazione, consenta dei suddetti sistemi di regolazione e controllo mente, il tempodelle di risposta vieneelettriche definito come necessario affinchéche il valore rileo di τ90, vato sia pari al 63% o al 90% del valore di regime (si parla rispettivamente di τ sione, corrente e contributo armonico), vala centralizzazione delle automatico. Specificamente occorrono misu63 misure espressi in secondi). lutate sulla linea generale di alimentazione presso una postazione informarazioni dei seguenti parametri: I tempi di risposta dei vari sensori possono variare da pochi secondi (o frazione di del quadro elettrico dedicato al data centica unica. • energia assorbita dalle linee dedicate secondo), come nel caso di termocoppie a fili sottili prive di guaina metallica di proteter, allo scopo di verificarne la compatibilità • livello dell’irraggiamento solare zione o dei trasduttori estensimetrici di pressione, fino a qualche centinaio di secondi. Dal momento che il sensore è il dispositivo che deve fornire il valore attuale della variabile controllata in un sistema in retroazione, la scelta del sensore è estremamente critica. In generale, con il termine di sensore si possono indicare quattro diverse tipologie: - sensori semplici; - sensori–trasduttori; - sensori–trasmettitori; - sensori–regolatori. variare da pochi secondi (o frazione di secondo), • sensori–trasmettitori; I sensori I sensori semplici misurano la variabile di processo e forniscono un segnale analocome nel caso di termocoppie a fili sottili prive di • sensori–regolatori. Negli impianti HVAC, i sensori sono usualmengico (tipicamente una corrente tra 4 e 20 mA o una tensione continua o una variazione di guaina metallica di protezione o dei trasduttori I sensori semplici misurano la te per misure di temperatura, pressione, portata resistenza elettrica). estensimetrici di pressione, fino a iqualche variabileprovenienti di processo forniscono d’aria, portata di liquido, umidità, concentrazione I trasmettitori amplificano segnali centidi bassa intensità daie sensori rendendoli meno sensibili ai disturbi (“rumori”), sia che essi vengano trasmessi per via eletnaio di secondi. un segnale analogico (tipicamendi CO2. Il comportamento del sensore è legato al trica che con per via pneumatica (tubazioni). buona normatramantenere In (cavo) generale, il termine di sensore si pos-È quindi te una corrente 4 e 20 mAquanto o una principio di trasduzione del segnale, alle carattepiù piccola possibile la distanza tra sensore e trasmettitore. È ormai pratica diffusa sono indicare quattro diverse tipologie: tensione continua o una variazioristiche costruttive e all’installazione del sensore l’impiego di sensori con trasmettitore integrato (built-in). • sensori semplici; di resistenza elettrica). stesso (Miniguida Aicarr 2010). I trasduttori servono per trasformare il tipo di ne segnale in ingresso o in uscita dal • regolatore sensori–trasduttori; (ad esempio da elettrico a pneumatico o da analogico a digitale).amplificano i I trasmettitori In generale, i sensori di temperatura e i traEsistono (si pensi al semplice termostato) sistemi in cui sensore e regolatore sono sduttori di pressione di tipo estensimetrico hanintegrati in un unico dispositivo. no una legge di risposta nel tempo per una vaFigura 1 – Esempio pratico di sequenza di conversione dati. Da Miniguida AICARR, 2010. riazione imposta a gradino della variabile da SENSORE misurare che è di tipo esponenziale, asintotico verso il valore imposto. Usualmente, il tempo di risposta viene definito come tempo necessario CPU INPUT CARD TRASMETTITORE CONVERSIONE A/D affinché il valore rilevato sia pari al 63% o al 90% TRASDUTTORE OUTPUT CARD CONVERSIONE D/A del valore di regime (si parla rispettivamente di τ63 o di τ90, espressi in secondi). DISPOSITIVO CONTROLLATO I tempi di risposta dei vari sensori possono

La misura dei parametri termoigrometrici

Figura 2 – Esempio pratico di sequenza di conversione dati. Da Miniguida AICARR, 2010.

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Ogni sensore o trasduttore, inoltre è caratterizzato da una propria funzione caratteristica che lega la grandezza misurata in uscita al misurando (grandezza oggetto della


Come scegliere i data logger

• Accuratezza di misurazione. Le specifiche di precisione variano ampiamente tra i diversi registratori di dati, per cui è buona regola analizzare i grafici che indicano la precisione sull’intero campo di misura, non solo su un singolo valore. Un altro fattore importante è la frequenza di campionamento • Software e facilità di configurazione. Tutti i registratori di dati utilizzano un software per l’installazione e la configurazione, ma alcuni logger richiedono più personalizzazione di altri. È consigliabile controllare la grafica del software e la capacità di analisi, in particolare se è possibile che si combinino i grafici per confrontare i dati tra i siti, o se è possibile visualizzare chiaramente tutti i dati di un sito in un unico grafico. Ci sono altre funzionalità da cercare. Ad esempio, il software deve consentire di selezionare un intervallo di dati in un grafico, e visualizzare il valore massimo, minimo, nonché la deviazione media e standard per le misurazioni in tale intervallo. È inoltre necessario che consenta di salvare i progetti di analisi dei dati per un uso futuro. Tra le caratteristiche software si vogliono mettere in evidenza le seguenti, perché molto indicative della quantità e qualità di dati del monitoraggio svolto dal tipo di strumento:

• per gli strumenti stand alone è importante la possibilità di tracciare ed analizzare i dati scaricati dai data logger in pochi minuti e creare grafici personalizzati, per una rapida lettura di molti di strumenti e diverse configurazioni • alcuni software offrono la possibilità di visualizzare la rete di data logger su una planimetria della struttura (Network mapping), di ottenere grafici dei dati dell’edificio in tempo reale, di ricevere messaggi di testo o e-mail quando sono superate le condizioni di soglia ed esportare i dati in formato CSV in Excel. • Durata della batteria. Come regola generale, occorre assicurarsi che il data logger abbia una autonomia di almeno un anno. La maggior parte dei software indicano quando la batteria del logger si sta esaurendo. • Memoria. Sarebbe opportuno verificare che il logger abbia sufficiente memoria on-board per coprire la frequenza di campionamento. • Costo dei data logger. Nella scelta bisogna anche tener conto del costo del software e della eventuale ritaratura periodica.

Esempi di grafici elaborati da software di data logger. Da Onset 2010 a.

segnali di bassa intensità provenienti dai sensori, rendendoli meno sensibili ai disturbi (“rumori”), sia che essi vengano trasmessi per via elettrica (cavo) che per via pneumatica (tubazioni). È quindi buona norma mantenere quanto più piccola possibile la distanza tra sensore e trasmettitore. È ormai pratica diffusa l’impiego di sensori con trasmettitore integrato (built-in). I trasduttori servono per trasformare il tipo di segnale in ingresso o in uscita dal regolatore (ad esempio da elettrico a pneumatico o da analogico a digitale). Esistono (si pensi al semplice termostato) sistemi in cui sensore e regolatore sono integrati in un unico dispositivo. Ogni sensore o trasduttore,

inoltre è caratterizzato da una propria funzione caratteristica che lega la grandezza misurata in uscita al misurando (grandezza oggetto della misurazione). La rappresentazione grafica di tale legame è detta curva caratteristica o di taratura, che è una curva resa lineare dal costruttore affinché si possa ottenere una sensibilità costante (la sensibilità rappresenta il rapporto tra la variazione del segnale in uscita rispetto alla variazione del segnale di ingresso).

I registratori di dati Attualmente sono molto diffusi sistemi digitali portatili, anche di piccole dimensioni (come un pacchetto di sigarette), comunemente denominati data logger, che registrano misurazioni di varie grandezza a intervalli prestabiliti, per un determinato periodo di tempo. I data logger sono in grado di registrare una grande varietà di misure ambientali quali temperatura, umidità relativa, corrente e tensione (AC o DC), pressione differenziale, tempo di utilizzo (luci

e motori), intensità luminosa, livello dell’acqua, umidità del suolo, precipitazioni, velocità del vento e direzione, segnali impulsivi, e altro ancora. Tipicamente, i data logger sono strumenti autonomi (stand alone) contenenti un microprocessore, una memoria, e sensori per misurare e registrare nel tempo una o più variabili. Sono tipicamente piuttosto piccoli (vedi Fig. 2), con lo scopo di essere collocati quasi dovunque in tutto l’edificio; alcuni sono progettati per lavorare in ambienti industriali ed all’aperto o in ambienti più ostili; nella maggior parte dei casi funzionano a batteria. Alcuni data logger sono dotati di sensori interni, e in tal caso le misurazioni avvengono esclusivamente nel punto in cui sono situati, mentre altri utilizzano sensori collegati mediante cavi esterni che consentono il monitoraggio a una certa distanza dal registratore di dati. Un data logger può offrire una combinazione di sensori interni ed esterni, nonché canali esterni per accettare impulsi, corrente 4-20 mA, o

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FOCUS COMMISSIONING

Figura 2 – Esempio di Data Logger di piccole dimensioni. Da Onset 2010a. ingressi in tensione, da altri sensori, per una flessibilità ancora maggiore. È importante tenere presente che, oltre ai data logger “autonomi” che comunicano con il computer tramite USB, ve ne sono altri che forniscono agli utenti un comodo accesso remoto ai dati via Internet, via cellulare GSM, Wi-FI, Ethernet (Fig. 3 e Fig. 4). Figura 7 – Data logger per la registrazione dei tempi di ON/OFF di impianti di illuminazione. Da Onset 2010 a.

Figura 8 – Data logger per la misura di temperatura ed umidità relativa (sopra); Registratori-visualizzatori di concentrazione di CO2 (sotto). Da Onset 2010 a.

Figura 3 – Esempio di data logger collegato via web. Da Onset 2010a.

Figura 4 – Data logger con collegamento WI-FI. Da Onset 2010 a.

Misure per la determinazione dei livelli di comfort Oggi si è sempre più orientati a considerare congiuntamente la prestazione energetica dell’edificio e gli obiettivi di qualità ambientale per migliorare le condizioni di comfort e ridurre le spese di esercizio, aggiungendo valore all’edificio. Quando si deve definire l’ubicazione dei data logger, bisogna considerare i seguenti fattori: • almeno uno deve essere localizzato nel centro della stanza; altri, supplementari, dovrebbero essere localizzati a circa un metro dalla finestra più grande e nelle zone dove si prevedono temperature più alte o più basse; • di solito è sufficiente una sola misura di umidità; • l’influenza delle finestre sulle temperature locali, in relazione al guadagno solare o al raffreddamento per irraggiamento; • se il termostato non è nel centro della stanza, è opportuno collocare un data logger in prossimità del termostato per verificare che stia funzionando correttamente.

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Retrocommissioning è il processo di “commissioning” dei sistemi di edifici esistenti per verificare che siano efficienti e stiano funzionando come progettato; questo comporta un’attività di diagnostica ed investigazione. Alcuni dei problemi più comuni che gli studi di retrocommissioning (Stetz 2012a) mettono in evidenza, comprendono: • Tempo di funzionamento del sistema HVAC fuori programma o non richiesto • Strategie di controllo incomplete ed errori nella programmazione • Serrande bloccate che provocano eccesso di presa di aria • Temperature di immissione dell’aria non ottimizzate • Funzionamento totalmente errato del sistema

La misura dell’energia termica e frigorifera Nell’ambito della nuova strategia in materia di armonizzazione tecnica e normalizzazione è stata emanata la Direttiva 2004/22/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 31 marzo 2004 relativa agli strumenti di misura. La Direttiva definisce i requisiti cui debbono conformarsi i dispositivi e i sistemi con funzioni di misura, quali i contatori di calore ai fini della loro commercializzazione e/o messa in servizio per le funzioni di misura per motivi di interesse pubblico, sanità pubblica, sicurezza pubblica, ordine pubblico, protezione dell’ambiente, tutela dei consumatori, imposizione di tasse e di diritti e lealtà delle transazioni

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Misure per attività di retrocommissioning in edifici con impianti HVAC

commerciali. Un contatore di calore è uno strumento destinato a misurare il calore che, in un circuito di scambio termico, è assorbito o rilasciato da un liquido denominato liquido di trasmissione di calore. Un contatore è o uno strumento completo, oppure uno strumento composto dalle sottounità “sensore di flusso”, “coppia di sensori di temperatura” e “calcolatore”, o da una combinazione delle medesime.


Misure di portata

L’esigenza di operare una classificazione dei misuratori di portata di fluido nasce dalla constatazione che questi sensori sono, senza alcun dubbio, una delle più numerose e diversificate categorie di strumenti presenti sul mercato. Operando una suddivisione sulla base del principio fisico di funzionamento, è possibile raggruppare i misuratori di portata in condotti in pressione in otto differenti famiglie, per un totale di oltre trenta diverse tipologie costruttive, così come riportato sinteticamente in Tabella 1. Un’ulteriore utile suddivisione dei misuratori di portata è basata sulle modalità di scambio energetico tra il sensore ed il fluido di misura, che dà luogo alle due seguenti categorie: • quella dei cosiddetti sensori “Energy Extractive” (E.E.), nei quali la misura della portata avviene a spese dell’energia del fluido, che nel suo moto nella condotta di misura interagisce con un organo primario, fisso o mobile ed immerso nella corrente fluida; • quella dei sensori definiti “Energy Addictive” (E.A.), nei quali è il sensore a cedere energia, talvolta in forme particolari (onde elettromagnetiche, ultrasonore. etc.), al fluido di misura.

Tabella I -I Classificazione dei misuratori di portata di fluido. Tabella – Classificazione dei misuratori di portata di fluido FAMIGLIA

Misuratori a pressione Differenziale

TIPI DI MISURATORE diaframma boccaglio venturimetro gomito tubo di Pitot Pitot multiplo bersaglio V – cone

CLASS. ENER. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.

Misuratori ad area variabile

I. I.

rotametro cilindro-pistone

E.E. E.E.

Misuratori volumetrici

I. I. I. I. I. I. I I.

a parete deformabile a chiusura di liquido a pistone rotante a disco nutante a lamelle retrattili a lobi a pistoni contrapp. a ruote ovali

E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.

I. I. I. I.

turbina assiale turbina radiale turbina tangenziale ad effetto Coanda a precessione vortici

E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.

Misuratori elettromagnetici

N.I. N.I.

ad elettrodi interni ad elettrodi esterni

E.A. E.A.

Misuratori ad ultrasuoni

N.I. N.I.

a tempo di transito ad effetto Doppler

E.A. E.A.

Misuratori di portata in massa

I./N.I. N.I.

termici o calorimetrici ad effetto Coriolis

E.A. E.A.

Misuratori a turbina Misuratori fluidodinamici

Figura 9 – Esempio di misuratore a ultrasuoni Clamp-on. Da ADM. Principali caratteristiche tecniche: Ripetibilità ± 0,25% del valore letto ± 0,01 m/s Precisione ± 2% del valore letto ± 0,01 m/s Diametri misurabili / Frequenza di lavoro: DN (50) 100 – 2.500 mm 1 / MHz Diametri misurabili / Frequenza di lavoro: DN (10) 25 – 150 mm / 4 MHz.

INTRUSIVITA' I. I. I. N.I. N.I. N.I. I. I.

N.B. - Il simbolo / sta a significare che esistono versioni per entrambe le classificazioni. Legenda I .= misuratore intrusivo; N.I. =misuratore non intrusivo;

E.E. = mis."Energy Extractive"; E.A. = mis."Energy Addictive".

Un'ulteriore utile suddivisione dei misuratori di portata è basata sulle modalità di scambio energetico tra il sensore ed il fluido di misura, che dà luogo alle due seguenti categorie: - quella dei cosiddetti sensori “Energy Extractive” (E.E.), nei quali la misura della portata avviene a spese dell'energia del fluido, che nel suo moto nella condotta di misura incon un organo primario, fisso o mobile ed immerso nella corrente fluida; In Fig. 10 è riportato lo schema per la misura di energia termica La misura diretta del calore ceduto all’impianto è datateragisce da: e frigorifera. t1 Le caratteristiche, le modalità di prova, di omologazione e di veQ = qm∆hdt (2) rifica degli strumenti combinati sono oggetto di varie norme (Serie t0 UNI EN 1434-2007) e, quindi, sono gli strumenti che più si prestano dove: a una contabilizzazione precisa e senza contestazioni. Sono inoltre Q = calore ceduto (kJ) gli unici apparecchi che consentono anche l’adozione di qualsiasi siqm = portata massima del fluido (kg/s) stema di regolazione (valvole termostatiche, valvole di zona on-off ∆h = differenza di entalpia del fluido termovettore alle temperature oppure modulanti, regolazione climatica centrale) e qualsiasi tipo di di andata e ritorno corpo scaldante. Hanno anche il vantaggio di dare l’indicazione del t = tempo (s) calore fornito direttamente nella corretta unità di misura (comunemente il chilowattora), rendendo così comprensibile all’utente l’enSe lo strumento misura la portata volumetrica, si potrà scrivere: tità dei suoi consumi e consentendogli il confronto con altri. v1 I requisiti specifici, per le condizioni di funzionamento nominali, Q = k∆θdV (3) v0 dove: Q = calore ceduto (kJ) Figura 10 – Contatori k = coefficiente funzione delle proprietà del fluido alle condizioni di di energia termica. temperatura e pressione all’atto della misura [kJ/(m³ K)] 1: sonda temperatura V = volume di liquido transitato (m³) mandata; 2: sonda temperatura ∆θ = differenza di temperatura fra andata e ritorno (K) ritorno; Le misure si effettuano determinando la portata (con contatori, a 3: misuratore di portata; turbina, Woltmann, a effetto Venturi, a ultrasuoni, magnetici) e valu4: unità elettronica. tando la differenza di temperatura fra andata e ritorno.

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FOCUS COMMISSIONING

Norma UNI EN 1434-1:2007

La norma UNI EN 1434-1:2007, Heat meters – General requirements, definisce le grandezze caratteristiche di funzionamento, come detto, relative a temperatura, differenze di temperatura, portate e potenze. Temperatura: Portata: θ = la temperatura del fluido termovettore; q = portata del liquido di trasmissione di calore; θin = valore di θ all’ingresso del circuito di scambio termico; qs = valore massimo di q consentito per brevi periodi ai fini del corretto funθout = valore di θ all’uscita del circuito di scambio termico; zionamento del contatore; qp = valore massimo di q consentito in permanenza ai fini del corretto funzio∆θ = la differenza di temperatura θin - θout con ∆θ ≥ 0; θmax = il limite superiore di θ ai fini del corretto funzionamento del contatore namento del contatore; qi = valore minimo di q consentito ai fini del corretto funzionamento del entro l’errore massimo tollerato; θmin = il limite inferiore di θ ai fini del corretto funzionamento del contatore encontatore. tro l’errore massimo tollerato; ∆θmax = limite superiore di ∆θ ai fini del corretto funzionamento del contatore enPotenza: tro l’errore massimo tollerato; P = potenza termica dello scambio termico; ∆θmin = limite inferiore di ∆θ ai fini del corretto funzionamento del contatore enPs = limite superiore di P consentito ai fini del corretto funzionamento del tro l’errore massimo tollerato. contatore.

sono rappresentati dai valori dichiarati dal costruttore delle grandezze anzidette con le seguenti limitazioni: • per la temperatura, ∆θmax /θ∆min ≥ 10; ∆θmin = 3K o 5K o 10K; • per la portata, qp/qi ≥10. Per la pressione del liquido, si considera la massima pressione interna positiva che il contatore di calore può tollerare in regime permanente al limite superiore dell’intervallo di temperature. Gli errori relativi massimi tollerati, o applicabili ad un contatore termico completo, espressi in percentuale del valore reale, vengono così espressi: E = Ef + Et + Ec (4) dove Ef, per ciascuna classe di accuratezza viene così determinato: Classe1: Ef = (1 + 0,01qp/q), ma non superiore a 5% Classe2: Ef = (2 + 0,02qp/q), ma non superiore a 5% Classe3: Ef = (3 + 0,05qp/q), ma non superiore a 5% mentre, per tutte le classi: Et = (0,5 + 3∆θmin/∆θ); Ec = (0,5 + ∆θmin/∆θ). Nel caso di sottounità i requisiti essenziali per il contatore di calore si applicano ugualmente, Figura 11 – Grafico degli errori. Da ANTA.

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nei casi pertinenti, alle sottounità. Il valore di variazione critico per la sottounità di un contatore termico è pari al rispettivo valore assoluto dell’errore massimo tollerato applicabile alla sottounità. Si può osservare come l’errore complessivo massimo ammesso sia prevalentemente determinato dall’errore sulla misura di temperatura rispetto a quello sulla misura di portata. Dall’analisi degli errori massimi ammissibili nella misura della portata ne deriva il diagramma riportato in Fig. 11. Gli errori massimi ammissibili nella misura della temperatura, in considerazione di quanto detto a tal proposito secondo la norma UNI EN 1434-1, e considerando l’insieme degli errori massimi per l’unità di calcolo e per le misure di temperatura sono forniti dalla seguente relazione: E % = +/- ( 1 + 4 ∆θmin / ∆θ ) (5) Considerando un ∆θ min di 3 K, che è quello per cui l’errore sarà minimo: • se il ∆θ operativo è anch’esso pari a 3 K (per es. mandata 80°C e ritorno 77°C) l’errore massimo consentito è pari a +/- 5%; • se il ∆θ operativo è pari a 10 K (per es. mandata

80°C e ritorno 70°C) l’errore massimo consentito è pari a: +/- 2,2%. Al fine di ridurre l’errore di misura, occorre prevedere una portata vicina al valore nominale ed un differenziale di temperatura quanto più ampio possibile. Le variabili che possono influire molto sulla affidabilità e ripetibilità della misura sono la portata minima e la differenza di temperatura fra mandata e ritorno. Per entrambe è necessario non andare al di sotto dei valori minimi ammessi per lo strumento impiegato, pena errori di misura anche notevoli. Occorre, quindi, studiare il circuito nel quale dovrà essere installato il contatore, prediligendo l’adozione di circuiti a portata variabile e scegliendo un contatore che possa comunque garantire corrette letture anche per valori bassi di ∆θ.

Figura 12 – Contatore di energia. Da SIEMENS.


Le misure di energia elettrica La conoscenza dell’andamento dell’assorbimento di energia elettrica è importante, in termini sia di potenza che di energia, non solo perché il consumo di energia elettrica può essere una voce importante del bilancio energetico, ma anche perché consente ulteriori elaborazioni fondamentali per la valutazione dell’efficienza del sistema. Alcuni esempi: a) L’energia elettrica consumata da una determinata apparecchiatura (un refrigeratore, una pompa di calore) rapportata all’energia termica e frigorifera opportunamente misurata come precedentemente descritto, consente di valutare l’efficienza della macchina stessa nei diversi periodi di funzionamento. Si deve ricordare che il valore nominale fa riferimento a ben precise condizioni di funzionamento, stabilite dalla normativa, e che comunque anche i valori mediati secondo le norme vigenti (UNI TS 113003), ancorché utili nelle valutazioni preliminari, fanno riferimento a profili di carico normalizzati che raramente si realizzano nella pratica. Naturalmente la possibilità di effettuare queste valutazioni è legata alla presenza di una strumentazione elettrica, oltre che termica, rigorosamente distinta per le varie apparecchiature. b) La misura dell’energia elettrica assorbita dal ventilatore di una unità di trattamento dell’aria, unitamente alla misura della prevalenza consente di valutare il rendimento complessivo del ventilatore e del suo alimentatore a velocità variabile, se presente. Un altro aspetto spesso sottovalutato negli edifici adibiti ad uffici è l’assorbimento di energia elettrica per usi diversi dalla climatizzazione, sostanzialmente dovuti all’illuminazione e alle apparecchiature informatiche. Tali usi diventano tanto più importanti quanto più l’efficienza

dell’involucro edilizio e degli impianti di climatizzazione portano a ridurre i relativi consumi energetici In particolare l’assorbimento delle unità UPS, solitamente dimensionate con generosità rispetto alle effettive esigenze, e l’assorbimento dei server costituiscono voci rilevanti del bilancio energetico di questi edifici: anche in questo caso la conoscenza separata degli effettivi consumi di queste sezioni di impianto può contribuire ad individuare sprechi che possono in molti casi essere facilmente eliminati

Verifica dei contatori di energia elettrica La verifica del contatore di energia elettrica è un’operazione fondamentale che consente di stabilire se gli errori commessi dal contatore rientrano nei limiti prescritti dalla normativa e dalla legislazione cogente. La Norma CEI EN 60521 stabilisce quali sono i dati di targa del contatore: • corrente di base Ib: valore di corrente in relazione al quale sono fissate le principali caratteristiche del contatore;

The present...

The future. Swegon reinventa il concetto di all in one con AQUA Link, l’innovativo modulo idronico che nasconde un intero circuito idraulico. Sincronizzare chiller, unità di trattamento d’aria e travi fredde, da oggi è...già fatto. AQUA Link riduce l’installazione ad un semplice Plug&Play, il suo funzionamento è garantito da un sofisticato controller che gestisce e distribuisce l’esatto quantitativo di acqua all’esatta temperatura direttamente alle unità terminali. I chiller Blue Box e la tecnologia Swegon incontrano l’edilizia sostenibile con AQUA Link.

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10:10

FOCUS COMMISSIONING • corrente massima Imax: valore più elevato di corrente per il quale il contatore deve soddisfare alle prescrizioni di precisione; • tensione di riferimento: valore di frequenza in relazione al quale sono fissate le principali caratteristiche del contatore; • frequenza di riferimento: valore di frequenza in relazione al quale sono fissate le principali caratteristiche del contatore; • costante del contatore: valore che esprime la relazione fra l’energia indicata dal contatore ed il corrispondente numero di giri del rotore (nel caso di contatori ad induzione e di contatori a conteggio ottico/elettronico), espressa in [giri/ kWh]. La norma stabilisce inoltre che, nell’operazione di verifica del contatore, la tensione di prova sia pari alla tensione di riferimento e la frequenzaPagina di prova sia55 pari alla frequenza di riferimento.

Quando la taglia degli impianti rendesse necessario l’installazione di trasformatori di misura (trasformatore amperometrico TA e voltmetrico TV) l’omologazione UTF comprenderà l’intero sistema di misura contatore, TA e TV.

Classe di precisione dei contatori di energia elettrica

La precisione di un contatore è definita dai limiti dell’errore espresso in percento di un valore convenzionale. Il valore convenzionale coincide, quasi sempre, con il valore di fondo scala dello strumento di misura, cioè, con la portata. Per quanto riguarda la precisione, gli strumenti sono suddivisi in classi, contraddistinte da un numero, detto indice di classe. Le classi previste dalle norme (CEI e IEC) sono le seguenti: • Classe 0,05, errore inferiore allo 0,05% del fondo scala; • Classe 0,1, errore inferiore allo 0,1% del fondo scala; • Classe 0,2, errore inferiore allo 0,2% del fondo scala; • Classe 0,3, errore inferiore allo 0,3% del fondo scala; Contatori di misura omologati UTF • Classe 0,5, errore inferiore allo 0,5% del fondo scala; I possessori di impianti di produzione (ad • Classe 1, errore inferiore allo 1% del fondo scala; esempio i titolari di impianti fotovoltaici con po• Classe 1,5, errore inferiore allo 1,5% del fondo scala; tenza superiore a 20 kWp) sono obbligati ad uti• Classe 2,5, errore inferiore allo 2,5% del fondo scala; lizzare contatori di energia omologati e sigillati • Classe 3, errore inferiore allo 3% del fondo scala. da UTF (Uffici Tecnici di Finanza). Tale Ente è un Tipicamente gli strumenti di contabilizzazione Organismo Italianoilfacente capoedificio-impianto: all’Agenzia delMonitorare sistema metodologie e aspetti applicativi dell’energia di uso comune hanno classi di precisiole Dogane che ha compito di accertamento, ispene 1. zione, controllo ed espletamento delle formalità relative all’imposizione indiretta sulla produzione e sui consumi. Gli uffici UTF svolgono servizi Caratteristiche dei contatori di di accertamento tributario, amministrativo, amenergia presenti sul mercato ministrativo-contabile e tecnico-fiscale stabilito La diffusione sempre più spinta dell’elettronica di dalle leggi sulle imposte di fabbricazione ed imconsumo e la conseguente riduzione dei costi delposte erariali di consumo. I contatori omologati le apparecchiature hanno favorito la distribuzione di da tali uffici devono assicurare delle specifiche contatori di misura di tipo modulare per installazioprestazioni definite dalla normativa MID, devone su quadri elettrici di distribuzione secondaria o terno inoltre essere riportati in appositi registri teminale, mentre in passato il notevole costo compornuti da UTF. Gli strumenti devono inoltre essere tava l’installazione dei dispositivi esclusivamente su tarati e verificati con periodicità triennale da apquadri generali di bassa tensione o media tensione. posite società certificate e riconosciute da UTF. Gli strumenti di nuova generazione oltre alle dimensioni compatte permettono misurazioni di tipo Figura 13 – diretto (senza l’impiego Figura 15 – Strumento Contatore di di trasformatori di misumultimisura che effettua anche la energia trifase contabilizzazione dell’energia ra) fino a portate pari a 100 A in bassa tensione di tipo monofase e trifase. I contatori di misura hanno uscite di tipo impulsivo e permettono quindi la contabiFigura 14 – lizzazione dell’energia Contatore di in sistemi molto estesi energia monofase in termini di dimensioni e di numero di apparecchiature. La soluzione permette quindi di contabilizzare l’energia effettivamente utilizzata dagli utenti senza

ricorrere a contabilizzazioni a millesimi che si prestano a contestazioni. Per acquisire le misure da più contatori si utilizzano concentratori impulsivi a n ingressi (tanti ingressi quanti sono gli strumenti collegati). I concentratori vengono quindi collegati tra loro mediante un bus seriale e attestati ad un PC su cui viene installato un programma di gestione e controllo. Si riporta di seguito l’immagine di contatori di energia del tipo precedentemente descritto. I contatori possono essere omologati UTF oppure essere equipaggiati con uscite di tipo analogico e gestire sistemi con tariffa multi oraria. Il costo di un contatore trifase è pari a € 300 quello di uno monofase € 150. Le misure di energia possono essere effettuate anche da sistemi di rivelazione delle 55 grandezze elettriche (tensioni, correnti, fattore di potenza, contenuto armonico THD, ecc.) permettendo di ottenere con un’unica apparecchiatura tutte le misure necessarie. Il costo indicativo di uno strumento di questo tipo e pari a € 250.

ontatori possono essere omologati UTF oppure essere equipaggiati con uscite di ogico e gestire sistemi con tariffa multi oraria. Il costo di un contatore trifase è 00 quello di uno monofase € 150. misure di energia possono essere effettuate anche da sistemi di rivelazione delle CONCLUSIONI e elettriche (tensioni, correnti, fattore di potenza, contenuto armonico THD, del sisteIl monitoraggio ma edificio-impianto mettendo di ottenere con un'unica apparecchiatura tutte le misure necessarie. Il è destinato ad assumere semicativo di uno strumento di questo tipo e pari a € 250. pre maggiore importanza in relazione alle diverse istanFigura 19 è riportata l‘immagine di uno strumento multi misura

ze che si combinano nella fruizione degli edifici stessi. Appare prevalente l’esigenza dell’efficienza energetica, ovviamente in rapporto al crescente costo dell’energia e alle politiche correlate alla conservazione dell’ambiente, ma deve essere tenuta in massima considerazione la qualità dell’ambiente interno che viene offerta agli utenti. Non ultima vi è l’esigenza di poter verificare con adeguata precisione l’effetto dell’inserimento, fortunatamente sempre più frequente, di dispositivi ad elevata efficienza

Figura multimisura che effettua anche la contabilizzazione dell’energia. 28 19 – Strumento #14


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o che usano fonti rinnovabili: queste soluzioni implicano di solito investimenti iniziali anche cospicui, il cui vantaggio deve poter essere controllato, sia in relazione alle aspettative del singolo investitore che alla richieste da parte del mondo professionale e scientifico, per operare verso soluzioni sempre più innovative. Gli strumenti di misura e i software di elaborazione esistenti sul mercato offrono infinite possibilità, mentre i modelli matematici, da quelli più semplici a quelli più complessi, opportunamente tarati mediante misure e monitoraggi, saranno certamente uno strumento indispensabile per lo studio degli interventi di ottimizzazione o riqualificazione del sistema edificio-impianto. n * Domenico Fernando Antonucci, Roberto Zecchin, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Padova ** Massimo Cadorin, Manens-TFS, Padova


FOCUS COMMISSIONING

Sistemi di

monitoraggio La messa a punto di un sistema di controllo automatico degli impianti deve prevedere l’inserimento di alcuni dispositivi già in fase progettuale e la valutazione del rapporto costo-benefici delle soluzioni adottate di Domenico Fernando Antonucci*, Massimo Cadorin** e Roberto Zecchin*

L

’evoluzione del controllo automatico ha visto il passaggio da un tipo di controllo “stand alone”, il singolo regolatore serve una sola variabile di processo, a sistemi sempre più evoluti con architetture sempre più complesse, in cui il livello di campo, quello di automazione e quello di gestione vengono integrati secondo diverse forme, dando luogo ad un sistema di controllo automatico integrato BACS: Building Automation Control System. Il protocollo BACNet (Building Automation & Control network) è stato creato per iniziativa di un Comitato tecnico di ASHRAE e

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#14

successivamente sostenuto, per iniziativa del NIST (National Institute for Standard and Technologies) da un gruppo dei maggiori produttori mondiali. L’obiettivo principale era di superare le difficoltà di interfaccia tra dispositivi di produttori diversi. Ne è nata una norma di riferimento (ANSI-ASHRAE Std. 135-2004, recepita poi dalla EN ISO 16484-5) per l’implementazione di un protocollo aperto, basato sullo schema

OSI. Affinché un dispositivo possa essere definito “BACnet compatibile”, il produttore deve rispettare l’assoluta interoperabilità sia a livello di hardware che di software. BACnet è utilizzabile sia su sistemi basati su Standard RS232 che su LONTalk e soprattutto su TCP/IP (ethernet).


Tabella II - Alcuni protocolli di trasmissione dati adatti a sistemi di automazione per edifici civili e industriali. Protocollo Riferimento BACnet ANSI-ASHRAE Std. 135-2004, EN/ISO Std. 16484-5 LONTalk ANSI/CEA Standard 709.1 PROFIBUS FMS EN 50170:1996, vol. 2 (www.profibus.com) Konnex EN 50090 MODBUS ModBus Appl. Protocol Spec. V1.1 (www.modbus.org)

Tabella I – Alcuni protocolli di trasmissione dati adatti a Il protocollo BACNet (Building Automation Control network) è stato creato sistemi di automazione per edifici civili e&industriali

Il Monitoring Based Commissioning (MBCx) Da qualche tempo è sempre diventata più frequente la parola “commissioning”, accompagnata da diversi “prefissi”: • New Building Commissioning (Cx) • Re-Commissioning (ReCx) • Retro-Commissioning (EBCx) • MonitoringBasedCommissioning (MBCx) Il processo di commissioning, ampiamente diffuso nel mondo anglosassone, è sinteticamente definibile come “un processo di gestione del progetto (nel significato inglese di “project”, da non confondere con il più restrittivo “design”) per ottenere, verificare e documentare che le prestazioni dell’edificio, degli impianti e degli equipaggiamenti soddisfino obbiettivi e criteri ben definiti”. Il processo di commissioning, è un processo che accomuna delle attività che possono essere ricondotte, di volta in volta, ad azioni di controllo della qualità e di coordinamento in fase di progetto, in fase di appalto, in fase di direzione dei lavori; il commissioning comprende anche attività di verifica, taratura e collaudo in fase di consegna dell’opera. Il Monitoring Based Commissioning (MBCx) associa ad

una specifica tecnologia una serie di processi innovativi, che consentono di individuare le azioni per il risparmio energetico e aiutare le aziende a comprendere i passaggi necessari per ridurre i costi energetici, sia inizialmente che continuativamente. Questa procedura può avvalersi di un partenariato che può dar luogo ad un servizio di informazione in outsourcing per la gestione energetica.

La ripartizione delle spese di riscaldamento e il monitoraggio I sistemi di ripartizione delle spese di riscaldamento negli impianti centralizzati consentono: • la contabilizzazione per l’equa divisione delle spese fra gli utenti in funzione del consumo effettivo di energia termica di ciascuno di loro; • la regolazione della temperatura ambiente, per trarre vantaggio dal calore gratuito fornito dall’insolazione e dalle fonti interne di calore, laddove il sistema sia integrato da dispositivi a ciò finalizzati. Viene calcolato un indice di consumo: t Uq = (∆tK1K2K3)dt (1) 0 dove: Uq = indice di consumo ∆t = T superficiale – T ambiente (convenzionale) (°C) K1 = coefficiente dimensionale K 2 = coefficiente di forma K 3 = coefficiente di potenza t = tempo (s) Le misure si effettuano con ripartitori a evaporazione o con ripartitori elettronici. Si tratta

Monitoring systems

The commissioning process is succinctly defined as “a process of project management to obtain, verify and document that the performance of the building, facilities and equipment meet established criteria and objectives”. The commissioning process is a process that brings together the activities that can be traced, from time to time, in activities of quality control and coordination in the design stage, under contract, under the direction of the work, the commissioning includes verification activities, calibration and testing of the work being delivered. To collect data, that will be analyzed later, are needed some measuring devices that should be provided in the design phase and chosen according to cost-benefits. Keywords: commissioning, measuring device, cost-benefits

Quadro Normativo

La norma UNI 10200 (UNI 2005) fornisce i principi e le indicazioni per la ripartizione delle spese in funzione dei consumi di calore di ogni utenza negli impianti di riscaldamento centralizzati e considera la contabilizzazione diretta (con apparecchiature conformi alla norma UNI EN 1434) e la contabilizzazione indiretta (con apparecchiature conformi alla norma UNI 834). Di fatto un sistema di contabilizzazione per la ripartizione delle spese può costituire di per sé, eventualmente integrato con pochi dispositivi (p.es. per il rilevamento della temperatura esterna, se non già presente), un sistema di monitoraggio: un’opportuna raccolta dei dati in forma sufficientemente disaggregata (consumi relativi a determinati periodi, “normalizzati” rispetto alla temperatura esterna) costituisce sostanzialmente la baseline, rispetto alla quale si può valutare l’effetto di eventuali interventi di riqualificazione sia impiantistica che edilizia. Questo accorgimento risulta certamente più facile nei sistemi a contabilizzazione diretta che in quelli a contabilizzazione indiretta, che sono tuttavia particolarmente utili in presenza di vecchi impianti, prevalentemente del tipo “a colonna” per i quali tuttavia i più recenti sviluppi consentono applicazioni abbastanza sofisticate e suscettibili di perfezionamenti nel senso del monitoraggio, come qui di seguito descritto. La norma UNI EN 834 (UNI 1997) riguarda la definizione dei ripartitori dei costi di riscaldamento atti a misurare, in maniera indiretta, il calore emesso dai radiatori all’interno delle singole unità abitative. La contabilizzazione indiretta si basa sulla valutazione dell’energia prelevata dall’utenza, mediante la misura di parametri proporzionali all’emissione termica (temperatura superficiale del corpo scaldante e temperatura ambiente), nota la potenza termica nominale (secondo UNI EN 442) del corpo scaldante.

di strumenti di piccole dimensioni che si applicano a ogni corpo scaldante con un sistema di piombatura, tale da impedirne la rimozione durante il periodo di esercizio del riscaldamento. Il principio del ripartitore consiste nel calcolare la quantità di calore emessa dal radiatore, basandosi sulla differenza tra la sua temperatura e la temperatura ambiente; risulta evidente, quindi, che è necessario conoscere il numero di elementi del radiatore, la sua forma e il materiale di cui è fatto, oltre alla sua potenza termica effettiva. Questi dati possono essere immessi direttamente nell’apparecchio in modo che esso dia, in lettura, un valore definitivo (pronto per essere utilizzato nella ripartizione dei consumi), oppure, in caso contrario, lasciare il ripartitore configurato con valori standard, utilizzando i dati sopra citati nella fase di calcolo e ripartizione dei consumi.

#14

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FOCUS COMMISSIONING

Il caso di North Write

A titolo di esempio si illustra il caso di NorthWrite (North Write 2011) che ha sviluppato numerose applicazioni per azioni di risparmio energetico in edifici per uffici e commerciali. Gli elementi di base, sono apparecchi per il monitoraggio a breve termine e a lungo termine (p. es. Computer Onset – HOBO U30), un pannello per visualizzare le informazioni di energia, un analista energetico virtuale per condurre l’analisi e fornire una chiara direzione ai subappaltatori o al personale in loco, e un program manager dedicato per reporting e per tenere tutto sotto controllo. La procedura si svolge attraverso diverse fasi. Raccolta dei dati La prestazione dell’edificio è caratterizzata utilizzando tecniche quali l’analisi dell’andamento mensile, le bollette di fornitura di energia, una verifica on-line delle attrezzature e delle operazioni, il monitoraggio mediante contatori di energia e, in tempo reale, il monitoraggio dei principali parametri ambientali. Questi dati permettono di comprendere il divario tra le esigenze operative dell’edificio e l’utilizzo effettivo dello stesso. Analisi Un insieme di strumenti web-based del software consente di automatizzare l’analisi dei dati raccolti. Il software ENERGY STAR®, di cui si avvale questo processo di MBCx, mette a confronto le macroprestazioni dell’edificio con gli aspetti finanziari. L’applicazione, Esperto Energy TM, stabilisce una dettagliata, calibrata base

Figura 1 – Scheda Scorecard Da North Write

delle prestazioni per l’edificio e gli sviluppi in corso, mentre quella detta Building SnapShot TM, mostra i dettagli del divario tra la performance desiderata dell’edificio e quella effettiva. In questo contesto viene anche elaborata la tracciabilità on line di raccomandazioni e documenti e viene verificato che le azioni siano state completate. A questo punto il processo prevede l’intervento di un team di analisti energetici qualificati, che in virtù della tecnologia web-based può accedere alle informazioni in remoto e fornire subito le indicazioni al personale incaricato in loco o ai gestori. L’implementazione dell’azione di monitoraggio e di elaborazione consente la predisposizione di diverse schede, come detto, di cui si mettono in evidenza, ad esempio, la Scorecard, che mostra quando si sono verificate le temperature più alte e più basse e il consumo di energia di picco. La scheda Calendar, poi, fornisce un riepilogo di tutti i profili di carico per ogni giorno del mese selezionato. Infine si vuole citare la scheda grafico, che mostra il grafico del profilo di carico per il giorno selezionato. Raccomandazioni e azioni A questo punto si colloca la fase di Raccomandazioni e azioni, che, in base ai dati rilevati nell’edificio e alle funzioni del software per automatizzare l’analisi e il reporting, consente l’identificazione di azioni specifiche per ridurre gli sprechi energetici in breve tempo e il costo di tale diagnosi energetica rispetto agli approcci tradizionali. Con un focus sulle no-cost e low-cost measures, si determina ciò che deve essere fatto per affrontare le opportunità di risparmio. Dall’analista si hanno gli input per le azioni raccomandate di risparmio verso il sistema online di gestione delle attività per monitorare i progressi. Miglioramento continuo Dopo la raccolta iniziale dei dati e l’analisi, si continua a monitorare gli sforzi di Figura 2 – Scheda Calendar Da North Write

Figura 3 – Scheda Grafico Da North Write

Figura 4 – Rappresentazione del sistema North Write – MBCx Da North Write

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attuazione, raccogliere le bollette e monitorare in tempo reale il consumo energetico dell’edificio. In questo modo l’analisi energetica, con ulteriori informazioni, riesce a completare la verifica dell’efficienza dell’edificio rispetto a quanto previsto. Si continua, quindi, ad interagire con l’edificio e con il personale operativo utilizzando gli strumenti software per documentare il risparmio in corso, garantire la persistenza dei risparmi e fornire un metodo sistematico per raggiungere il miglioramento continuo. Il metodo di cui si tratta richiede una “linea di riferimento” (base line) delle prestazioni reali, rispetto alla quale misurare i risparmi di energia che si conseguono negli edifici in seguito a variazioni operative. Il metodo è basato sul “bin method” utilizzato nel campo dell’analisi di prestazione energetica dell’edificio. Un bin è un intervallo di valori di una variabile indipendente dai quali dipende il valore di un’altra variabile dipendente. Ad esempio, il clima per una certa località può essere caratterizzato dal numero di ore all’anno, in media, nelle quali la temperatura dell’aria esterna varia in un intervallo di 3°C tra una temperatura minima e una temperatura massima che identifica l’ampiezza del bin. Quando le variazioni del fabbisogno di energia sono correlate, si possono usare bin multidimensionali, dove un bin multidimensionale è definito come l’intersezione di bin unidimensionali, corrispondenti ad ognuna delle variabili. Quanto sopra è mostrato in figura per bin tridimensionali che caratterizzano una variabile, come il fabbisogno di energia, che deriva dalle condizioni di tre variabili significative. Un valore rappresentativo della variabile dipendente è assegnato ad ogni bin definito dalle serie di valori delle variabili indipendenti. Per un modello di fabbisogno di energia, la variabile dipendente è, appunto, il consumo di energia. Il modello è predisposto per raccogliere i dati empirici ed assegnarli ai bin. Dato un campione di dati empirici con ogni set del campione costituito dai valori di tutte le N variabili significative ed indipendenti (x1, x2, x3, … xN) e dal corrispondente valore misurato della variabile dipendente, un modello N-dimensionale è creato assegnando ogni set di dati nel campione al bin nel quale giace il punto definito dai valori delle sue variabili indipendenti. Quando un numero sufficiente di punti è stato assegnato ad ogni bin, il modello è considerato completamente “addestrato”. Un valore rappresentativo della variabile dipendente è assegnato poi ad ogni bin, completando il modello. La media dei valori della variabile dipendente nel bin, costituisce il valore rappresentativo, del bin stesso. L’utilizzatore di questo strumento definisce un periodo di tempo, di riferimento, di base, in relazione al quale si desidera creare un modello che calcoli il consumo di energia. Questa “linea di base” (baseline) può essere relativa ad un periodo di tempo antecedente ad una attività di retrocommissioning, un anno precedente o un periodo significativo per il sistema considerato. Usando la baseline con i valori delle variabili indipendenti esibite in tempi successivi a quelli di “addestramento”, si può determinare il consumo di energia che avrebbe manifestato l’edificio se non vi fosse stata una degradazione delle condizioni di efficienza, o il consumo di energia dopo aver effettuato delle azioni migliorative. Pertanto, confrontando il consumo di energia attuale con quello ottenuto con lo strumento elaborato si quantifica l’inefficienza energetica. Figura 5 – Un esempio di scenario di “binning” tridimensionale con “bin” definiti da tre variabili significative: temperatura dell’aria esterna, umidità dell’aria esterna e tempo Da North Write

Una delle caratteristiche di analisi offerte dall’approccio presentato è detta “Somma Cumulativa” (CUSUM), che rappresenta l’integrazione delle differenze quotidiane tra il consumo di energia attuale e quello atteso secondo il modello (Figura 6). Una pendenza positiva di CUSUM indica un risparmio di energia rispetto alla linea di base. Una pendenza negativa indica un consumo aumentato rispetto alla linea di base. Il giorno in cui si registra la massima pendenza positiva può essere considerato come migliore “buona pratica” del periodo e può servire come modello per le condizioni di funzionamento. Si riporta di seguito un esempio esplicativo dei risultati che si ottengono con l’approccio MBCx accoppiato al software basato sulla metodologia esposta, applicato ad un grande centro di distribuzione refrigerato. Come evidenziato dalla Figura 6, l’utilizzo della metodologia qui presentata è stato introdotto a ottobre 2008, momento in cui comincia a variare l’andamento della curva cumulata dei consumi. Un altro modo di vedere la progressione dell’efficacia di un programma di risparmio energetico è la visualizzazione in diagrammi giornalieri mediante la funzione “calendario” (Fig. 7). Questa funzione consente di visualizzare i giorni del mese durante i quali si consuma di più (rosso), di meno (blu), o circa la stessa quantità di energia (verde), rispetto alla base di riferimento precedentemente definita. La Fig. 7 mostra una progressione cronologica dei consumi dell’edificio, anteriori alla messa a punto, sulla sinistra, posteriori agli interventi scaturiti dall’indagine, sulla destra. Il mese al centro mostra il periodo di tempo durante il quale si è verificata la prima fase della messa a punto. Un’altra applicazione interessante è quella collegata a NYSERDA (New York State Energy Research and Development Authority), una società di pubblica utilità dello Stato di New York, che cerca soluzioni innovative per il risparmio energetico negli edifici dello Stato. NYSERDA ha assegnato a NorthWrite, questo progetto finanziato per realizzare risparmi sui costi energetici di edifici commerciali di piccole e medie imprese. NorthWrite, con alcuni partner tecnologici ha sviluppato un sistema integrato, che in tempo reale effettua il monitoraggio dell’intero edificio e consente interventi di risparmio energetico negli edifici commerciali oggetto di indagine.

Figura 6 – Esempio di curva della “Somma Cumulativa” Da North Write

Figura 7 – Progressione cronologica dei consumi Da North Write

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FOCUS COMMISSIONING

Figura 8 – Termoregolazione wireless (sopra) e raccolta dati con sistema wireless (sotto) Da Catalogo PDA Energy

Questa è la sostanziale differenza tra i ripartitori programmabili e quelli non programmabili, detti anche a scala unica. I ripartitori a evaporazione sono di costo ridotto e di semplice installazione; per contro permettono solo letture dirette, hanno una precisione limitata, nessuna possibilità di memorizzare i dati, nessuna protezione contro le frodi. Quelli elettronici (anch’essi di semplice installazione) consentono la lettura locale dei dati, la diagnostica, la loro memorizzazione e la possibilità di trasmissione. Per quanto riguarda la lettura dei dati, la normativa prevede che il ripartitore elettronico debba essere corredato di un visualizzatore dei dati stessi (display). Le informazioni disponibili sul display possono essere, ad esempio, le seguenti: Valore attuale (totale degli scatti totalizzati) Valore totalizzato l’anno precedente 271 = N. di controllo – 09 = mese di riferimento 026 = Coefficiente K – 2= N. di sensori attivi F – 6 = Codice di errore Per una più corretta contabilizzazione si devono preferire dispositivi a due sensori: un sensore è sempre dedicato alla misura della temperatura del radiatore, mentre il secondo sensore, se presente, misura la temperatura ambiente. Sono

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Figura 9 – Termoregolazione wireless Da Catalogo PDA Energy

disponibili accessori per il montaggio su tutte le tipologie di radiatori e modelli con sonda ambiente a distanza. Per una contabilizzazione corretta e “trasparente” è necessario effettuare la “programmazione” dei ripartitori prima della loro installazione. Solo attraverso la programmazione l’indicazione che appare sul display è effettivamente “proporzionale” al calore erogato. Attraverso la programmazione, il ripartitore generico, individuato dal proprio numero di codice, viene reso specifico per il radiatore su cui verrà installato attraverso la memorizzazione del dato di potenza e di un coefficiente rappresentativo del tipo di accoppiamento. Sono oggi disponibili sistemi che consentono la termoregolazione d’ambiente, il telecontrollo e la contabilizzazione del calore per la riqualificazione degli impianti esistenti; essi si avvalgono di dispositivi che permettono la trasformazione degli impianti di riscaldamento centralizzati esistenti in impianti “termoautonomi” e consentono di valutare il calore consumato dalla singola utenza. Grazie all’impiego della moderna tecnologia wireless, l’installazione non richiede alcun intervento edilizio o elettrico. I cronotermostati o i termostati regolano la temperatura, secondo gli orari e i valori impostati, mediante l’apertura/chiusura dei corpi scaldanti e inviano i dati, via radio, alle unità MCU (Modulo Concentratore Unitario), che ricevono i dati di temperatura ed i tempi di inserzione delle utenze. Le unità di piano memorizzano i dati ricevuti dai vari dispositivi e li inviano a loro volta all’unità centrale. L’unità centrale effettua un ulteriore

salvataggio dei dati e li elabora ai fini della contabilizzazione. All’unità può essere collegato un modem che consente la telelettura dei dati, la visualizzazione dei grafici di utenza, la ricezione degli allarmi periferici e di centrale. In conclusione, i dati possono essere prelevati dall’impianto localmente, mediante chiavetta USB o mediante pc connesso tramite rete ethernet, oppure da remoto, mediante pc connesso ad un modem GSM, ADSL o PSTN. Mediante apposito software è possibile produrre quindi i tabulati di ripartizione. Sono riportati in Fig. 8 e Fig. 9 i sensori ed attuatori dei sistemi wireless e due esempi di applicazioni per impianti ad anello e impianti a colonna.

Il monitoraggio acustico Il monitoraggio acustico nell’ambiente interno ha ricevuto finora poca attenzione: mentre la caratterizzazione del clima acustico esterno è oggetto di strumenti legislativi e normativi molto dettagliati, soprattutto per quanto riguarda il rumore dovuto alle infrastrutture (si pensi agli aeroporti) per l’ambiente interno non sono codificate modalità di misura particolari per il monitoraggio.


In campo edilizio e impiantistico l’attenzione del legislatore è sempre rivolta a prescrizioni specifiche per evitare il disturbo verso terzi e quindi la conflittualità che peraltro, com’è noto, è assai elevata. La normativa, per parte sua, è ricca di documenti che stabiliscono molto efficacemente le modalità di progettazione e di misura, sia in laboratorio che in opera, di materiali, manufatti e apparecchiature. Così è possibile progettare strutture che garantiscano determinate prestazioni di isolamento acustico e verificarne tramite collaudo la congruità, oppure progettare l’assorbimento acustico di un ambiente in modo da garantire un determinato livello sonoro in corrispondenza al funzionamento di una data macchina; tuttavia non è possibile prevedere il livello sonoro, e quindi la condizione di comfort acustico, quando gli ambienti saranno soggetti alle effettive reali multiformi sorgenti acustiche sia esterne che interne. D’altra parte la crescete attenzione verso la qualità ambientale porta ad evidenziare l’importanza del clima acustico e della sua valutazione e in questo contesto si stanno sviluppando studi e progetti di ricerca sul concetto di indoor soundscape, cioè di “paesaggio acustico interno” e su una sua caratterizzazione che tenga conto della percezione dell’utente. A titolo di esempio si cita una ricerca in corso (Soundscape assessment in Hospitals) da parte del NPL (National Physical Laboratory, UK) presso il St George’s Hospital di Londra, sul clima acustico nei reparti di terapia intensiva (Fig. 10 e 11).

Figura 10 – Posizione dei punti di misura in corrispondenza ai letti in un reparto di terapia intensiva Da www.npl.co.uk

Figura 11 – Valori rilevati in corrispondenza ai letti e ad altri punti: Linea superiore LAmax; Linea intermedia LAeq; Linea inferiore L90 Da www.npl.co.uk

Accorgimenti in fase progettuale Da quanto precedentemente esposto risulta che un monitoraggio dettagliato può richiedere la presenza, a livello di impianto e di ambienti, di numerosi sensori e dispositivi di misura; è evidente il vantaggio che risulta dall’averli già presenti all’atto dell’avviamento e della gestione dell’edificio o dell’impianto. È quindi più razionale e di solito più economico prevedere fin dalla fase progettuale quanto necessario per un monitoraggio adeguato agli scopi proposti che, come già visto, possono essere diversi. Usualmente i sistemi di regolazione, dai più semplici ai più complessi BMS, consentono di

acquisire una notevole quantità di informazioni, ma è facile rendersi conto che le grandezze oggetto di misura ai fini della regolazione di un impianto, non sempre esauriscono le esigenze di un corretto monitoraggio; inoltre nella maggior parte dei casi i valori delle grandezze utilizzate per la regolazione vengono misurati e utilizzati per l’azione regolante, ma non vengono memorizzati se ciò non è espressamente previsto nel software di gestione del sistema di regolazione.

Aspetti economici Tuttavia è altrettanto evidente che l’installazione di ulteriori sensori e apparecchi rispetto a quelli strettamente necessari per la regolazione e la gestione degli impianti può avere dei costi aggiuntivi anche considerevoli, soprattutto negli impianti di piccola e media dimensione: tali

costi devono trovare giustificazione nei benefici che si pensa di ottenere. A titolo indicativo si può assumere che il costo in opera di una sonda di temperatura possa essere di alcune decine di Euro per le tipologie più semplici (temperatura dell’aria, per ambiente), ma possa salire a molte centinaia di Euro per le tipologie più complesse (sonde di pressione differenziale, di qualità dell’aria, di velocità dell’aria a canale ecc.). Ancora più costosi sono i contatori di energia termica, la cui presenza non viene considerata “costo di monitoraggio” se necessari per operazioni di contabilizzazione, ma costituisce un onere aggiuntivo se espressamente installati ai fini del monitoraggio: il loro costo può arrivare ad alcune migliaia di Euro, anche per diametri relativamente modesti (DN 100 – DN 200) Ai costi di installazione dei sensori e degli apparecchi in campo si deve aggiungere il costo,

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FOCUS COMMISSIONING pro quota, del BMS, che può stimarsi, orientativamente in 150 – 200 € per “punto controllato”: tale costo include la quota parte di hardware e di ingegnerizzazione da attribuire alla misura considerata.

Aspetti progettuali Vi sono quindi due aspetti da considerare durante la progettazione: la predisposizione dei punti di misura e l’elaborazione (futura) dei valori misurati. Per quanto concerne il primo aspetto si tratta di individuare quei punti di misura che, pur non funzionali alla regolazione dell’impianto, possono fornire, attraverso il loro andamento nelle diverse condizioni operative, utili informazioni sulla funzionalità dell’impianto. Si considerino, per esempio, le temperature di ingresso e di uscita dei flussi d’aria in un recuperatore di calore: ai fini della regolazione dell’impianto di solito viene rilevata solo la temperatura dell’aria entrante per stabilire se sia conveniente aprire il by-pass per sfruttare l’azione di free-cooling; ma la conoscenza delle altre temperature consente di valutare se l’efficienza del recuperatore stesso varia nel tempo, per effetto di sporcamento, trafilamento o variazione delle portate. Certamente, per restare nel caso considerato, l’adozione di tre punti supplementari di misura (hardware e software) può avere un costo non trascurabile (potrebbe essere circa 600 €) che deve essere valutato in relazione all’importanza (potenzialità) della specifica apparecchiatura. L’altro aspetto molto importante è relativo al software che deve essere espressamente concepito fin dall’inizio in funzione del monitoraggio, prevedendo: • adeguate modalità di memorizzazione dei dati rilevati, con cadenze temporali che siano significative ai fini del grado di dettaglio necessario,

ma non eccessivamente ravvicinate per evitare l’accumulo inutile di grandi masse di dati; • adeguate procedure di calcolo che permettano di avere immediatamente la maggior parte delle informazioni che si richiedono (p.es. totali energetici giornalieri, mensili, stagionali; temperature medie, minime e massime). Un ultimo ragionamento può farsi a proposito delle temperature di ritorno dei diversi circuiti, o sezioni d’impianto, la cui conoscenza non sia strettamente necessaria per l’azione regolante. A questo proposito è importante tener conto della difficoltà di misurare correttamente l’energia termica in un circuito idronico in condizioni di carico ridotto se il circuito opera a portata costante: in tal caso la differenza di temperatura tra mandata e ritorno si riduce notevolmente, compromettendo la precisione della misura. È quindi vantaggioso sotto un duplice punto di vista realizzare impianti idronici a portata variabile: la riduzione della portata ai carichi parziali consente economie nelle spese di pompaggio fino a 80% e, d’altra parte, la stessa riduzione comporta un aumento della temperatura di ritorno (nel caso del raffreddamento) o una diminuzione (nel caso del riscaldamento) che esalta la differenza di temperatura sul contatore migliorandone l’accuratezza di misura (vedi Fig. 12).

Il monitoraggio mediante questionari La qualità dell’ambiente interno (IEQ, Indoor Environmental Quality) influenza significativamente la salute, il benessere e la produttività delle persone che occupano gli edifici. Lo studio della qualità dell’ambiente interno può essere effettuato con due diversi approcci, cioè misurando i parametri fisici che caratterizzano l’ambiente oppure domandando agli occupanti di valutare la qualità del proprio luogo di lavoro o abitazione. Il coinvolgimento degli

Figura 12 – Andamento della temperatura di ritorno in un circuito idronico a portata variabile al variare del carico

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utenti, che effettivamente risiedono in un edificio, è un metodo soggettivo che si sviluppa mediante somministrazione di questionari (survey), in formato cartaceo, oppure compilabili on-line: si tratta della Valutazione Post Abitativa (POE: Post Occupancy Evaluation), nella quale vengono utilizzati i questionari come strumento di indagine (Barlex, 2006). Questo metodo risulta particolarmente utile laddove si vogliano raccogliere elementi non altrimenti ottenibili a causa della totale mancanza o della scarsità di dati fisici rilevabili dalla strumentazione degli impianti, anche se il metodo stesso ha obiettivi che vanno oltre quelli ottenibili mediante l’analisi dei valori di parametri fisici rilevati; sono in corso anche diverse ricerche sulla relazione tra questionari e misure strumentali sui sistemi impiantistici degli edifici. Nel 2009 è stata pubblicata da ASHRAE, USGBC e CIBSE la prima versione di un documento intitolato “Performance Measurement Protocols for Commercial Buildings” (PMP), che ha lo scopo di fornire un protocollo di misura delle prestazioni degli edifici dal punto di vista dei consumi energetici e della qualità ambientale. In esso sono riportati i questionari più utilizzati per l’analisi dell’ambiente interno. Il protocollo suggerisce le metodologie di analisi per ogni tematica affrontata; si fa riferimento a misurazioni con strumentazioni (anemometri, termometri, fonometri, igrometri etc.), checklist e questionari da somministrare alle persone che lavorano o occupano l’edificio in studio. I questionari per le misure soggettive (Survey for Subjective Measures) variano di durata e di approfondimento in funzione del livello prefissato (ASHRAE, USGBC, CIBSE, 2010). Nel documento vengono suggeriti diversi questionari: un esempio sono il “CBE Survey”, realizzato nel 1996 dal Center for the Built Environment a Berkeley e l’“Indoor Environment Survey” sviluppato dal DTU (Technical University of Denmark).


Oltre a quello appena citato, sono stati sviluppati diversi altri questionari, nei quali si possono individuare le seguenti tematiche: comfort termico e correlazione fra le temperature di comfort e quelle interne/esterne, influenza del controllo delle temperature sulle prestazioni dei lavoratori, qualità dell’aria, qualità acustica, illuminotecnica e SBS. Ad essi si aggiungono tematiche orientate ad obiettivi specifici, come ad esempio la segnaletica dei sistemi di emergenza o l’efficienza delle apparecchiature degli uffici. Gossauer e Wagner (Gossauer 2007), revisionando la letteratura sulla valutazione post abitativa e sugli studi sul comfort termico suddividono le indagini in base a: comfort termico, SBS e strumenti per ottenere feedback delle performance degli edifici. La norma UNI EN ISO 10551, (UNI 2002) fornisce indicazioni sulle scale di percezione della condizione termica (con indicazione del numero di punti e della terminologia da utilizzare), le scale di valutazione e di sensazione termica. La norma non fornisce un apposito questionario universalmente applicabile, ma una serie di scale da usare in funzione dei caratteri indagati, da inserire in specifici questionari. Viene descritta la formulazione delle domande e le possibili scale di punteggio, quali ad esempio la scala bipolare (“bipolar affective evaluation scale”) oppure quella a 7 punti, definita scala Likert (Peretti et al., 2010). Per quanto riguarda le indagini realizzate in Italia, l’Università di Salerno ha proposto un questionario per le scuole che si basa sulla normativa prima citata (UNI EN ISO 10551) (Alfano et al., 1993); il questionario proposto dal Politecnico di Torino (Corgnati et al., 2009) è focalizzato sul comfort termico. Un altro questionario, rivolto ad alunni e insegnanti e riguardante i principali aspetti inerenti alla qualità ambientale delle scuole elementari italiane, è stato recentemente sviluppato dall’Università degli Studi di Padova e

distribuito in diverse scuole della provincia di Padova e Venezia (De Giuli et al, 2012). Il primo obiettivo verso il miglioramento della qualità degli ambienti interni, assieme alla salubrità, dovrebbe essere la garanzia di una condizione di comfort per gli occupanti, in particolare di comfort termo-igrometrico, acustico e visivo. Nonostante la ricerca della correlazione fra i parametri che caratterizzano gli ambienti interni (temperatura, umidità, livello sonoro, luminoso e IAQ) con la sensazione di benessere percepito sia onerosa e di difficile interpretazione, questo approccio permette di valutare l’IEQ nei suoi molteplici aspetti. Con il progredire della ricerca nel settore, è stato evidenziato che i parametri indoor non sono così

BIBLIOGRAFIA

• Alfano G., Cirillo E., d’Ambrosio F.R., Fanelli C., Fato I., Fattorini E., Leonardis C., Riccio G., Strambi F., Valentini F., Proposta di questionario per la valutazione soggettiva del benessere termoigrometrico. Atti del V Congresso Nazionale S.I.E., D2, Palermo, 1993. ASHRAE. 2004. ASHRAE Standard 135-4, A Data • Communication Protocol for Building Automation and Control Networks. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. • ASHRAE.USGBC.CISBE. 2009. Performance Measurement Protocols for Commercial Buildings. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc. • Corgnati S.P., Ansaldi R., Filippi M., Thermal comfort in Italian classrooms under free running conditions during mid seasons: Assessment through objective and subjective approaches, Building and Environment, Volume 44, Issue 4, April 2009, pp.785-792, 2009. • De Giuli V., Da Pos M., De Carli M., 2012. Indoor environmental

chiaramente descrivibili attraverso misure strumentali. Recenti studi hanno infatti ipotizzato che l’insieme di più parametri, quali ad esempio la qualità dell’aria in ambienti chiusi, l’illuminotecnica e l’acustica possono essere correlate con il comfort termico al fine di descrivere un indice univoco, definito benessere globale. Questo parametro può essere analizzato mediante un’indagine soggettiva attraverso questionari. n * Domenico Fernando Antonucci, Roberto Zecchin, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Padova ** Massimo Cadorin, Manens-TFS, Padova

quality and pupil perception in Italian primary schools. Building and Environment; 56: 335-345. • Peretti C., De Giuli V., De Carli M. 2010. Analisi critica dei questionari come approccio soggettivo per la valutazione della qualità degli ambienti interni. 65º Congresso nazionale ATI, 9 1-9. • UNI. 1997. Ripartitori dei costi di riscaldamento per la determinazione del consumo dei radiatori. Apparecchiature ad a alimentazione elettrica. Norma UNI EN 834. Milano: Ente Italiano di unificazione. • UNI. 2002. Ergonomia degli ambienti termici Valutazione dell’influenza dell’ambiente termico mediante scale di giudizio soggettivo. Norma UNI EN ISO 10551. Milano: Ente Italiano di unificazione. • UNI. 2005. Impianti termici centralizzati di climatizzazione invernale. Ripartizione delle spese di climatizzazione invernale. Norma UNI 10200. Milano: Ente Italiano di unificazione.

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FOCUS COMMISSIONING

Misurare i risparmi attesi

Il protocollo IPMVP, validato a livello internazionale e presto disponibile in Italia, consente di specificare la precisione e il costo delle M&V (Misure e Verifiche) in relazione alle disponibilità e all’entità dei risparmi attesi di Flavio Conti*

N

elle mostre e convegni specializzati del settore, le nuove tecnologie efficienti spesso promettono percentuali di risparmio eclatanti, senza precisare rispetto a quali situazioni i risparmi sono riferiti e lasciando poi del tutto imprecisato come tali risparmi possano venir misurati. Poiché, come universalmente noto, i risparmi d’energia non possono essere oggetto di misurazioni dirette perché rappresentano un’assenza di consumo, in ogni progetto di efficienza energetica vanno definite le modalità di misurazione e calcolo dei risparmi al fine di poter disporre ex-ante di un’analisi costi-benefici per la decisione attuativa degli interventi e per poter verificare ex-post la corrispondenza delle reali prestazioni con i dati di progetto. In altri termini, specie per i progetti d’intervento di medie-grandi dimensioni, v’è la necessità di disporre di un Protocollo che indichi come misurare le varie grandezze energetiche caratterizzanti gli interventi e quale procedura seguire per le verifiche di corrispondenza progettuale. Non è infatti sufficiente che le prestazioni delle varie

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misure scelte di efficienza energetica (materiali, apparecchiature) siano certificate, poiché queste molto spesso possono venir alterate quando installate nelle condizioni reali o inserite in modo non corretto in sistemi complessi.

Protocolli M&V In questa prospettiva in vari paesi industrializzati si sono sviluppati dei Protocolli di Misure & Verifiche (M&V) con diversi scopi ed obbiettivi, ma tutti volti a garantire ai decisori le prestazioni delle nuove tecnologie energetiche ed ambientali. Infatti, senza procedure di M&V che garantiscano gli utenti sulle prestazioni dichiarate, è e sarà molto difficile decidere investimenti volti a sostituire obsolete ed inquinanti tecnologie con altre più moderne, efficienti e meno inquinanti. Nonostante si sviluppino a livello continentale (Unione Europea, USA) varie normative di Certificazione Energetica ed Ambientale, l’adozione di chiari e semplici Protocolli di M&V può favorire una più intensa attività economica volta al miglioramento dei parchi edilizi in tutti i paesi.

Linee Guida AiCARR La mancanza a livello italiano di un dettagliato protocollo di M&V e l’evidente necessità di disporre anche di un tale strumento a supporto dei programmi di efficienza energetica hanno indotto AiCARR nel 2010 ad organizzare un Gruppo di Lavoro per la stesura di Linee Guida volte sia ad ottimizzare il commissioning degli impianti sia a definire un Protocollo di M&V per l’Italia. L’esistenza di un protocollo validato ed accettato a livello internazionale come IPMVP ha orientato AiCARR a svilupparne una versione adattata alla situazione italiana. Il Gruppo di Lavoro, già attivo per la traduzione del testo internazionale e per l’introduzione nel protocollo dei riferimenti legislativi e normativi italiani o europei, è


Un panorama incerto

In Italia a tutt’oggi non esiste un Protocollo riconosciuto di calcolo del risparmio da interventi di Efficienza Energetica e neppure una consolidata metodologia di verifica delle prestazioni in opera delle varie apparecchiature che vengono installate nelle strutture edilizie ed industriali. Le uniche procedure di valutazione del Risparmio Energetico generato da interventi di efficienza energetica sono quelle definite dall’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas (AEEG) per un controllo esteso dei Certificati Bianchi, ma per la maggior parte sono procedure molto semplificate e poco adatte per progetti importanti. La mancanza di un Protocollo di M&V dettagliato penalizza pesantemente le possibilità di investimento, poiché i committenti non hanno garanzie prestazionali sui loro investimenti energetici né una precisa indicazione dei risparmi ottenibili. I finanziamenti per l’efficienza energetica sono strettamente legati alla redditività e questa a sua volta dipende dal risparmio monetario ottenibile.

Di questa esigenza ci si è resi conto dapprima negli Stati Uniti, in cui il US Department of Energy (DoE) nel 1994 iniziò un progetto di sviluppo di Protocollo (NEMVP) che fu poi esteso su scala internazionale nel 1997. Il protocollo risultante da questa collaborazione (International Performance M&V Protocol – IPMVP), inizialmente dedicato solo alle strutture esistenti, ha subito nel tempo diversi aggiornamenti ed estensioni (agli edifici nuovi ed all’applicazione delle fonti rinnovabili) ed è in uso in più di 27 paesi. Negli anni di inizio secolo il DoE ha passato la gestione e la diffusione internazionale del progetto IPMVP a EVO (Efficiency Valuation Organization), organizzazione che ne coordina l’aggiornamento da parte dei numerosi collaboratori internazionali ed organizza corsi di formazione di professionisti certificati esperti di M&V (CMVP).

impegnato anche allo sviluppo di esempi applicativi tipici della realtà nazionale. Il Gruppo è aperto alla collaborazione volontaria di chiunque fosse interessato allo sviluppo di queste Linee Guida.

Cos’è l’IPMVP e perché usarlo L’IPMVP è un documento che descrive procedure standard che, se implementate, permettono a vari operatori (proprietari di immobili, compagnie di servizio energetico (ESCo), finanziatori di progetti di efficienza energetica negli edifici) di quantificare correttamente i parametri caratterizzanti le Misure di Efficienza Energetica (MdEE) e i relativi risparmi sia in termini energetici che economici. Tale protocollo è stato concepito come strumento di riferimento da utilizzare soprattutto per i contratti basati sulle Prestazioni (EPC) e le attività delle ESCo. Come sopra accennato, il protocollo IPMVP è particolarmente utile e necessario quando si devono implementare progetti di efficienza energetica rilevanti. In questi casi occorre non solo essere in grado di calcolare il risparmio generato, ma anche conoscere l’errore associato ai vari parametri e dati utilizzati nel calcolo e quali ripercussioni si possono avere sul VAN o altri indicatori della convenienza economica. Le M&V ex-post, se effettuate in modo

appropriato e conforme alle indicazioni di IPMVP possono, dopo un breve periodo di misura, evidenziare le discrepanze rispetto al risparmio atteso e consentire così quegli interventi di commissioning che possono migliorare le prestazioni ed il risparmio ai livelli attesi.

In questo senso, l’utilizzo del Protocollo contribuendo a ridurre le incertezze del progetto, può venir considerato anche uno strumento di management del rischio. Inoltre, la documentazione delle M&V condotte secondo le prescrizioni di IPMVP può costituire la base documentale trasparente e verificabile da parte di terzi indipendenti per le garanzie contrattuali ed i pagamenti finanziari. Figura 1 – Management del rischio di M&V

The M&V Protocol

The execution of a proposed M & V protocol according to the IPMVP is a demanding job that requires special skills and knowledge, not only engineering but multidisciplinary. The IPMVP protocol is sufficiently flexible to allow users to specify the precision and the cost of M&V in relation to the availability and amount of expected savings. The energy efficiency projects of a certain size require the determination of energy savings procedures with accurate, reliable and verifiable. IPMVP is a protocol tested and validated internationally and AiCARR is committed to making it available in the Italian context. Keywords: M&V, IPMVP, AiCARR

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FOCUS COMMISSIONING Consumi variabili

Vantaggi culturali

L’utilizzo del Protocollo IPMVP ha anche vantaggi culturali e formativi in quanto consente a soggetti di varia estrazione di acquisire la stessa terminologia tecnico-economico-legale e facilita così la comprensione fra i diversi soggetti implicati nelle azioni di riqualificazione energetica. Va infatti ricordato che nei contratti basati sulle prestazioni, la parte più critica del contratto è proprio la misurazione delle prestazioni e del risparmio e, in caso di contestazioni, tutti devono utilizzare una terminologia comune ed accettata. La disponibilità di un Protocollo di M&V, validato ed utilizzato a livello internazionale, consente anche un suo utilizzo per il calcolo della riduzione delle emissioni associate a progetti di efficienza energetica.

Aspetti metodologici La determinazione dei risparmi di un progetto di efficienza energetica potrebbe sembrare una banalità, essendo basato su una semplice sottrazione fra il consumo della struttura prima e dopo l’installazione delle misure di efficienza energetica (MdEE). In realtà, ogni passo della procedura di M&V deve essere precisato nelle definizioni, nelle modalità di attuazione delle misurazioni e della raccolta dati, nel metodo di calcolo, etc. Il Protocollo, pur non prescrivendo alcuna tecnica di audit energetico in particolare, tuttavia indica tutti i dati che devono essere raccolti durante la campagna di M&V. La parte introduttiva del Protocollo concerne le definizioni, i principi basilari e l’organizzazione delle misurazioni. Analogamente alle procedure di audit, anche il Protocollo IPMVP richiede che si definiscano: 1. gli scopi e le aree dell’intervento sulle strutture (edifici, industrie) e le tecnologie di efficienza energetica;

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2. le misurazioni e le verifiche da effettuare sulle strutture; 3. la relazione tecnica (Report) da fornire alle parti contrattuali. La progettazione completa di una campagna di M&V va fatta solo quando le MdEE sono state definitivamente adottate. Dopo di che, va individuato il confine o contorno della misurazione, la cui ampiezza può variare dal semplice contorno comprendente le apparecchiature sostituite (es. una caldaia o un sistema di lampade) fino a comprendere l’intera struttura nel caso di interventi multipli combinati. Tutti gli effetti energetici delle MdEE all’interno del confine devono essere presi in conto: i più significativi vanno misurati, i meno importanti possono essere stimati, quelli esterni al confine (effetti interattivi) vanno discussi e stimati. Condizioni preliminari e raccolta dati

Il passo seguente deve essere la fissazione delle condizioni ed il periodo di riferimento e la raccolta dati dell’anno di base. Errate determinazioni delle condizioni iniziali pregresse conducono a misurazioni imprecise, contestazioni e dispute legali. Il periodo di riferimento dovrebbe essere scelto in modo da rappresentare tutte le modalità di conduzione della struttura e comprendere l’intero ciclo operativo, con i consumi massimi e minimi d’energia. Va poi indicato il periodo di prova o di M&V, che deve comprendere come minimo un ciclo operativo dell’impianto o della struttura edilizia al fine di poter accertare e validare completamente l’esistenza dei risparmi in tutti i normali modi di conduzione. Anche il periodo di prova deve comprendere, come minimo, un ciclo operativo dell’impianto o della struttura edilizia al fine di poter accertare e validare completamente l’esistenza dei risparmi in tutti i normali modi di conduzione.

Nei casi di consumi costanti e di miglioramenti costanti nel tempo, il calcolo dell’energia risparmiata può essere alquanto banale. Non lo è più quando intervengono vari fattori che rendono il consumo variabile nel tempo. (vedasi il box “Esempio di Consumo Energetico nel tempo”). In realtà le curve di consumo variano per molte ragioni: • severità del clima • occupazione dei locali • livelli di produzione di una fabbrica • ampliamenti o riduzione dell’area condizionata • modalità di gestione Pertanto, al fine di poter effettuare un confronto corretto fra i consumi di base e di prova, occorre introdurre delle correzioni o aggiustamenti che riportino le rispettive situazioni alle medesime condizioni operative. Di solito i risparmi sono riferiti al periodo di prova e sono chiamati Consumo Energetico Evitato del Periodo di Prova. In questo caso i dati energetici del periodo di riferimento devono essere aggiustati alle condizioni del periodo di prova. Si possono usare anche condizioni diverse da quelle di riferimento per la base a cui ricondurre i consumi con gli aggiustamenti. Le condizioni possono essere quelle del periodo di riferimento, ovvero qualche altro periodo o un insieme di condizioni tipiche medie o normali. In questo caso si parla di “risparmi normalizzati” del periodo di prova.

Il piano di M&V La parte fondamentale del processo di M&V risiede nel Piano di M&V che deve essere stilato, approvato ed eseguito rigorosamente onde poter essere dichiarato conforme al Protocollo IPMVP. Il Protocollo IPMVP prevede che le Parti possano di comune accordo scegliere tra 4 differenti opzioni di misura, (A, B, C, D) a seconda della grandezza e complessità delle MdEE, del numero di MdEE e loro interrelazione, dei costi delle misurazioni rispetto al valore del risparmio atteso e della precisione desiderata.


I passi del piano di M&V

• Descrivere le misure di EE e loro scopo, l’impatto atteso e le modalità implementative • Specificare l’opzione di IPMVP di determinazione dei risparmi ed il “confine” delle misurazioni • Documentare le condizioni di riferimento (baseline) con: • il periodo di riferimento • tutti i dati di energia e potenza • i valori corrispondenti di tutte le variabili indipendenti • i fattori statici (tipo d’occupazione, periodi, dati anomali, dettagli, dimensioni, dati descrittivi delle strutture, inventario degli impianti con dati di targa, condizioni operative, foto, problemi di conduzione e gestione, periodi di fuori-uso, etc.) corrispondenti con i dati d’energia • Documentare le analoghe condizioni del periodo di prova • Dichiarare la base cui si devono riportare il periodo di riferimento e di prova per gli aggiustamenti

• OPZIONE A: Misura parziale di una singola MdEE in cui solo alcuni parametri sono misurati, mentre altri sono concordati. Tipico esempio è un intervento di sostituzione di lampade con altre più efficienti. In tal caso il parametro-chiave è il livello di potenza complessivo che viene misurato prima e dopo l’intervento,

• Specificare le procedure di analisi, gli algoritmi e le ipotesi del calcolo dei risparmi • Indicare i prezzi dell’energia e impegno di potenza usati • Descrivere le specifiche delle misurazioni da effettuare: la strumentazione scelta, i protocolli di misura, le procedure di calibrazione, le modalità di recupero o trattamento di dati errati o mancanti; • Descrivere le procedure di collaudo e di verifica funzionale dell’installazione o del retrofit realizzato. • Assegnare le responsabilità per la relazione tecnica, la raccolta dati energetici, le variabili indipendenti ed i fattori statici • Valutare e definire a priori la precisione attesa • Definire le risorse ed il budget necessario per la campagna di M&V • Indicare come deve essere realizzata la relazione tecnica e a chi è destinata • Specificare le procedure di Quality-Assurance adottate nella realizzazione delle relazioni tecniche

mentre il parametro “ore di accensione” può essere semplicemente stimato sulla base degli orari di lavoro e concordato fra le parti. • OPZIONE B: Misura completa di una singola MdEE, in cui tutti i parametri sono misurati. Tipico esempio è l’installazione di un variatore di velocità per controllare la portata di una pompa. In questo caso il parametro-chiave (la potenza del motore) varia nel tempo. Occorre quindi monitorare questo parametro ogni

minuto sia durante tutto il periodo di riferimento che in quello di Prova. • OPZIONE C: Misurazione a livello dell’intero edificio dell’effetto simultaneo di più MdEE con raccolta dati continua di lettura di contatori per l’intero edificio ed eventuali sottocontatori ad hoc per particolari zone, con confronti e regressioni statistiche. Tale opzione va scelta quando si deve implementare un programma di Energy Management in un

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FOCUS COMMISSIONING

Conclusioni

ENERGY MANAGEMENT. La misurazione a livello dell’intero edificio dell’effetto simultaneo di più MdEE va eseguita quando si deve implementare un programma di Energy Management in un edificio o un complesso di edifici del terziario o dell’industria edificio o un complesso di edifici del terziario o dell’industria. • OPZIONE D: va scelta quando necessitano simulazioni delle prestazioni degli impianti o dell’intero edificio, che permettono la determinazione dei risparmi quando i dati dell’anno di base o di post-retrofit non sono disponibili o risultano inaffidabili. Per quanto la descrizione di cui sopra possa apparire semplice per gli addetti al settore (Auditor, Energy Manager), tuttavia gli aspetti di dettaglio di tutti i passi del piano M&V sono molto sofisticati e richiedono particolare attenzione ed esperienza applicativa. Particolare cura va

posta nell’analisi degli errori (casuali e sistematici dei dati). Nella progettazione di una campagna di M&V è necessario applicare conoscenze statistiche approfondite sia per la quantificazione del numero di rilevamenti (e quindi di strumenti) per ottenere una certa precisione desiderata, sia per la modellizzazione dei consumi in funzione di parametri-chiave (regressioni ed analisi dei risultati). Anche la preparazione della relazione tecnica con cui il professionista informa le parti contrattuali dei risultati della M&V, si richiede venga compilata non solo nel modo più completo ed esauriente, ma anche adattata alla comprensione del tipo di persone chiamate a leggerla.

• Una maggior diffusione di pratiche di M&V è auspicabile in Italia per facilitare la finanziabilità e credibilità dei progetti di efficienza energetica. • I progetti di efficienza energetica di una certa entità richiedono la determinazione dei risparmi energetici con procedure precise, affidabili e verificabili, che solo un protocollo validato internazionalmente può assicurare. • Il protocollo IPMVP è sufficientemente flessibile per consentire agli utilizzatori di specificare la precisione ed il costo delle M&V in relazione alle disponibilità ed all’entità dei risparmi attesi. • L’esecuzione di un progetto di M&V secondo il protocollo IPMVP è un lavoro impegnativo che richiede apposite competenze e conoscenze, non solo ingegneristiche ma multidisciplinari. • IPMVP è un protocollo sperimentato e validato a livello internazionale e AICARR è impegnata a renderlo fruibile nel contesto italiano. n * Flavio Conti, ing. Consulente Energetico, ex Funzionario Scientifico della Commissione Europea

Esempio di Consumo Energetico nel tempo

Figura 2 – Andamento storico dei consumi di una caldaia industriale prima e dopo l’implementazione di una Misura di Efficienza Energetica (MdEE) per il recupero del calore sui fumi di scarico. Si nota come in concomitanza dell’installazione della miglioria, anche il livello di produzione è aumentato. Per documentare correttamente l’impatto della MdEE, il suo effetto energetico deve essere separato dall’effetto dovuto all’aumento della produzione. L’andamento del consumo di Riferimento prima dell’implementazione della MdEE è stato studiato per determinare la relazione fra il consumo e la produzione industriale. A seguito dell’installazione della MdEE, la relazione consumo-produzione del periodo di riferimento è stata utilizzata per stimare quanta energia la fabbrica avrebbe consumato ogni mese se non vi fosse stato l’effetto della MdEE (vedi Figura 3)

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Figura 3 – Curva di riferimento aggiustata. I risparmi, ovvero il Consumo Energetico Evitato, sono la differenza fra il consumo energetico di riferimento “aggiustato” ed il consumo reale effettivamente misurato durante il Periodo di Prova. Senza gli aggiustamenti per l’aumento di produzione, la differenza fra i consumi del periodo di riferimento e quello di prova sarebbe stata assai minore, con sottostima dell’effetto del recuperatore di calore


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FOCUS COMMISSIONING

Monitoraggio degli impianti, i vantaggi dell’utilizzo di dispositivi tablet I

l monitoraggio continuo e la ma-

nutenzione mirata degli impianti sono una condizione fondamentale per poter assicurare i rendimenti energetici del sistema edificio-impianto previsti in fase progettuale. È quindi fondamentale intervenire in tempi rapidi e in maniera certa per azzerare le anomalie legate ai possibili malfunzionamenti dei vari componenti d’impianto ma anche alla cattiva gestione degli impianti stessi. Intervenire su impianti complessi risulta molto più semplice quando si possono conoscere in tempo reale i valori di portata, pressione e temperatura del fluido termovettore che transita nei vari tratti dell’impianto ed è possibile verificare lo stato di funzionamento delle principali apparecchiature (in funzione, spento, in blocco). È ancora più semplice se chi deve intervenire ha nel palmo di una mano una “fotografia” di come sta funzionando l’impianto.

Obiettivi raggiungibili Tramite dispositivi tablet (nel caso specifico un iPad) dotati di una scheda sim al loro interno o di una connessione wifi è infatti possibile accedere al sistema di supervisione dell’impianto per: • verificare lo stato di funzionamento; • rilevare gli allarmi presenti; • modificare i parametri di set-up; • accendere/spegnere l’impianto o le singole apparecchiature che lo compongono; • verificare il rendimento energetico; • leggere lo storico di tutti i parametri rilevati (pressioni, temperature, lux, umidità, CO2 presente in ambiente, COP delle macchine, …), graficarli e verificarne l’andamento. Il tablet è solo un “lettore”: tutti i parametri risiedono all’interno di un PC industriale installato a bordo del quadro elettrico di supervisione e controllo.

Dall’Enea un testo che illustra come le nuove tecnologie contribuiscano a migliorare e velocizzare gli interventi su anomalie o guasti Requisiti necessari È possibile monitorare un massimo di 60100 siti da un’unica macchina, purché dotata di sistema operativo Windows XP o Windows 7 e sulla quale siano state preventivamente installate le pagine grafiche dell’impianto. Il limite è tuttavia dettato dalla quantità di variabili inserite in registrazione e dalla loro frequenza di campionamento. Non è necessario che ogni impianto sia dotato di un PC: è sufficiente che il PC industriale installato a bordo quadro abbia accesso ad internet. In questo modo, in maniera sicura e veloce, è semplice assicurare che gli impianti stiano effettivamente funzionando assicurando i rendimenti energetici attesi. n

Struttura hardware e software

• Impianto di supervisione dotato di un controllore industriale installato a bordo quadro di regolazione e controllo con accesso remoto (es. PC industriale Einstein); • PC dotato di sistema operativo Windows XP o Windows 7; • Software di gestione pagine grafiche impianto (UltraSite 5.01: www.emersonclimate.com); • PC Tablet (es. iPad); • Software per l’accesso remoto a desktop condivisi. Nel nostro caso è stato utilizzato Mocha RDP Lite version 2.8 installato su iPad (scaricabile da AppStore Apple)

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FOCUS COMMISSIONING

Applicazione delle

procedure di TAB

per gli impianti ad aria

G

li impianti di climatizzazione hanno in gene-

rale lo scopo di controllare le condizioni ambientali all’interno degli edifici. Un obiettivo che può essere in generale correlato all’esigenza di perseguire il benessere in senso lato per ambienti civili o a quella di garantire le corrette condizioni operative in caso di ambienti industriali o di processo. Tali impianti sono in generale basati su di un concetto di trattamento o produzione centralizzati, di distribuzione dei fluidi e di interfacciamento locale con gli ambienti attraverso l’utilizzo di terminali. Risulta evidente che il ruolo di ciascuna delle tre parti è fondamentale per l’ottenimento ed il mantenimento delle prestazioni, ma ci limiteremo, in questa sede, a trattare la problematica relativa al corretto bilanciamento delle reti di distribuzione, con particolare riferimento alle reti ad aria.

La progettazione di una rete Qualunque sia il campo di applicazione, l’attività concettuale di progettazione di una rete ad aria o ad acqua consiste nel calcolo delle portate che devono essere condotte a ciascun terminale d’utenza e nella determinazione delle caratteristiche fisiche (i.e. nel caso dell’aria la temperatura, l’umidità, i livelli massimi dei contaminanti)

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La taratura degli impianti è un’operazione indispensabile per ottenere alte prestazioni, ma implica l’adozione di alcuni accorgimenti sia progettuali che costruttivi. Esaminiamoli nel dettaglio di Federico Pedranzini* che rendono tali portate efficaci ai fini dell’ottenimento della prestazione alle condizioni di progetto. Ne segue che la prestazione finale risulta strettamente legata alla capacità dell’impianto di garantire le portate di progetto per ogni utenza/ambiente e, quindi, per ogni terminale. L’ottenimento di questo risultato comporta l’adozione di una serie di misure progettuali e realizzative specifiche. Le conseguenze di un cattivo o mancato bilanciamento possono tradursi nella mancata prestazione a livello di uno o più ambienti e/o in un consumo termico ed elettrico superiore al minimo necessario. Per questi motivi un qualunque sistema di distribuzione non può considerarsi collaudabile in assenza del bilanciamento e della documentazione che ne attesti il buon esito.

Il bilanciamento delle reti aerauliche Relativamente agli impianti ad aria, i fattori che ne motivano l’adozione sono sostanzialmente riconducibili alla necessità di immettere in ambiente dell’aria di rinnovo. Tali impianti possono in generale essere considerati come complemento ad impianti ad acqua, tuttavia ogni qualvolta che la quantità di aria di rinnovo resa necessaria dall’entità dei carichi contaminanti da assolvere è consistente, è possibile affidare al medesimo impianto anche il compito di controllo dei carichi sensibili e latenti, arrivando in questo modo ad un sistema


La procedura di TAB

L’attività di TAB, applicata agli impianti ad aria ha come finalità l’individuazione della corretta posizione degli elementi di taratura e la definizione della idonea velocità dei ventilatori. Un aspetto estremamente importante è legato al fatto che il fine della taratura non è soltanto l’ottenimento delle portate di progetto, a meno delle tolleranze prestabilite, ma anche il fatto che questo avvenga alla minima pressione possibile, ovvero al minor consumo energetico. L’intrinseca complessità delle operazioni di bilanciamento risiede nel fatto che ogni intervento sugli organi di taratura si ripercuote su tutta la rete. La chiusura di una serranda comporta infatti una differente ripartizione della portata e una differente distribuzione delle pressioni in tutti i punti della rete oltre che, in generale, una variazione del punto di lavoro del ventilatore. Per questo motivo le procedure di taratura ad oggi utilizzate sono caratterizzate da iteratività delle

definito come impianto a tutt’aria [1] e alla possibilità di non installare alcun terminale ad acqua. Si deve inoltre considerare che il trend di crescente attenzione nei confronti dei consumi energetici degli edifici e l’entità dei possibili risparmi connessi all’adozione di sistemi ad aria con recupero hanno di fatto aperto al mercato degli impianti di ventilazione meccanica anche settori fino ad ora solo marginalmente coinvolti, come ad esempio quello, vastissimo, delle applicazioni residenziali. Vista la complessità del comportamento di una generica rete aeraulica, l’adozione a priori di tutte le misure progettuali e realizzative del caso non risulta sufficiente, e si necessita in generale di una serie di azioni specifiche di equilibratura da adottarsi dopo che l’impianto è stato realizzato. L’insieme di tali azioni prende il nome di bilanciamento o, con riferimento alla dizione anglosassone “testing, adjusting and balancing” (TAB). Le attività di bilanciamento richiedono dunque che l’impianto

operazioni e da considerevole incertezza relativamente al numero minimo di singole regolazioni necessario. Si può in linea teorica asserire che su di un impianto reale è possibile identificare infinite situazioni di bilanciamento delle portate, tuttavia è necessario individuare, tra tutte, quella che prevede la minor pressione, ovvero quella che vede almeno un percorso caratterizzato da massima apertura di tutte le serrande. Questa problematica è alla base del fatto che, per quanto ogni procedura iterativa possa virtualmente portare all’ottenimento del risultato in termine di misura delle portate di progetto, non è affatto scontato che la soluzione identificata sia anche quella corrispondente al minor consumo. È necessario di conseguenza adottare delle procedure prestabilite che tengano conto degli aspetti energetici e che siano in grado di ottimizzare i tempi operativi.

sia predisposto e che le caratteristiche minime che un sistema ad aria deve possedere siano sia di tipo funzionale (presenza di organi di taratura di ramo e su tutti i teminali, possibilità di modificare i parametri di funzionamento come ad esempio nel caso degli impianti ad aria la velocità di rotazione dei ventilatori) sia di tipo dimensionale (compatibilità dimensionale delle canalizzazioni e del ventilatore). Sebbene tali prescrizioni si possano definire come minime e necessarie, non sempre sono sufficienti: un elemento discriminante, relativamente alla criticità di bilanciamento, è da ricercare nella qualità di stesura della rete unifilare che descrive passaggi e percorsi delle canalizzazioni. Tenendo conto di ciò, si può certamente asserire che il primo requisito per un’efficace taratura è di fatto progettuale: il progettista ha la possibilità di prevenire molte delle situazioni che rendono critica la fase di TAB.

La determinazione del terminale sfavorito può avvenire a valle di una misura di portata su tutti i terminali (Testing) e può in teoria essere determinata a priori partendo dai dati di progetto. L’esperienza mostra tuttavia come, in particolare per le reti ad aria, il comportamento reale è spesso differente da quello ipotizzato in fase di calcolo, e che di conseguenza risulta di fatto sempre necessario un intervento specifico che comporta l’effettuazione di un elevato numero di misure sulla rete e ai terminali nonché l’effettuazione di interventi progressivi sugli organi di taratura nella fase vera e propria di bilanciamento (Balancing) nonché una azione specifica su circolatori e ventilatori al fine di adattare al meglio le loro condizioni di funzionamento alle esigenze della rete (Adjusting). Il metodo ad oggi maggiormente utilizzato è il metodo definito “del rapporto” [2] e viene suddiviso nelle tre fasi di cui sopra.

Aspetti operativi

Testing

Che si tratti di impianti, a temperatura costante, ad aria o ad acqua, le procedure comunemente utilizzate e proposte da normativa e letteratura sono caratterizzate da una iniziale verifica della rete al fine di definire quali siano i terminali che, per distanza, portata di progetto o tortuosità del percorso, saranno definiti come sfavoriti.

In generale il terminale sfavorito è quello che, ad impianto tarato, definisce il minimo valore di pressione (depressione) necessario nel punto iniziale della rete in caso di reti di mandata (ripresa). La fase iniziale della procedura di TAB è definita fase di Testing e serve in sostanza proprio all’individuazione strumentale del terminale sfavorito e all’ordinamento di tutti i terminali secondo il valore di un parametro chiamato “rapporto caratteristico”. Si prevedono di conseguenza quattro passi: 1) apertura di tutte le serrande di ramo e terminali; 2) misura di tutte le portate ai terminali; 3) determinazione per ogni terminale del rapporto caratteristico di ciascun terminale definito come rapporto tra la portata misurata e la portata di progetto; 4) ordinamento di tutti i terminali per rapporto crescente, eventualmente considerati ramo per ramo e individuazione dei terminali sfavoriti di ciascun ramo.

HVAC Testing, Adjusting and Balancing

The calibration of the equipment proves to be a cornerstone in the achievement of project performance, but it’s particularly critical as it involves the adoption of design measures both in the absence of such construction that it is not possible to balance. The procedures to be taken are therefore dedicated on the one hand to the verification in the process of investigation of all the data and the predispositions necessary to the activities of TAB and the other to the actual phase of balance in accordance with procedures established and able to obtain the result within a reeenable time. The success of an activity of TAB is therefore dependent on the application of specific measures at all stages of design and construction and is fully part of the major chapters of Commissioning. Keywords: HVAC, TAB, calibration

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FOCUS COMMISSIONING Balancing

Figura 1 – Rappresentazione del circuito dimostrativo Aicarr – AirLab Figura 1. Rappresentazione del circuito dimostrativo Aicarr – AirLab Tale circuito è rappresentativo della generalità dei circuiti aeraulici per geometria e per schema di connessione ai diffusori. Per ciascun diffusore del circuito è stata inizialmente una portata di portate progetto (Tabella 1). delle di progetto Tabella 1definita – Definizione

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Tabella 1. Definizione delle portate di progetto

Considerando un ramo per volta si agisce su una coppia di due terminali per volta, partendo da quelli più sfavoriti. Il bilanciamento reciproco vede come obiettivo non già il raggiungimento delle portate di progetto, ma il raggiungimento per entrambi del medesimo rapporto caratteristico definito come sopra. Poiché tuttavia agendo sulla serranda del secondo la portata sull’altro tenderà ad aumentare, il rapporto varierà per entrambi andando inizialmente a convergere e in seguito ad invertire l’ordine. Occorre pertanto eseguire una serie di misure alternate tra un terminale e l’altro che consentano di modificare i rapporti di ciascun terminale al medesimo valore senza sforare oltre il punto di convergenza. Il minimo numero di misure teoriche per ciascuna coppia considerata è pari a tre, posto che l’operatore sia abbastanza esperto da regolare correttamente al primo intervento. Questa condizione “ottimale” è perseguibile normalmente unicamente nel caso in cui lo sviluppo della rete sia stato ragionato fin dalla prima

Le portate indicate sono proporzionate alle dimensioni del circuito. Si evidenzia il fatto che le prove realizzate e le verifiche dimensionali hanno dimostrato che il comportamento del circuito sperimentale non si discosta significativamente dal comportamento di un circuito reale e che la fluidodinamica risulta rappresentativa di quella riscontrabile negli impianti reali caratterizzati da portate ben maggiori. E’ stata quindi applicata sul circuito sperimentale la procedura di TAB seguendo il del rapporto. I passi diintaratura sequenza vengono riferiti alle tre fasi di Testing, di diffusori, il relativo posizionamento, il posizionamento delle serrande e dei Lemetodo criticità intrinseche della procedura sono e devono essere unicamenBalancing ed Adjusting e in Figura 2 vengono rappresentati i quindici passi necessari. percorsi delle canalizzazioni. te quelle legate all’iteratività del procedimento descritto ed al fatto che le misure Un aspetto fondamentale delle attività di commissioning in generale, ma che ha di portata ai terminali richiedono strumentazione idonea e qualificata nonché una pesanti ricadute sul TAB, è inoltre quello relativo alla valutazione delle perdite metodologia di misura che richiede capacità, cura e, in particolare, tempo. d’aria del circuito. Questo aspetto infatti, oltre ad essere determinante per i conL’effetto combinato di iteratività (non si conosce a priori il numero di misure che sumi energetici e in qualche caso per fattori legati alla qualità dell’aria (i.e. per la sarà necessario effettuare) e delicatezza della misura (ogni misura richiede tempresenza di sovrapressioni nei controsoffitti) risulta fondamentale per la corretta po) si traduce in una difficile quantificabilità a priori dei tempi di TAB. Questo imdeterminazione delle portate complessive. plica in generale una difficile attribuzione di risorse economiche e di disponibilità In generale vale l’assunto che la valutazione di portata complessiva risulta più di tempo alle attività di TAB che solitamente rientrano come capitolo specifico del affidabile se condotta in prossimità della Unità di trattamento aria tramite una Commissioning. misura traversa (per esempio tramite tubo di Pitot), mentre le misure ai terminaUn differente ordine di criticità non è correlato alla complessità del comportali risultano essenziali ai fini del bilanciamento. La considerazione di una portata mento aeraulico della rete, ma può essere correlato ad aspetti funzionali o didi infiltrazione nei punti in depressione delle reti e di una portata di esfiltrazione mensionali che pregiudicano in partenza la possibilità di effettuare il TAB applinei punti in pressione legittima l’idea che esista sempre una quota di portata elacandone le procedure sopra descritte. Tali aspetti devono essere verificati prima borata del’UTA che non passa dai terminali di mandata e di ripresa. Risulta quindi di dare inizio alla taratura descritta come sopra e costituiscono prerequisito non evidente che elevate perdite d’aria della rete vanificano in buona parte gli sforderogabile. zi dedicati al bilanciamento. A questo proposito la normativa relativa ai circuiti In generale tali aspetti possono essere riferiti a: aeraulici mette a disposizione un metodo di classificazione delle classi di tenuta • presenza e accessibilità degli organi di taratura – serrande di ramo e serrande delle reti nonché una procedura di misura delle stesse, considerandole sia in presterminali; sione che in depressione. • piena funzionalità delle UTA, filtri puliti; Non risulta infrequente una quantificazione delle perdite d’aria dell’ordine del • funzionamento della regolazione; 10%, percentuale che può sovente essere superiore alle tolleranze ammesse in • presenza della documentazione cartacea da cui si possa evincere, oltre alla lifase di taratura. sta dei valori di portata di ciascun terminale, anche il dettaglio della tipologia

Criticità del metodo

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stesura nell’ottica di rendere più agevoli le operazioni di TAB. Una volta bilanciata la prima coppia si procede con il bilanciamento del terzo sfavorito confrontandolo con uno dei due precedenti. La procedura prosegue quindi interessando via via tutti i terminali del ramo. In questo modo sarà possibile agire su tutti i rami in sequenza. Nel momento in cui ciascun ramo risulta bilanciato, è possibile considerarlo come fosse un unico diffusore e bilanciare i rami tra loro in modalità analoga a quanto fatto per i singoli diffusori. L’applicazione di tale procedura sarà tale da garantire, come richiesto, il fatto che gli organi di taratura posti sul percorso del terminale sfavorito saranno mantenuti in completa apertura in quanto saranno sempre e comunque gli altri rami a venir caricati di perdite aggiuntive in fase di confronto con questo. In questo modo si ottiene la garanzia che il circuito potrà essere servito da un ventilatore portato a funzionare alla portata di progetto e alla minima pressione necessaria. Adjusting

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La fase successiva sarà quella di adattamento dei giri del ventilatore al fine di riportare al valore unitario il rapporto caratteristico della rete. Essendo in questa fase tale rapporto anche il rapporto corrente per ciascun terminale (a meno delle tolleranze), sarà sufficiente agire sul ventilatore tenendo a riferimento un terminale qualunque. Tale fase prende il nome di Adjusting. L’applicazione dell’intera procedura ad un circuito aeraulico viene descritta nelle figure a seguire. Il circuito utilizzato è un circuito didattico realizzato da Aicarr con la collaborazione del Gruppo AirLab del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. Il layout del circuito è rappresentato nella Figura 1. Tale circuito è rappresentativo della generalità dei circuiti aeraulici per geometria e per schema di connessione ai diffusori. Per ciascun diffusore del circuito è stata inizialmente definita una portata di progetto (Tabella 1). Le portate indicate sono proporzionate alle dimensioni del circuito. Si evidenzia il fatto che le prove realizzate e le verifiche dimensionali hanno dimostrato che il comportamento del circuito sperimentale non si discosta significativamente dal comportamento di un circuito reale e che la fluidodinamica risulta rappresentativa di quella riscontrabile negli impianti reali caratterizzati da portate ben maggiori. È stata quindi applicata sul circuito sperimentale la procedura di TAB seguendo il metodo del rapporto. I passi in sequenza vengono riferiti alle tre fasi di Testing, Balancing ed Adjusting e in Figura 2 vengono rappresentati i quindici passi necessari. La sequenza mostra come in effetti ciascuna azione sulle serrande comporti una redistribuzione delle portate ed una modifica del valore del rapporto caratteristico di ciascun diffusore. Il passo 14 (step 14) mostra inoltre come sia necessario, prima di effettuare le manovre di adjusting, effettuare un bilanciamento tra i rami A e B. Il numero di iterazioni necessarie alla convergenza del valore del rapporto di ciascuna coppia di diffusori è strettamente legato, oltre che alla capacità dell’operatore di prevedere gli effetti sulla rete di ogni intervento, anche dalle tolleranze ammesse. Nel caso presente si è considerata una tolleranza massima del 5%.

Figura 2 – Sequenza di applicazione del metodo del rapporto

Figura 2. Sequenza di applicazione del metodo del rapporto La sequenza mostra come in effetti ciascuna azione sulle serrande comporti una redistribuzione delle portate ed una modifica del valore del rapporto caratteristico di ciascun diffusore. Il passo 14 (step 14) mostra inoltre come sia necessario, prima di

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FOCUS COMMISSIONING

L’intervento sul ventilatore

Durante la fase di Balancing l’azione sulle serrande avviene di fatto a impianto acceso senza grosse controindicazioni. Al contrario, l’azione di modifica della velocità di rotazione del ventilatore (Adjusting) richiede, in caso di presenza di un motore trifase asincrono alimentato a frequenza di rete, un intervento sul sistema di trasmissione che comporta la fermata dell’impianto e tempi di intervento mediamente lunghi. Questa situazione risulta estremamente comune in tutti gli impianti esistenti concepiti a portata costante, mentre le ultime generazioni di impianti vedono diffondersi l’utilizzo di più efficienti sistemi ad accoppiamento motore/ventilatore diretto con azionamento ad inverter in grado di modulare la velocità in tempo reale e ad impianto funzionante. In tutti gli impianti ove non vi è un azionamento ad inverter la presenza di un

Figura 3 – Misura di portata su di una bocchetta tramite anemometro a ventolino Fonte SMACNA

Figura 4 – Misura di portata su di un diffusore tramite cappa balometrica Fonte SMACNA

Figura 5 – Anemometro a filo caldo Fonte SMACNA

Figura 6 – Tubo di pitot

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sistema di trasmissione a cinghia e la macchinosità della variazione meccanica del rapporto di trasmissione ha creato i presupposti per lo sviluppo negli anni di una procedura di taratura (come ad esempio il succitato “metodo del rapporto”) che potesse prescindere da un continuo aggiornamento delle velocità di rotazione e che delegasse alla fase finale di Adjusting tale operazione. L’adozione di un inverter interposto, anche solo temporaneamente, tra alimentazione elettrica e ventilatore consente invece di agire in tempo reale adeguando istante per istante la velocità del ventilatore secondo necessità. Tale possibilità ha portato allo sviluppo di nuovi metodi di taratura che vedono un punto di forza nel superamento del carattere di iteratività e in una drastica riduzione del numero di misure da effettuare. Tali metodi sono ad oggi materia di studio e validazione e non sono ancora diffusi e applicati estensivamente [4],[6],[7].

Le misure

Conclusioni

Le misure utili e necessarie per il bilanciamento sono solitamente effettuate a terminale e in prossimità del ventilatore su tratti nei quali transita tutta la portata. In presenza di terminali con geometrie particolarmente semplici (es. bocchette con singolo o doppio filare di alette) è consigliato l’utilizzo di un ventolino di sezione sufficiente a mediare l’effetto locale sui filetti d’aria in transito su di una sezione facilmente misurabile o reperibile nei dati del costruttore della bocchetta (Figura 3). In caso di diffusori a geometria complessa (come è il caso dei diffusori a coni o ad alta induzione quali gli elicoidali) sarà possibile e consigliato l’utilizzo di una cappa balometrica idonea a misurare direttamente la portata immessa o ripresa. (Figura 4) In casi particolari e in presenza di flussi unidirezionali con filtri terminali, attraverso i quali l’aria viene immessa a velocità, dell’ordine di 0,3÷0,6 m/s, può essere utilizzato invece uno strumento a filocaldo [5] Figura 5). Per quanto concerne invece la determinazione delle portate di macchina può risultare utile ed affidabile una misura traversa realizzata tramite tubo di pitot (Figura 6) e il rilevamento delle velocità puntuali all’interno dei canali. Una misura alternativa a questa può essere la misura fatta tramite ventolino sulla presa d’aria esterna o sull’espulsione.

La taratura degli impianti è una procedura fondamentale per l’ottenimento delle prestazioni di progetto, ma è anche un’operazione particolarmente critica in quanto comporta l’adozione di accorgimenti sia progettuali che costruttivi in assenza dei quali non è possibile procedere al bilanciamento. Le procedure da adottare sono di conseguenza dedicate da un lato alla verifica in fase di istruttoria di tutti i dati e le predisposizioni necessarie alle attività di TAB e dall’altro alla vera e propria fase di bilanciamento secondo procedure consolidate e in grado di ottenere il risultato in tempi ragionevoli. Il buon esito di una attività di TAB è di conseguenza dipendente dall’applicazione di accorgimenti specifici in tutte le fasi di progettazione e realizzazione e rientra a pieno titolo tra i capitoli fondamentali del Commissioning. A questo proposito si rileva una doppia attività di AICARR relativamente alle problematiche del TAB e più in generale del Commissioning tramite l’operatività dei gruppi di lavoro del comitato tecnico (Efficienza Energetica e certificazione, Commissioning, Misure e Verifiche e TAB) e la collaborazione con il Dipartimento di Energia – Gruppo AirLab del Politecnico di Milano per l’approntamento di un circuito sperimentale avente finalità didattiche da un lato ed idoneo alla verifica e allo sviluppo di nuove procedure di taratura secondo metodi non iterativi dall’altro. n

Bibliografia

* Federico Pedranzini, Gruppo AirLab – Dipartimento di Energia – Politecnico di Milano

[1] Uni EN 10339 – Impianti aueraulici per fini di benessere. [2] SMACNA: HVAC systems testing, adjusting & balancing, third edition 2002. [3] ASHRAE: Handbook Fundamentals, SI Edition 2009 [4] Mauro Parolo, Federico Sassi: Bilanciamento degli impianti aeraulici: sviluppo teorici e sperimentale di un metodo non iterativo, Tesi di laurea in Ingegneria Energetica, Politecnico di Milano 2011. [5] Ubaldo Nocera, Bilanciamento, taratura e collaudo dei sistemi

di climatizzazione: normative, procedure, risultati, modelli di simulazione. Convegno AICARR Milano, 2002. [6] Federico Pedranzini, Cesare Maria Joppolo, Alberto Pasini: Taratura e bilanciamento degli impianti aeraulici: metodo innovativo di taratura e bilanciamento degli impianti aeraulici. [7] Federico Pedranzini, Cesare Maria Joppolo, Alberto Pasini: Taratura e bilanciamento degli impianti aeraulici: verifica applicativa del metodo a portata progressiva. Convegno AICARR Milano, 2002.


FOCUS COMMISSIONING

Il commissioning degli impianti HVAC, una guida AiCARR I

Ancora in fase di stesura, la guida affronterà in modo dettagliato ogni aspetto inerente la procedura di commissioning applicata sia alla progettazione di nuove costruzioni sia alle ristrutturazioni di edifici esistenti (retrocommissioning)

Comitato Tecnico Efficienza e Certificazione Energetica è stato istituito un gruppo di lavoro composto da soci AICARR volto a riportare nel contesto della realtà italiana il processo anglosassone del Commissioning degli impianti tecnici degli edifici, definito dalla Guida AICARR, in fase di realizzazione, come “un processo sistematico focalizzato sulla qualità e volto ad assicurare che i sistemi impiantistici dell’edificio siano progettati, acquistati, messi in opera, collaudati, funzionanti e manutenuti in accordo con i requisiti della committenza”. n

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di Livio Mazzarella* e Luca Alberto Piterà*

Le quattro attività fondamentali In particolare nella fase 3 e 4 (vedi box) si concentrano quatto attività fondamentali per il commissioning. Verifica dell’installazione (Installation Verification)

La fase di verifica dell’installazione assicura che gli apparati installati siano in conformità con le norme di costruzione, con i documenti di base della progettazione e con gli standard di sicurezza. Questa fase del commissioning comprende una revisione approfondita dei documenti di fornitura degli apparati, l’ispezione delle installazioni/costruzioni e altre revisioni “statiche”.

L’adeguatezza degli apparati o del sistema per l’ottenimento delle prestazioni previste è determinata confrontando l’installazione con i documenti di base del progetto, che include il capitolato e il registro di consegna degli apparati. Vengono inoltre verificati gli allacciamenti ai sistemi di distribuzione (gas, acqua, elettricità), il dimensionamento dei servizi, le procedure operative standard e i programmi di manutenzione preventiva. Tali azioni si esplicano solitamente tramite le sotto-fasi di: • revisione dei conferimenti (Submittal review) • ispezione delle realizzazioni (Construction inspection)


Fasi del processo di commissioning

La guida che AICARR sta realizzando cerca di fornire una metodologia del processo di Commissioning che possa essere applicata sia alla progettazione di nuove costruzioni sia alle ristrutturazioni di edifici esistenti (retroccommisioning), descrivendo e contestualizzando il processo nella sua interezza e definendo i ruoli e le responsabilità che corrispondono ad ognuna delle sue fasi. Il processo di commissioning degli impianti HVAC è composto sostanzialmente da quattro fasi principali. Esso inizia durante la fase di “Concept e pre-design” per continuare a valle della fase quattro con l’on-going o continuos Commissioning durante tutta la vita dell’edificio. Figura 1 – Fasi del commissioning

Figura 2 – Diagramma di flusso del processo di commissioning

• verifica dello stato di fatto rispetto al progetto (As-built conditions) • rapporto sulle verifiche di installazione (Installation Test reports). Valutazione operativa (Operational assessment)

La valutazione operativa del commissioning ha inizio quando il primo dispositivo o apparato viene avviato. Durante questa fase, vengono controllate, ai fini della conformità con i documenti di progettazione, le operazioni fondamentali quali il funzionamento dei ventilatori, delle

COMMISSIONING IN HVAC systems

Within the Technical Committee and Certification Energy Efficiency was established a working group composed of members AiCARR designed to bring in the context of the Italian process of Anglo-Saxon commissioning of technical systems of buildings, defined by the Guide AiCARR, under construction, as “a systematic process focused on quality and designed to ensure that the building’s technical systems are designed, purchased, were constructed, tested, operated and maintained in accordance with the requirements of the client”. The guide will address in detail every aspect inherent in the process of commissioning is applied to the design of new buildings and renovations to existing buildings (retrocommissioning) KEYWORDS: HVAC systems, AiCARR, commissioning, retrocommissioning

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FOCUS COMMISSIONING

valvole, ecc. e dei sistemi di allarme. Lo strumento più utile per valutare il funzionamento del sistema è l’EMCS (Energy Monitoring and Control System). Il commisioning con l’EMCS può portare alla scoperta di guasti e malfunzionamenti di sistema. Inoltre, la messa in efficienza richiede che i membri del CxT decidano come lavorare insieme durante le prove di funzionamento. Ad esempio, è molto importante che l’appaltatore dei sistemi di controllo sappia quanto lavoro è stato fatto e cosa dovrebbe essere completato in collaborazione con l’appaltatore del bilanciamento. Quando il lavoro non è coordinato si hanno inutili perdite di tempo e contenziosi tra i vari attori. Uno degli indicatori più importanti del funzionamento degli apparati è la calibratura. La valutazione operativa è un modo per documentare il funzionamento degli apparati e determinare la frequenza di necessità di taratura. Le procedure di calibrazione dovrebbero essere incluse nelle specifiche di progettazione, e tutte le apparecchiature dovrebbero essere tarate prima di essere

accettate. Tali azioni si esplicano solitamente tramite le sotto-fasi di: • verifica operativa tramite EMCS (EMCS operational assessment) • verifiche di funzionamento (operational testing) • bilanciamento (operational balancing) • calibrazione (operational calibration) Misura delle prestazioni (Performance Measurement)

La fase di misura delle prestazioni del commissioning valuta le reali prestazioni del sistema e il suo stato di funzionamento e confronta i risultati con le specifiche di progetto. Per verificare le previsioni progettuali di prestazione e contribuire alla fase di verifica dell’efficienza vengono compilate le baseline (dati di riferimento) relative alle prestazioni di base attese. Tutti i componenti considerati critici vengono quindi verificati per determinare la loro prestazione, l’idoneità e l’affidabilità. Tali azioni si esplicano solitamente tramite le sotto-fasi di: • corrispondenza al progetto (Design compliance) • misure dinamiche (Dynamic measurements) • verifica delle prestazioni (Performance challenge) Garanzia dell’efficienza energetica (Energy Efficiency Assurance)

La garanzia dell’efficienza energetica è un

I vantaggi del commissioning

I vantaggi che una procedura di commissioning, applicata al sistema edificio, può indurre includono: la riduzione dei consumi energetici; i minori costi di esercizio; la riduzione dei contenziosi con l’appaltatore; una migliore e dettagliata documentazione dell’edificio; l’aumento della produttività degli occupanti (se uffici o comunque terziario); la verifica e garanzia che le prestazioni degli impianti siano in accordo con i requisiti di progetto richiesti dal committente.

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concetto relativamente nuovo nel commissioning. In genere, una volta che le prime tre fasi sono state completate e il sistema (edificio o impianto) è stato accettato dalla committenza, l’impianto viene in qualche modo abbandonato a se stesso, destinato ad operare male o in modo efficiente per il resto della sua vita, influenzato solo dal suo programma di manutenzione. La garanzia di efficienza del commissioning significa continuare il monitoraggio degli usi energetici per la vita della struttura. La determinazione del risparmio energetico di un edificio è una funzione del valore del progetto, delle misure di efficienza energetica (EEMS) attuate, e della loro efficacia sui costi previsti. Inizialmente vengono definite le prestazioni di riferimento (baseline performance) e viene stimato il potenziale risparmio energetico sulla base dell’analisi dei costi sul ciclo di vita. La verifica del consumo energetico previsto e delle condizioni post-occupazione convalidano o meno il fatto che i sistemi che consumano energia vengano gestiti in conformità ai documenti di base del progetto. La realizzazione del monitoraggio, come parte di garanzia dell’efficienza energetica del commissioning, prevede ispezioni su misure spot e/o misure continue dell’uso di energia. L’intervallo temporale di monitoraggio è determinato tenendo conto del profilo d’uso dell’energia nella struttura considerata e dei sistemi installati per ottenere e mantenere l’efficienza energetica. Pertanto, l’intervallo di monitoraggio varia da progetto a progetto. Tali azioni si esplicano solitamente tramite le sotto-fasi di: • definizione delle prestazioni energetiche di riferimento (Baseline energy use) • monitoraggio dei fabbisogni energetici e garanzia dell’efficienza (EMCS and efficiency assurance) • verifica delle misure di efficienza energetica (Verification of EEMs) • stima dei risparmi di energia (Estimating energy savings) • definizione dell’intervallo di monitoraggio per le misure e verifiche (Determining monitoring intervals for M&V activities)

Il commissioning dà un valore aggiunto all’edificio L’esperienza ha dimostrato che, a parità di condizioni di utilizzo, una gestione non adeguata o l’imposizione di modalità di funzionamento al sistema impiantistico diverse da quelle previste in fase di progetto porterebbero ad avere un edificio più energivoro rispetto a quanto previsto. Tali disfunzioni non impattano solo sulle prestazioni energetiche, ma anche sulla qualità ambientale interna, nel senso più ampio del termine, e sulla produttività delle persone. Il commissioning può inoltre minimizzare l’impatto che gli edifici hanno sull’ambiente, tramite la verifica di consistenza


Vantaggi del commissioning nei sistemi HVAC

I vantaggi specifici conseguenti alla messa in opera del processo di commissioning dei sistemi HVAC includono: • riduzioni delle varianti in corso d’opera e di conseguenza minori costi: la revisione del progetto e dei documenti da parte della Commissioning Autority di seguito semplicemente CxA, riduce in numero e l’importanza di potenziali problematiche realizzative sin dalla fase di progettazione; • minori carenze nel completamento del processo: durante la costruzione, il processo di commissioning identifica e documenta inesattezze o incompletezze avvenute nelle lavorazioni precedenti, permettendo così di effettuare le debite correzioni prima dell’attivazione delle fasi successive. In questo modo la maggior parte dei problemi che vengono individuati in corso d’opera vengono corretti durante la stessa realizzazione dell’opera deficitaria, senza quindi impattare negativamente sulle opere successive e riducendo fortemente i rischi di ritardi nell’ultimazione dei lavori. La documentazione redatta in fase di costruzione individua responsabilità e procedure per la correzione dei problemi; • minor ritardi nel progetto: la documentazione e il coordinamento delle informazioni fornite dal processo di commissioning, permette agli appaltatori di pianificare efficientemente la sequenza dei lavori necessari. I problemi sono quindi identificati e risolti con un ritardo minimo, e il progetto rimane nei tempi previsti; • gestione delle procedure di avviamento: provvedendo a coordinare tutte le attività inerenti gli avviamenti, le tarature e le prove secondo quanto previsto dal Piano del Commissioning (di seguito semplicemente CxPlan), consente di verificarne l’attuazione in qualità; • maggiore efficienza funzionale dell’edificio: quando i sistemi HVAC di un edificio funzionano come previsto, e il personale dell’O&M (Operation and Manteinance) è adeguatamente formato, l’edificio si porta velocemente ad uno stato pienamente operativo. Il personale della O&M può concentrarsi su come mantenere i sistemi correttamente operativi, e non sulle modifiche dei sistemi a basso rendimento per correggere problemi di installazione; • meno forza lavoro per i test correttivi sulle prestazioni funzionali: i test logici utilizzati nei protocolli del processo di commissioning, consentendo di identificare problemi che un controllo fisico non può rilevare, facilitano la diagnosi “precoce”, e, poiché gli appaltatori sono ancora in loco, la correzione e la ripetizione dei test risulta di facile identificazione e attuatazione. Il risultato consiste in meno problemi sui test correttivi, sulle eventuali azioni correttive e una riduzione ai minimi termini dei costi e dei disagi; • minimizzazione degli effetti delle modifiche di progetto: il processo di commissioning identifica, fin dall’inizio, potenziali problemi di progettazione, come la mancanza di accessibilità agli impianti per le procedure di commissioning o per la manutenzione, aggiungendo disposizioni (se mancanti) relativamente ai TAB-work (Testing and Balancing) e complementando eventuali incomplete descrizioni delle sequenze di controllo. La revisione del progetto, prevista dalla procedura di commissioning, può essere fatta su carta, e non sotto forma di cambiamenti fisici in loco, riducendo notevolmente il loro impatto negativo; • miglioramento della qualità dell’aria interna e della produttività degli occupanti: quando la progettazione dei sistemi HVAC soddisfa le esigenze di occupazione, e gli impianti sono manutenuti e gestiti correttamente, il risultato è una buona qualità dell’aria interna. Ciò include un buon controllo della temperatura e dell’umidità, corretti flussi d’aria di rinnovo, buona distribuzione dell’aria nello

tra le modalità di funzionamento specificate nei documenti di capitolato, che definiscono i requisiti richiesti dalla committenza (OPR) e costituiscono la base del progetto (Base of Design – BOD) e quanto invece conseguente al progetto stesso e alla sua realizzazione. Per sua natura la procedura di commissioning

spazio, aria pulita e riduzione degli odori. Una buona qualità dell’aria interna contribuisce al soddisfacimento degli occupanti e migliora la produttività; • migliore gestione, manutenzione e riqualificazione: un esercizio efficiente assicura che il personale dell’O&M abbia le informazioni e la documentazione necessaria per gestire e a manutenere correttamente i sistemi HVAC; ciò comprende una programmazione di manutenzione preventiva (PM) che scaturisce nel mantenimento dell’efficienza, di un sistema pulito, in un accurato mantenimento della temperatura di controllo, nella riduzione delle rotture degli apparati nell’allungamento del loro ciclo di vita e nel mantenimento di buone prestazioni; • riduzione del consumo di energia e dei costi di manutenzione: i sistemi HVAC, generalmente usano una quantità rilevante di energia rispetto all’intero consumo energetico di un edificio. Di conseguenza il miglioramento della loro efficienza si traduce in un vantaggio importante e tangibile per l’intero edificio. Una programmazione ottimale della manutenzione (PM) migliora il recupero di funzionalità e prestazione e aumenta il ciclo di vita dell’impianto. • valore aggiunto della costruzione in qualità: il commissioning produce un elenco ben definito della sequenza dei lavori, coordinandoli, e assicurando di conseguenza la qualità del prodotto. Una maggiore qualità di un edificio si riflette poi nella soddisfazione degli occupanti, in rinnovi di locazione da parte degli affittuari/occupanti degli edifici e in significativo marketing d’immagine; • documentazione completa e utile: il processo di commissioning produce una documentazione preziosa per tutto il progetto, ed è un valore aggiunto sia per il proprietario che per lo staff O&M con il suo insieme di informazioni pertinenti. Alcuni esempi sono: • i manuali della messa in servizio e la relazione finale (comprensivi del sistema di verifica, di avvio funzionale e delle schede delle prove di controllo della prestazione), manuali completi e fruibili dell’O&M, e una cassetta audio/video registrata con le sessioni di formazione degi operatori di l’O&M. • la maggior competenza dello staff di O&M. Anche il miglior edificio dovrà affrontare di volta in volta dei problemidi O&M. L’enfasi del commissioning sul processo di formazione e di documentazione dovrebbe sfociare in una più consapevole conoscenza e competenza dello staff rispetto ai problemi di O&M, sia inizialmente che anche successivamente nell’avvicendamento del personale. Così facendo qualora si verificassero problemi, lo staff dell’O&M sarà in grado di diagnosticare e correggere eventuali problemi, o di capire a quali consulenti esterni debba ricorrere, con maggiore efficacia e prontezza. • miglioramento dei progetti futuri: i riscontri provenienti da progetti revisionati e dalla documentazione addizionale prodotta dall’attività di commissioning darà ai progettisti nella programmazione delle attività una prospettiva più ampia e una migliore conoscenza sulle problematiche di installazione che richiedono una maggiore attenzione nel progetto di commissioning. Queste informazioni possono essere utilizzate efficacemente per il miglioramento di progetti futuri. • patrocinio della committenza per la progettazione e la realizzazione: l’esperienza della committenza, maturata attraverso precedenti progetti di commissioning, le consentono di assicurare un più ampio impegno e di porre una maggiore enfasi sulla qualità e sul valore dei progetti, tramite la costruzione, la gestione e la manutenzione.

dovrebbe iniziare in parallelo fin dalla fase preprogettuale, cioè quella di ideazione del progetto stesso; un inserimento tardivo dell’attività di commissioning all’interno delle attività previste nel progetto può di conseguenza portare ad un aumento dei costi associati al commissioning e potrebbe suscitare l’insorgere di resistenze

iniziali da parte della committenza alla sua applicazione. Tuttavia, quando si prendono in esame i benefici a lungo termine, il commissioning risulta un modo economicamente conveniente di assicurare sia che l’edificio funzioni

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FOCUS COMMISSIONING nel modo in cui è stato progettato sia che i risparmi energetici attesi si realizzino effettivamente nella fase di esercizio dell’edificio. Il commissioning concorre quindi a migliorare la qualità del costruito e a ridurre i casi di disagio degli occupanti legati alla permanenza al suo interno (si ricorda che normalmente passiamo l’80% del nostro tempo all’interno di edifici), di avvicendamento dei locatari e di riduzione del tempo di non locazione, di responsabilità derivanti da una insufficiente qualità dell’aria ambiente, e può evitare la sostituzione prematura delle apparecchiature. In sostanza si può sintetizzare dicendo che l’obiettivo del commissioning risiede nella certificazione di una prestazione non solo energetica dei sistemi presenti nell’edificio oggetto di commissioning, testimoniandone la conformità a quanto richiesto dalla committenza (OPR). In questo modo il commissioning promuove e assicura l’approccio della qualità dando un valore aggiunto all’edificio e quindi alla committenza.

Analisi costi/benefici del commissioning per sistemi HVAC L’esperienza anglosassone mostra che i costi dell’intero processo di commissioning sono usualmente compresi tra il 2% e il 5% del costo di costruzione del sistema HVAC. Un edificio con sistemi HVAC semplici, rivolto a poche zone termiche, e semplici strategie di controllo, sarà prossimo al limite inferiore della fascia dei costi. Edifici con sistemi complessi, complesse strategie di controllo e con particolari interfacce tra sottosistemi saranno prossimi al limite superiore di tale fascia dei costi. Il costo globale del commissioning è per circa l’80% legato al costo di costruzione dei sistemi HVAC, in quanto l’attività di commissioning si concentra maggiormente sulle fasi di costruzione e di accettazione. Il costo della programmazione del commissioning e dell’organizzazione dei lavori svolti durante la fase di Pre-design e di design, è minima rispetto al

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valore aggiunto, il cui valore esatto, dato da ciascun vantaggio decritto in precedenza, varierà da proprietario a proprietario e da un edificio all’altro. In generale, tuttavia, il valore aggiunto sarà maggiore per gli edifici più grandi e più complessi, ma esiste una maggior compensazione dei costi per tali tipologie edilizie. La maggior parte dei vantaggi del commissioning comportano un aumento della vita utile dell’edificio, a fronte di un costo una tantum legato all’attuazione del processo di commissioning. Pertanto, qualsiasi analisi realistica dei suoi vantaggi iniziali e permanenti, comparati al modesto costo, dimostrerà che la sua adozione può essere giustificata in ogni edificio. Per quanto riguarda i costi relativi al commissioning, il gruppo di lavoro AICARR non fornirà alcuna indicazione, in quanto non esiste una cultura su tale processo in Italia e di conseguenza non vi sono serie storiche che permettano di creare delle statistiche affidabili, se non quelle adottate con committenze straniere (che si rifanno a quanto visto in precedenza). Di conseguenza il gruppo di lavoro sta valutando l’inserimento di un’appendice informativa all’interno della Guida AICARR volta sia al committente sia alla CxA, contenente un elenco di attività minime che debbano essere introdotte all’interno del processo del commissioning.Tutto ciò al fine da garantire una qualità minima del processo e di fare chiarezza

Bibiliografia

sulle attività da svolgere. In particolare queste ultime non devono essere lasciate al libero mercato, se non limitatamente ai costi di attuazione.

Conclusioni L’impegno preso da AiCARR nello sviluppo di una guida condivisa sul commissioning non terminerà con la sua pubblicazione ma continuerà con un supporto pratico ed operativo a tale attività. Infatti a valle della pubblicazione della Guida AICARR sul processo del Commissioning, AICARR avvierà le seguenti attività: • continuare a promuovere con nuove sessioni di esame i brevetti ASHRAE Commissioning Process Management Professional (CPMP). Si ricorda che nel 2010 AICARR è stata la prima e unica sede in cui si è svolto il primo esame di certificazione professionale al di fuori degli Stati Uniti; • creare un percorso di formazione, certificato da parte terza, volto alla certificazione professionale sul commissioning; • istituire un elenco di soci AiCARR certificati. n * Livio Mazzarella, Coordinatore del Comitato Tecnico Efficienza e Certificazione Aicarr, docente del Politecnico di Milano ** Luca Alberto Piterà, Coordinatore del Gruppo di Lavoro Commissioning, Segretario Tecnico Aicarr

• ASHRAE, ASHRAE Guideline 0-2005. The Commissioning Process: American Society for Heating, Refrigeration, and AirConditioning Engineers, 2006. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1-1989. Commissioning of HVAC Systems: American Society for Heating, Refrigeration, and AirConditioning Engineers, 1989. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1-1996 (Supersedes ASHRAE Guideline 1-1989). The HVAC Commissioning Procedure: American Society for Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, 1996. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1.1-2007 (Supersedes ASHRAE Guideline 1-1996) HVAC & R Technical Requirements for the Commissioning Process: American Society for Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, 2007. • ASHRAE, ASHRAE Guideline 1.1-2007R – Revision project authorized January 2, 2011 (Las Vegas) with same TPS. SGPC 0 to revise Guideline 1.1-2007 • ASHRAE, ASHRAE GPC 1.2P Proposed Guideline 1.2, The Commissioning Process for Existing HVAC&R Systems, authorized 1/26/06 • ASHRAE, ASHRAE GPC 1.3P Proposed Guideline 1.3, Building Operation and Maintenance Training for the HVAC&R Commissioning Process, authorized 1/26/06 • ASHRAE, ASHRAE GPC 1.4P Proposed Guideline 1.4, Systems Manual Preparation for the Commissioning Process, authorized 6/25/09


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CASE STUDY Ottimizzazione e controllo delle performance energetiche di un supermercato Un progetto che, partendo dalla valutazione degli assorbimenti reali d’impianto e dalla definizione e messa a punto di tools di simulazione e previsione, ha portato a definire una campagna di regolazione e ottimizzazione dei sistemi frigoriferi di Francesco Scuderi*, Maurizio Orlandi* e Stefano Preatoni**

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el mondo industrializzato il consumo di energia da parte dei supermercati corrisponde al 3-5% degli assorbimenti totali di energia elettrica. Per questa ragione si sta facendo avanti, sempre più preponderante, la necessità di contenere i consumi e si stanno incrementando le analisi e le valutazioni inerenti l’energia elettrica assorbita dagli impianti di refrigerazione. All’interno di questo quadro che va delineandosi, l’Innovation Centre di Epta, nell’ottica dello studio ed analisi delle performance dei propri impianti, anche con un progetto di ricerca EPTA/CNR-ITC di Padova, ha effettuato misure di dettaglio ad alta precisione e alto tempo di campionamento delle variabili termodinamiche. I risultati di questo progetto sono stati utilizzati per la precisa valutazione degli assorbimenti reali d’impianto e per la definizione e messa a punto di tools di simulazione e previsione degli stessi.

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Il supermercato monitorato

Il supermercato monitorato, collocato in Italia settentrionale, con un’aerea vendita pari a 1500 m², è dotato di un impianto in cascata, Temperatura normale e Bassa temperatura, Tn – Bt. Il fluido refrigerante utilizzato per la sezione Tn è l’R407C mentre per la sezione Bt si è utilizzata la CO2. L’intero impianto è dotato di EEV (valvola di espansione elettronica) ed ha le seguenti caratteristiche: • la centrale Tn è a 4 compressori di cui uno sotto inverter mentre la centrale Bt è a 3 compressori. La linea Tn alimenta 12 cabinet (22 evaporatori in totale) e 5 celle frigorifere, per una potenza frigo totale pari a circa 130 kW; • la linea Bt alimenta 5 cabinet (8 evaporatori) e 2 celle frigorifere, per una potenza frigo totale pari a circa 20 kW; • la condensazione della sezione Tn avviene mediante condensatore ad aria dotato di 8 ventole, mentre per la sezione Bt si utilizza il processo proprio del sistema in cascata (2 scambiatori a piastre).


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Infine, il terzo livello di misura è quello costituito dalla misura del flusso di refrigerante.

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Ottimizzazione e controllo delle performance energetiche di un supermercato

Figura 1 – Divisione in livelli dellein misure in campo. Figura 1 – Divisione in livelli delle misure campo

La misura del flusso di refrigerante, risulta cruciale al fine della valutazione delle performance di impianto (in pieno accordo con la ISO 23953). Il tipico andamento di un segnale di processo del flusso di refrigerante è periodo tipico: 2s osservare come si abbiano rappresentato nella seguente figura 2. E’ possibile cambiamenti nell’ordine di qualche secondo.

valore medio

Figura 2 – Andamento di undisegnale Figura 2 – Andamento un segnale di di processo del flusso di refrigerante. processo del flusso di refrigerante Ciò che interessava acquisire era un segnale filtrato che rendesse con ottima precisione il segnale medio in un preciso intervallo di un minuto. Si è proceduto, quindi, operare, il confronto di diverse regolazioni è Queste attività hanno portato campionando le grandezze di processo ogni 10 ms e filtrando digitalmente i campioni messo in atto nel medesimo impianto e deve tea definire, unitamente al Service acquisiti ogni 100ms. nereeconto esterne322 di Costan S.p.A., una campagna di secondo Nel complesso tra primo, terzo delle livellocondizioni di misura climatiche si sono acquisiti parametri al minuto per un totale alla settimana. cui si trovavalori a lavorare l’impianto in esame; questo regolazione e ottimizzazione dei di 3.245.760 Il complesso dei dati acquisiti èinstato opportunamente rielaborato ad ottenere modo da valutare un risparmiosino energetico propri sistemi frigoriferi, conseil valore del reale C.O.P. (Coefficient Of Performance) d’impianto. che non sia collegato alla variazione della temguendo un significativo risultato peratura esterna. D’IMPIANTO E VALUTAin termini di risparmio energetico, 3. OTTIMIZZAZIONE DELLE PERFORMANCE documentabile opporZIONE DEL mediante RISPARMIO ENERGETICO tuni dispositivi di misura installabisistema ed di analisi misura monitoraggio Dopo la prima corposa fase di Il acquisizione deieparamteri d’impianto, si li inècampo. Il sistema di misura e monitoraggio nella soproceduto con l’ottimizzazione delle prestazioni dell’impianto. Nello specifico per sei settimane a partire dal 14 ottobre u.s. si è Non avendo a disposizione stanza può essere diviso in 3 diversi livelliproceduto (vedi facendo operare, alternativamente, l’impianto due impianti gemelli sui quali Figura 1). frigorifero del supermercato in esame, in due differenti configurazioni e successivamente confrontandone le performance energetiche. La prima configurazione è quella propria di un supermercato ad alta efficienza: • condensazione flottante, il valore della pressione di condensazione di riferimento, all’interno di un dato range, è variabile in funzione della temperatura SUPERMARKET ENERGYesterna PERFORMANCE: OPTIMIZATION AND CONTROL • evaporazione il valore della topressione di electric evaporazione di In the industrialized world supermarketsflottante, energy consumption corresponds 3-5% of the total energy riferimento, all’interno di un dato range, è variabile in funzione delle consumption. For this reason, the supermarkets are significantly increasing the measures and controls to contain esigenze dell’utenza maggiormente the energy consumption. The Epta Innovation Centre Epta, in a framesfavorita. of study and analysis of the plant’s perfor• inverter ON, centrale Tn diout inverter per il controllo dellaand capacità mance, inside a research project EPTA / ITC-CNR of Padua,dotata has carried detailed measures with high precision di un compressore high sampling time of the thermodynamic variables. The results of this project were used for the evaluation of the • EEV, banchi dotati di valvola elettronica. actual consumption of the plants and for the definition of toolsdi forespansione simulation and prediction of their performances.

These activities have led to the definition, together with Costan Service, of a project for the control and optimization of the cooling systems. This project achieved significant result in terms of energy saving, documented by appropriate measuring devices installed in the field. Lacking two twins plants on which operate, the comparison of different plant adjustments must take into account the climatic conditions of the system under consideration, this in order to evaluate an energy saving unrelated to the variation of outdoor temperature. Keywords: Energy consumption, cooling system optimization, energy consumption forecast

Il primo livello è quello relativo a tutte quelle grandezze di misura che usualmente vengono acquisite in impianto (tempo di campionamento: 1 min): parametri dei cabinet (temperatura e pressione di evaporazione, surriscaldamento, temperatura dell’aria in ingresso e uscita dell’evaporatore, grado di apertura della valvola, temperatura del refrigerante in uscita dell’evaporatore); parametri delle celle frigorifere; parametri delle centrali frigorifere (temperatura di condensazione e di evaporazione, surriscaldamento, pressione di aspirazione e di mandata, temperatura di aspirazione e di mandata, temperatura dell’aria al condensatore); assorbimenti elettrici della centrale Tn e di quella Bt (campionati ogni 15 min.). Il secondo livello (tempo di campionamento: 1 min) è costituito da quelle grandezze di processo necessarie per la definizione e il calcolo dell’entalpia del refrigerante nei vari punti di misura. A queste si aggiungono le grandezze termo-igrometriche dell’ambiente di vendita. Infine, il terzo livello di misura è quello costituito dalla misura del flusso di refrigerante. La misura del flusso di refrigerante, risulta cruciale al fine della valutazione delle performance di impianto (in pieno accordo con la ISO 23953). Il tipico andamento di un segnale di processo del flusso di refrigerante è rappresentato nella Figura 2. È possibile osservare come si abbiano cambiamenti nell’ordine di qualche secondo. Ciò che interessava acquisire era un segnale filtrato che rendesse con ottima precisione il segnale medio in un preciso intervallo di un minuto. Si è proceduto, quindi, campionando le grandezze di processo ogni 10 ms e filtrando digitalmente i campioni acquisiti ogni 100 ms. Nel complesso tra primo, secondo e terzo livello di misura si sono acquisiti 322 parametri al minuto per un totale di 3.245.760 valori alla settimana. Il complesso dei dati acquisiti è stato opportunamente rielaborato sino ad ottenere il valore del reale C.O.P. (Coefficient Of Performance) d’impianto.

Ottimizzazione delle performance d’impianto e valutazione del risparmio energetico Dopo la prima corposa fase di acquisizione ed analisi dei paramteri d’impianto, si è proceduto con l’ottimizzazione delle prestazioni dell’impianto. Nello specifico per sei settimane a partire dal 14 ottobre u.s. si è proceduto facendo operare, alternativamente, l’impianto frigorifero del supermercato in esame in due differenti configurazioni e successivamente confrontandone le performance energetiche. La prima configurazione è quella propria di un supermercato ad alta efficienza: • condensazione flottante: il valore della pres-

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simulata fissando il grado di apertura dell’EEV a precisi valori. simulata fissando il grado di apertura dell’EEV a precisi valori. Nelle seguenti figure 3 e 4 si ha il confronto tra la condensazione e l’evaporazione Nelle seguenti figure 3 e 4 si ha il confronto tra la condensazione e l’evaporazione di un impianto ad alta efficienza e quelle di un impianto ad efficienza di riferimento. di un impianto ad alta efficienza e quelle di un impianto ad efficienza di riferimento. 45 °C sione di condensazione di riferimento, all’inter45 °C no di un dato range, è variabile in funzione del40 °C la temperatura esterna 40 °C • evaporazione flottante: il valore della pressio35 °C 35 °C ne di evaporazione di riferimento, all’interno di un dato range, è variabile in funzione delle esiAlta efficienza 30 °C Alta efficienza Efficienza di riferimento 30 °C genze dell’utenza maggiormente sfavorita Efficienza di riferimento • inverter ON: centrale Tn dotata di inverter per il 25 °C 25 °C controllo della capacità di un compressore • EEV: banchi dotati di valvola di espansione 20 °C 20 °C elettronica La seconda configurazione, invece, è quel15 °C 15 °C 10-ott 12-ott 14-ott 16-ott 18-ott 20-ott 22-ott 24-ott 26-ott 28-ott 10-ott 12-ott 14-ott 16-ott 18-ott 20-ott 22-ott 24-ott 26-ott 28-ott la propria di un supermercato ad efficienza di Figura – Confronto tra condensazione impianto riferimento: condensazione fissata a 35°C, evaFigura 3 3 – Confronto tra condensazione impianto alta efficienza e ed impiantoalta efficienza di riferimento. Figura 3 – Confronto tra condensazione impianto alta efficienza e ed impianto efficienza di riferimento. efficienza e ed impianto efficienza di riferimento porazione fissata al valore di -12,5°C, inverter 15-Scuderi_Orlandi_Preatoni.qxd 28/05/12 10:46 Pagina 218 10 °C OFF e TEV, valvola di espansione termostatica. 10 °C Quest’ultima è stata simulata fissando il grado di 5 °C apertura dell’EEV a precisi valori. 5 °C Nelle seguenti Figure 3 e 4 si ha il confronto 218 0 °C Ottimizzazione e controllo delle performance energetiche di un supermercato tra la condensazione e l’evaporazione di un im0 °C 10-ott 12-ott 14-ott 16-ott 18-ott 20-ott 22-ott 24-ott 26-ott 28-ott 10-ott 12-ott 14-ott 16-ott 18-ott 20-ott 22-ott 24-ott 26-ott 28-ott pianto ad alta efficienza e quelle di un impianto Alta efficienza -5 °C Alta efficienza ad efficienza di riferimento. Efficienza di riferimento -5 °C Efficienza di riferimento Gli assorbimenti elettrici della centrale frigorifera a temperatura normale e il Gli assorbimenti elettrici della centrale frigoC.O.P. reale d’impianto, relativi a queste sei settimane di test, sono stati investigati a -10 °C rifera a temperatura normale e il C.O.P. reale d’im-10 °C fondo. La differenza tra assorbimento medio della configurazione ad alta efficienza e pianto, relativi a sei settimane di test, sono stati -15 °C assorbimento medio di quella a efficienza di riferimento è risultata pari a circa il 30,9% investigati a fondo. -15 °C (vedi figura 5). La differenza tra assorbimento medio della La differenza tra C.O.P. medio d’impianto della configurazione ad alta efficienza -20 °C configurazione ad alta efficienza e assorbimene C.O.P. -20 °C medio d’impianto di quella ad efficienza di riferimento è risultata pari a circa il 38,2% (vedi figura 6). to medio di quella a efficienza di riferimento è riFigura 4 – Confronto tra evaporazione impianto alta efficienza ed impianto efficienza di riferimento. Figura Confronto tra evaporazione impianto alta Ancora, siConfronto è osservato come questi (sia assorbimenti che Figura 44–– tra evaporazione impiantoandamenti alta efficienza ed impianto efficienza elettrici di riferimento. sultata pari a circa il 30,9% (vedi Figura 5). C.O.P.) siano da mettere in diretta relazione con di la temperatura esterna (vedi figura 7). efficienza ed impianto efficienza riferimento La differenza tra C.O.P. medio d’impianto del60 kW la configurazione ad alta efficienza e C.O.P. medio d’impianto di quella ad efficienza di riferi50 kW mento è risultata pari a circa il 38,2% (vedi Figura 6). 40 kW Ancora, si è osservato come questi andamenti (sia assorbimenti elettrici che C.O.P.) siano Alta efficienza 30 kW da mettere in diretta relazione con la temperatuEfficienza di riferimento ra esterna (vedi Figura 7). 30,9 % 20 kW Qualitativamente si osserva come per tem15-Scuderi_Orlandi_Preatoni.qxd 28/05/12 10:46 Pagina 219 perature esterne simili tra loro, gli assorbimen10 kW ti elettrici della configurazione ad alta efficienza siano inferiori a quelli della configurazione di 0 kW riferimento. 29-set 4-ottOttimizzazione 9-ott 14-ott 19-ott delle 24-ott 29-ott 3-nov 8-nov di un 13-nov 18-nov e controllo performance energetiche supermercato 219 Allo stesso modo si osserva come, per temelettrici centrale Figura 5 – Andamento Figura 5 –assorbimenti Andamento assorbimenti elettrici centrale Tn. Tn perature esterne simili tra loro, i C.O.P. reali d’impianto della configurazione ad alta efficienza ri4.5 sultino superiori a quelli della configurazione di riferimento. 4.0

Disaccoppiamento delle performance d’impianto dall’influenza della temperatura esterna

Da quanto appena visto, assorbimenti elettrici e C.O.P. reale misurato in impianto sono in dipendenza diretta con la temperatura esterna. Al fine di ottenere una valutazione il più attendibile e reale dell’efficienza energetica conseguita e del conseguente risparmio energetico, è necessario procedere disaccoppiando le performance dell’impianto dall’influenenza della temperatura esterna.

60

#14

3.5

3.0 Alta efficienza Efficienza di riferimento 2.5

38,2 %

2.0

1.5

1.0 29-set

4-ott

9-ott

14-ott

19-ott

24-ott

29-ott

3-nov

8-nov

Figura 6 – Andamento C.O.P. centrale Tncentrale Tn. Figura 6 – Andamento C.O.P. 40 °C

13-nov

18-nov


Figura 6 – Andamento C.O.P. centrale Tn.

40 °C

35 °C

30 °C

25 °C Alta efficienza Efficienza di riferimento

20 °C

15 °C

15-Scuderi_Orlandi_Preatoni.qxd 28/05/12 10:46 Pagina 221 10 °C

C.O.P.reale =

5 °C

0 °C 29-set

3.1. Disaccoppiamento delle performance d’impianto dall’ ratura esterna Da quanto appena visto, assorbimenti elettrici e C.O.P. rea sono in dipendenza diretta con la temperatura esterna. Per disaccoppiare le performance energeAl fine di aver una valutazione il più attendibile e reale d tiche temperatura esterna si è proceduto conseguita dalla e del conseguente risparmio energetico, è effettuando il calcolo deldell’impianto rendimento di secondisaccoppiando le performance dall’influenenza de Per disaccoppiare le performance energetiche do principio η’’. Il rendimento di secondo princi- dalla te proceduto il calcolo del rendimento di secondo prin pio èeffettuando definito come il rapporto tra le prestazioni di secondo principio è definito il rapporto tra in le prestazio reali dell’impianto e quellecome massime teoriche quelle massime teoriche in base al secondo principio di della term base al secondo principio di della termodinamidi Carnot). ca (rendimento di Carnot). Nello specifico: Nello specifico:

4-ott

9-ott 14-ott 19-ott 24-ott 29-ott 3-nov 8-nov 18-nov Ottimizzazione e controllo delle performance energetiche di13-nov un supermercato

221

temperatura esternaesterna. Figura 7 – Andamento Figura 7 – Andamento temperatura 0.50

Qualitativamente si osserva come per temperature esterne simili tra loro, gli AVG: 0.356 AVG: 0.314 AVG:0.309siano inferiori a quelli della assorbimenti elettrici della configurazione ad alta efficienza 0.45 configurazione di riferimento.

Q frigo Pel

[1]

C.O.P.max = C.O.P.Carnot =

tc ≅ [2] (t c − t f )

C.O.P.reale = C.O.P.Carnot *η '' [3]

η '' =

C.O.P.reale [4] C.O.P.Carnot

0.40

0.35 Efficienza di riferimento Alta efficienza 0.30

0.25

0.20

AVG: 0.288 0.15 29-set

4-ott

9-ott

14-ott

AVG: 0.215 AVG:0.271 19-ott

24-ott

29-ott

3-nov

8-nov

13-nov

18-nov

Da notare come le prestazioni massime d’im- siano r Da notare come le prestazioni massime d’impianto di Carnot. pianto siano rappresentate dal C.O.P. di Carnot. Il rendimento di secondo principio rappresenta, Il rendimento di secondo principio rappre-quindi, l’e Efficienza opportunamente destagionalizzata e non affetta senta, esterna. quindi, l’efficienza dell’impianto. Efficienza temperatura opportunamente destagionalizzata e non affetDi seguito in figura 8 è rappresentato l’andamento del principio per le sei settimane prese in esame. Sempre in figura ta dalle condizioni di temperatura esterna. medi corrispondenti singole8 settimane. Di seguito alle in Figura è rappresentato l’andamento del rendimento di secondo principio per le sei settimane prese in esame. Sempre in

Figura 8 – Andamento di secondo principio Figura 8 –rendimento Andamento rendimento di secondo principio. 3.2. Valutazione del risparmio energetico Risulta, già da una prima rapida analisi qualitativa della precedente figura 8, come le settimane con configurazione ad alta efficienza presentino un rendimento di secondo principio superiore a quello proprio del funzionamento ad efficienza di riferimento. I valori medi del rendimento di secondo principio per configurazione ad alta efficienza e ad efficienza di riferimento, risultano essere rispettivamente pari a: η’’HAVG= 0.327 ; η’’RefAVG= 0.258. Da questi due valori medi è possibile calcolare l’effettivo miglioramento percentuale delle prestazioni di un impianto da alta efficienza.

(η II H Avg −η II ref

η II ref

Avg

)

= 26 . 7 %

[5]

Avg

Il risparmio energetico medio, per chilowattora di energia elettrica consumata, corrispondente al miglioramento percentuale di cui alla [5] e proprio di un impianto frigorifero in funzionamento ad alta efficienza, è pari a circa il 21%. 21%

79%

Figura 9 – Risparmio energetico per chilowattora di energia elettrica consumata.

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0.35

Strumenti di previsione e simulazione dei consumi energetici

Efficienza d

dell’impianto. A partire dal C.O.P. viene calcolato l’assorbimento elettrico dell’im- Alta efficien Le grandezze acquisite con il dettagliato sistema di misura installato nel superpianto e da ultimo viene calcolato un indicatore di efficienza ambientale dell’immercato, 0.30 sono state il punto di partenza per la definizione di uno strumento pianto2, il TEWI. aziendale di previsione e calcolo dei consumi energetici di un impianto per la reA scopo squisitamente esemplificativo, nella seguente Figura 10, è riportato uno frigerazione commerciale1. stralcio del report di calcolo elaborato dallo strumento di previsione e simulazioNello specifico, le grandezze acquisite sono state utilizzate quale verifica dei ri0.25 ne. È possibile osservare l’andamento stagionale dell’impianto. sultati calcolati con detto strumento di simulazione. Lo strumento in oggetto, si muove a partire da input di base forniti dall’utente: 1 EPTA IC e EPTA MKTG: Performance Refrigeration Analyzer Software. • Profilo geografico 2 Norma EN378-2:2008 • Utenze installate (banchi Tn e Bt, celle frigorifere Tn e Bt) 0.20 • Orari di apertura e di chiusura del punto vendita • Tipo di refrigerante • Tipo d’impianto (Std., Casacata, Booster ecc) 0.15 compressore • Modello uderi_Orlandi_Preatoni.qxd 28/05/12 10:46 Pagina 221 29-set 4-ott 14-ott 19-ott 24-ott 29-ott 3-nov 8-nov 13-nov 18-nov • Condensazione flottante (Si/No) 9-ott • Ventole condensatore ad alta efficienza (Si/No) • Inverter (Si/No) Figura 8 – Andamento rendimento di secondo principio. • Perdite di carico in aspirazione Ottimizzazione e controllo performance energetiche di un supermercato 221 • Temperatura refrigerante in ingresso aldelle compressore Una volta inseriti tutti i dati d’input, lo strumento, mediante un ben preciso algoritmo di calcolo, procede all’analisi e al calcolo del C.O.P. stagionale

AVG: 0.288

AVG: 0.215 AVG:0.271

3.2. Valutazione del risparmio energetico

Figura 10 – Stralcio report di calcolo elaborato dallo strumento di previsione e simulazione

0.50

Risulta, già da una prima rapida analisi qualitativa della precedente figura 8 le settimane con configurazione ad alta efficienza presentino un rendimento di se principio superiore a quello proprio del funzionamento ad efficienza di riferimento I valori medi del rendimento di secondo principio per configurazione sistema di misura installato in camIl risparmio energetico medio, per chilowatFigura 8 sono espressi i valori medi corrisponefficienza e ad efficienza toradidi energia riferimento, risultano essere rispettivamente p po, è risultato pari a 21%. elettrica consumata, corrispondenti alle singole settimane. Da ultimo si è mostrato un dente al miglioramento percentuale di cui alla ’’ ’’ ηValutazione = 0.327 ; η = 0.258. complesso ed elaborato sistema di [5] e proprio di un impianto frigorifero in funziodel risparmio energetico HAVG RefAVG calcolo in grado di prevedere e stinamento ad alta efficienza, è pari a circa il 21%. Risulta, già da una prima rapida analisi quaAVG: 0.288 AVG: medi 0.215 AVG:0.271 Da questi due valori è possibile calcolare l’effettivo miglioramento perc mare assorbimenti e performance litativa della Figura 8, come le settimane con d’impianto. configurazione ad alta efficienza un CONCLUSIONI n delle prestazioni dipresentino un impianto da alta efficienza. AVG: 0.356

AVG: 0.314

AVG:0.309

0.45

0.40

0.35

Efficienza di riferimento Alta efficienza

0.30

0.25

0.20

0.15 29-set

4-ott

9-ott

14-ott

19-ott

24-ott

29-ott

3-nov

8-nov

13-nov

18-nov

rendimento di secondo principio superiore a Il dettagliato sistema di misura installato nel Figura 8 – Andamento rendimento di secondo principio. quello proprio del funzionamento ad efficienza supermercato è stato il punto di partenza per di riferimento. l’analisi e l’ottimizzazione delle performance II IIenergetico 3.2. Valutazione del risparmio I valori medi del rendimento secondo prinenergetiche. − primadirapida Hgià Avg ref analisi Risulta, da una ad qualitativa Nel della precedente figura come come il riAvg cipio per configurazione alta efficienza e ad presente articolo si è8,mostrato le settimane con configurazione ad alta efficienza presentino un rendimento di secondo efficienza di riferimento, risultano rispetsparmio energetico di un impianto (nello speciprincipio superiore aII quello proprioessere del funzionamento ad efficienza di riferimento. tivamente pari a: fico ad alta efficienza rispetto uno a efficienza I valori medi del rendimento di secondo principio per configurazione ad aalta ref Avg efficienza e ad η’’ efficienza di riferimento, risultano essere rispettivamente a: degli effetti η’’HAVG = 0,327; di riferimento), vada stimatopari al netto RefAVG = 0,258. ’’ η’’HAVG = 0.327 ; ηvalori = 0.258. stagionali della temperatura esterna. Per far ciò Da questi due medi è possibile calcoRefAVG Da questi due valori medi è possibile calcolare l’effettivo miglioramento percentuale si è dovuto calcolare un indice di efficienza enerlare l’effettivo miglioramento percentuale delle delle prestazioni di un impianto alta efficienza. getica d’impianto: il rendimento di secondo prinprestazioni di un impianto ad altadaefficienza. cipio. Ancora, nel caso in esame il risparmio ener(η II H Avg −η II ref Avg ) getico, calcolato anche mediante il complesso = 26 . 7 % [5] II

η

η

)

= 26 . 7 %

[5]

*Francesco Suderi, Maurizio Orlandi, Epta S.p.A. – Innovation Centre – Milano, Italy ** Stefano Preatoni, Costan S.p.A. – Service Contracts & Business Division Italy – Milano, Italy

Il risparmio energetico medio, per chilowattora di energia elettrica cons corrispondente al miglioramento percentuale di cui alla [5] e proprio di un im frigorifero η ref in funzionamento ad alta efficienza, è pari a circa il 21%. Avg

21% Il risparmio energetico medio, per chilowattora di energia elettrica consumata, corrispondente al miglioramento percentuale di cui alla [5] e proprio di un impianto NOMENCLATURA frigorifero in funzionamento ad alta efficienza, è pari a circa il 21%. TN Temperatura Normale BT Bassa Temperatura C.O.P. Coefficient of Performance Figura 9 – EEV Valvola di espansione elettronica Risparmio TEV Valvola di espansione termostatica energetico per Rendimento di secondo principio Figura 9 – Risparmio energetico per chilowattora di energia η’’elettrica chilowattora di consumata. η’’HAVG Valore medio rendimento di secondo principio alta efficienza energia elettrica Figura 9 – Risparmio perprincipio chilowattora medio rendimento di secondo efficienza di riferimento di η’’Ref AVG Valoreenergetico consumata 79% 21%

79%

consumata.

62

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GOVERNO TECNICO

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Nr.01  –  MERCOLEDĂŒ  18  GENNAIO  2012

L

e vicende di Fukushima sono arrivate inattese e violente. Esse ci insegnano che non conosciamo ancora a sufficienza la nostra Terra, ed i metodi migliori per soddisfare le nostre attuali esigenze. In questa nota riassumiamo le fonti di energia necessarie al nostro progresso civile. Si ribadisce la necessità di sviluppare nuove indagini e di aprire nuovi laboratori. Si sottolinea l’importanza delle Università, nel loro ampio significato di deposito di conoscenza, di luogo di indagine attiva su quanto ancora non conosciamo, e di deposito della cultura raggiunta, da trasmettere alle nuove

La decisione desta meraviglia e rammarico e richiama all’impegno

PerchÊ  la  trattativa  privata   non  piace  all’Antitrust

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Infrastrutture  e  project  

GIUSEPPE LANZAVECCHIA

2

LAVORO E OCCUPAZIONE

La crisi finanziaria e quella culturale

N

dott. ing. Carlo Valtolina

Caro Collega, nessuno, meglio di noi tecnici, codott. ing Franco Ligonzo nosce il valore essenziale Sia chiaro: la mia meraviglia cesco Profumo, infatti, è stadell'aggiornamento continon è per nulla una critica to a lungo rettore del Polinuo, oltre quello della culalla scelta dei ministri tecnico di Torino e da qualtura e, per 60 anni, il nofatta dal Premier, che mese era passato alla stro Giornale ha cercato &$  , &   !'% Prof. Mario Monti, presidenza del CNR. di soddisfare queste esigenE il ma è la reazione al ministero dell’Istruzione,""& ze, dandosi una del     mission— >pag.4 fatto che nel suo l’UniversitĂ  e della Ricerca, “cogliere e interpretare lo cosiddetto “gover- che gli è stato affidato, sapspirito del tempoâ€? (n.13 no tecnicoâ€? c’è un piamo essere di grandissimo del 15/7/09) e seguendo solo ingegnere. Cer- peso in un’economia della una linea editoriale che io tamente quest’unico conoscenza. Meraviglia, pestesso nel settembre 2010 ingegnere è persona rò, che non siano stati scelti (n.14 del 1/9/2010) avevo ben nota: il Prof. Ing. Fran- altri ingegneri-architetti-georiassunta in sei punti: n “noâ€? alla banalizzazione segue a pag. 5 dei problemi complessi; “siâ€? al dare spazio alle diverse analisi, purchĂŠ complete, motivate e documentate; ENERGIA NUCLEARE ANNO ACCADEMICO/1 n “noâ€? alle soluzioni semplicistiche; “siâ€? al sostenere POLITECNICO soluzioni che, pur semplici, DI MILANO: tengano conto +%'&(! della com$ &&$$  "$(& "' & %' "$!& Crescita plessitĂ  di partenza e an— >pag.6 ,    che  degli&(,%   effetti di medio   e sostenibilitĂ  periodo; dott. ing. Alessandro clerici n “noâ€? all’intolleranza ina pag. 8 tellettuale; “siâ€? alla discusPRESIDENTE  CNI sione rispettosa delle idee !%&!(!$!%" %'($ & altrui; ANNO ACCADEMICO/2 %! "$  %$()  "$!&&)!   n “noâ€? al bla-bla-bla fine a sĂŠ stesso; “siâ€? al dare spaUNIVERSITĂ€ ! %'&)!  "$ $ !, ! $ ! zio !alle &$$! + $%-­ idee portatrici di DEL SALENTO: valore aggiunto; %&' '  %"&&  !  %!%!"& Conoscienza n “noâ€? a una linea edito ! &$&&    — >pag.5     asservita — >pag.13 "$!%%!  riale a interessi di e sapere parte; “siâ€? a un’informazione plurale e indipendente; a pag. 8 n “noâ€? ad accettare che il comportamento eticamen !    "!$&  $ $%"&&! te corretto %% finisca lĂ  dove RICHIAMO3 quello “penal! %&%%! "$!! comincia   $!! mente rilevanteâ€?; “siâ€? ad! (!  -­ TITOLO DEL accettare un limite %!"$&&'&&!')!    etico   — >pag.8 RICHIAMO: tanto piĂš stringente quanto

La  Manovra  Salva   Italia  cambia  i   lavori  pubblici 1

segue a pag. 3 e 4

el 1996 ho pubblicato un libro (1) che esaminava per diversi paesi industrializzati l’evoluzione – dal 1960 al 1995 – di economia, occupazione, forza lavoro; demografia per sesso, fasce d’età, fertilità, mortalità, durata della vita, processi migratori; società (come l’ingresso delle donne sul mercato del lavoro); necessità di una continua crescita economica in tutto il mondo in un contesto di globalizzazione crescente, e quin-

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RAPPORTO  CNI   SUI  BANDI  DI   PROGETTAZIONE

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Numeri indici: gen 2007 = 100

220 210 200 190 180 170

150 140 130 120 110 100 90

Jul-11

Jul-10

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NEWSLETTER  –  Nr.01  —  Pag.1  

Jan-08

80 Jan-07

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160

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INTERVISTE

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Una corretta progettazione degli impianti parte da una valutazione di ancoraggi, connessioni e interferenze, con l’obbiettivo ultimo di una riduzione delle vulnerabilità associate ai dispositivi di vincolo alla struttura dell’edificio di Aroldo Bargone*

A

della protezione sismica degli impianti appare in questi giorni di estrema attualità. Il recentissimo evento sismico di magnitudo 6.1, iniziato il 20 di maggio in Emilia Romagna e ancora perdurante, ci restituisce un panorama distrastroso ed inquietante, sopratutto nei centri di S. Agostino, Finale Emilia, Mirandola, Cavezzo, Concordia sul Secchia, S. Felice sul Panaro, Novi. Esso deve spingerci, ora più che mai, a riflettere sulle metodologie che sottendono al progetto antisisimico dei sistemi impiantistici degli edifici e non. Ma ci sono anche alcune eccezioni di esclusione dalla applicabilità delle N.T.C. del D.M. 14/01/2008 rispetto alla sua entrata in vigore dal 01/07/2009 e che attengono alle ipotesi del D.L. 31/12/2007 n.248 art.20 co.3 (opere da iniziare o iniziate e varianti) e agli edifici strategici per i quali invece entravano in vigore dal 05/03/2008 (art.20 co.4, L. 31/2008). pprofondire il tema

64

#14

Convegno sulla “Revisione delle N.T.C. Verso le N.T.C. 2012” Prima di entrare in argomenti più specifici è necessario riportare che fin dal dicembre 2011, quindi prima del terremoto del 20 maggio, erano e sono attivi presso il Consiglio Superiore del Lavori Pubblici, Gruppi di Lavoro occupati a revisionare, ciascuno, ogni capitolo del D.M. 14/01/2008. Secondo lo “stato dei lavori” il futuro sarà incentrato sul definitivo abbandono del metodo delle tensioni ammissibili. Oltre al criterio della caratterizzazione sismica locale anziché di una suddivisione in zone, ci saranno novità sulla gerarchia delle resistenze ed il controllo della duttilità in termini di rapporto momento / curvatura, zone dissipative ecc. Staremo a vedere.

Il futuro prossimo degli impianti Nel campo della verifica degli elementi non

strutturali e degli impianti, verranno introdotte specificazioni in ordine ad una duplice verifica per lo S.L.E. e lo S.L.U. La revisione in atto conterrà probabilmente novità sulla diversa valutazione degli edifici nuovi e degli esistenti, sulla metodologia della determinazione di appartenenza del sottosuolo alle categorie previste al par. 3.2.2 e quant’altro ancora. Forse alla luce delle esperienze emiliane di questi giorni qualcosa cambierà ancora.

Approccio metodologico al progetto antisismico degli impianti Il problema della sicurezza sismica degli impianti deve essere affrontato in modo sistematico


Zone sismiche e criteri costruttivi, alcune considerazioni preliminari

Da un semplice calcolo matematico si evince che in Italia 3069 Comuni con il 40% della popolazione totale sono sottoposti ad un forte rischio sismico (zone 1 e 2) mentre 5032 Comuni con il 60% della popolazione sono sottoposti ad un basso (zona 3) e bassissimo rischio sismico (zona 4). Classi e categorie di edifici In tutto il territorio italiano è possibile costruire secondo il D.M. 14/01/2008 edifici classificabili in 4 Classi d’uso e 8 Categorie di edifici. (D.M. 14/01/2008 – Punto 2.4.): Classe I: Costruzioni con presenza occasionale di persone, edifici agricoli. Classe II: Costruzioni il cui uso prevede normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche o sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose. Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Mappa di pericolosità sismica del territorio nazionale. Ogni terremoto ha le sue caratteristiche che si identificano fondamentalmente per l’accelerazione al suolo avente il 10% di probabilità di superamento in 50 anni, ed alle quali corrispondono dal 2006 quattro zone sismiche definite nella cartografia in G.U.

Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Per il rigore a cui si deve rispetto, è necessario aggiungere alcuni particolari del D.M. 14/01/2008. Nell’allegato A si afferma che la pericolosità sismica in un generico sito costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche con tutto quello che ne consegue, sia nell’approccio prestazionale alla progettazione delle strutture nuove, sia nella verifica di quelle esistenti. Al paragrafo 12 si fa presente che in mancanza di specifiche indicazioni, possono essere utilizzati documenti “indicati” che costituiscono riferimenti di comprovata validità. Tutto ciò per quanto attiene anche gli impianti, secondo i paragrafi 7.2.3 – 7.2.4 – 7.3.6.3 – 7.3.7 – 8.7.4 – 10.1. Tabella 1 – Situazione sismica al 2011 del territorio nazionale italiano

ODPCM nº 3274 Accelerazione al suolo Comuni 20/03/2003 a g zone

%

Cogenza della Popolazione progettazione % D.M. 14/01/08

1

0,35 g

725

9%

SI

2

0,25 g

2.344

29%

SI

3.069

38%

40%

3

0,15 g

1.544

19%

26%

SI

4

0,05 g

3.488

43%

34%

facoltà delle Regioni

8.101

100%

100%

CROLLI DI CAPANNONI. Da alcune foto aeree di questi giorni scattate sul territorio italiano si osserva come alcune costruzioni industriali apparentemente moderne siano crollate ed alcune attigue sembrano intatte. Forse per queste che si situano in zona 3 occorrerà fare ulteriori riflessioni più attente.

ed olistico interagendo con il calcolatore delle strutture in quanto il sisma produce inevitabilmente una risposta contemporanea dei vari componenti strutturali e non strutturali di masse diverse.

Anti-earthquake planning

La definizione della sicurezza sismica è relativa alla distinzione della natura del danno associato alle criticità degli impianti. Ogni criticità deve essere evitata per garantire la continuità nel funzionamento dell’impianto durante e nell’immediato post sisma.

The content of this article aims to provide a methodology to approach the design of the seismic safety of plants, such as the earthquake of recent days, has generated serious situations throughout Emilia and beyond. It is well known that prevention on the vulnerability of any system, relates to buildings and systems that do not undergo the collapse. From the productive and economic communities around the country needs to wake warehouses around 83000, and a high percentage of unusable buildings. For a total of about 5 billion euros in damages now estimated. Today more than ever, therefore, it is important not only for technical knowledge and enrich take to rebuild not only to standard, but with a new “mindset” operational. KEYWORDS: building systems, earthquake

I dati di cui il progettista deve essere a conoscenza sono: 1. la zona sismica nella quale è situato l’edificio; 2. la classe d’uso e la categoria alla quale l’edificio appartiene; 3. il progetto strutturale dell’edificio contenente il disegno dell’andamento delle reti impiantistiche in pianta ed in sezione, ovvero il lay-out distributivo; 4. la forma, le dimensioni, i materiali, i pesi delle apparecchiature, dei componenti ecc. In ogni caso, per i vari componenti è importante valutare gli ancoraggi, le connessioni, le interferenze. Una corretta progettazione deve seguire poi una logica progressiva che inizi a minimizzare il rapporto costi/benefici degli interventi. Dopo aver operato idonee scelte progettuali si deve focalizzare l’attenzione a ridurre le

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della Scienza e della Tecnica delle Costruzioni secondo i criteri introdotti dal D.M. 14/01/2008. I requisiti da soddisfare sono la sicurezza allo stato limite ultimo (S.L.U.) ed allo stato limite di esercizio (S.L.E.), da considerare per le prestazioni complessive dell’edificio. Nello stato limite ultimo (S.L.U.) sono compresi lo stato limite vita (S.L.V.) e lo stato limite al collasso (S.L.C.), i quali non richiedono la verifica. Per gli impianti, nello S.L.E. (paragrafo 7.3.7) sono compresi lo stato limite di operatività (S.L.O.), relativo alle interruzioni d’uso, e lo stato limite dei danni (S.L.D.), relativo ai potenziali danni. Per ogni stato limite è prescritta un’azione sismica proporzionale al terremoto atteso.

Calcolo del carico totale

Figura1 – Schema operativo per l’implementazione del processo progettuale sismico Fonte ATC-51-2

vulnerabilità associate ai dispositivi di vincolo alla struttura dell’edificio.

Verifica dei dispositivi di vincolo Le sezioni degli elementi dei dispositivi che si ritengono maggiormente sollecitate dovranno essere verificate. Noto il carico unitario di sicurezza ammissibile del materiale con il quale è costruito il dispositivo di vincolo ed il carico totale concentrato con il quale è sollecitato, si procede a tale verifica con l’impiego diretto dei metodi

Per determinare il carico totale che sollecita la o le sezioni di un dispositivo di vincolo, al peso proprio del componente preso in considerazione, oltre che ad eventuali altri carichi ad esso collegati, occorre sommare vettorialmente l’azione sismica (Fa) riferita alla accelerazione di massima attesa (ag), applicata al centro di massa e nella direzione più sfavorevole dell’elemento funzionale.

Determinazione dell’azione sismica Fa Per il paragrafo 7.2.3 delle N.T.C. 2008, la forza sismica si determina come segue: Fa=(Sa Wa)/qa dove Fa è la forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento non strutturale nella direzione più sfavorevole Wa è il peso dell’elemento Sa è l’accelerazione massima, dimensionalizzata

Figura 2 – Analisi dei carichi sui pendini con attacco sotto il centro di gravità di un canale aeraulico Fonte Mason Industries, Inc.

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rispetto a quella di gravità, che l’elemento strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame (v. § 3.2.1) qa è il fattore di struttura dell’elemento In assenza di specifiche determinazioni, per qa si possono assumere i valori riportati in Tab. 7.2.I. In mancanza di analisi più accurate Sa può essere calcolato nel seguente modo: 3·(1 + Z ∕ H) Sa = α·S·[ —————— – 0,5] 1+(1 – Ta ∕ T1)2 dove: α è il rapporto tra l’accelerazione massima del terreno ag su sottosuolo tipo A da considerare nello stato limite in esame (v. § 3.2.1) e l’accelerazione di gravità g S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche secondo quanto riportato nel § 3.2.3.2.1 Ta è il periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale T1 è il periodo fondamentale di vibrazione della costruzione nella direzione considerata Z è la quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata a partire dal piano di fondazione (v. § 3.2.2) Per le strutture con isolamento sismico si assume sempre Z = 0. H è l’altezza della costruzione misurata a partire dal piano di fondazione Il valore del coefficiente sismico Sa non può essere assunto minore di αS.


Gli edifici scolastici emiliani danneggiati

Gli Istituti Superiori Industriali Galilei, Luosi di Mirandola e Calvi di Finale Emilia oltre che i Licei Pico di Mirandola e Morandi hanno subito forti danneggiamenti agli impianti e ad altri elementi non strutturali che dovranno essere ripristinati. La foto in alto a sinistra mostra emblematicamente gli effetti del distacco del controsoffitto. Di qui lo spunto per richiamare la normativa e gli standard sulla vulnerabilità degli elementi non strutturali indicati nella Linea Guida del Consiglio Superiore dei LL. PP. del 2009. Gli edifici scolastici fanno parte della classe III e categoria C1. Le cautele da adottare per evitare che si verifichino crolli anche parziali di elementi non strutturali ovvero di elementi secondari degli impianti in grado di mettere a rischio gli occupanti, sono descritte nei par. 7.2.3 – 7.2.4 del D.M. 14/01/2008. In sostanza è importante l’esecuzione appropriata dei collegamenti fra i dispositivi di vincolo e la struttura e dei controventamenti. È inoltre importante l’osservanza dei par. C7.2.3 e C7.2.4 della Circolare 02-02-2009 n.617 C.S. LL.PP. nonché delle raccomandazioni riportate nella Tab. C8A.9.1 di cui all’appendice di detta Circolare. (Fonte “Linee guida per il rilevamento della vulnerabilità degli elementi non strutturali nelle scuole” Consiglio Superiore dei LL. PP).

Gli ancoraggi

Strutture interrate

Gli ancoraggi devono garantire il sostegno sicuro ed affidabile dei componenti alla struttura di cui devono avere lo stesso coefficiente di sicurezza. Definito il carico con il metodo prima indicato per valore, direzione e verso da applicare all’ancoraggio scelto, e noto il materiale della struttura, si procede al calcolo di verifica a taglio, trazione o combinato come da NTC 2008 e come suggerito dalle Aziende specializzate produttrici dello stesso ancoraggio.

Un particolare effetto degli eventi sismici del 20 maggio 2012 in Emilia, è rappresentato dalle deformazioni permanenti dovute alla fagliazione superficiale frane, liquefazione, che a loro volta producono deformazioni nelle strutture interrate. Per le strutture interrate realizzate per la sistemazione di impianti tecnologici, dovrà essere assicurata la compatibilità con le prestazioni richieste agli effetti del S.L.U. (danneggiamento ripristinabile entro tempi compatibili con la disponibilità di risorse autonome e senza pericolo per la popolazione a causa di rilascio incontrollato di sostanze pericolose) ed agli effetti del S.L.D. (garanzia di continuità di servizio senza interventi o

al massimo con la possibilità di ripristino entro le 12 ore). Il progetto delle reti di distribuzione nelle opere interrate, deve tener conto delle prestazioni prima riportate al fine di sopportare le deformazioni di calcolo. I dispositivi di supporto potranno essere progettati in modo da distribuire le distorsioni attese su lunghezze superiori a quelle considerate per l’opera interrata. L’azione sismica per lo S.L.U. è definita come quella avente probabilità di superamento inferiore al 10% in 50 anni (periodo di ritorno Tr = 475 anni). L’azione sismica per lo S.L.D. è definita come quella avente probabilità di superamento

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Tabella 2 – Parametri del moto del suolo

Tabella 3 – Parametri che defiscono lo spettro di risposta elastico normalizzato

inferiore al 40% in 50 anni (periodo di ritorno Tr = 100 anni). I parametri di picco del moto del suolo possono essere assunti dalle Tabelle riportate. Per le strutture interrate destinate alla sistemazione di impianti tecnologici, tutti i dati sopra riportati sono estrapolati dalla proposta di Linee Guida del Servizio Sismico Nazionale predisposte ai sensi dell’art.8 co.4 della Direttiva 03/03/1999, in corso di Determinazioni ministeriali.

I tipi di suolo A B C sono per definizione: A – Formazioni litoidi o terreni omogenei B – Depositi di sabbie e ghiaie mediamente addensate o depositi di argille di media rigidezza C – Depositi di terreni incoerenti con o senza intercalazioni di terreni soffici coesivi o depositi di terreni coesivi a caratteristiche di rigidezza da bassa a media

Alcune disposizioni costruttive: • dotare l’opera di idonei giunti opportunamente spaziati • interporre fra l’opera ed il terreno uno strato di sabbia sciolta • orientare la geometria dell’opera al fine di ridurre le deformazioni in compressione in favore di quelle in trazione • le reti nei cunicoli devono consentire alla condotta una flessibilità almeno pari a quella del cunicolo • prevedere adeguati ancoraggi per le valvole di sfiato • evitare bruschi gomiti sia in orizzontale sia in verticale

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Rassegna tipologica delle strutture emiliane danneggiate

Nella situazione drammatica causata dai molteplici eventi sismici che da giorni si presentano per diversi gradi di intensità con una frequenza che va dalle tre alle quattro scosse all’ora e che tormentano persone, distruggono edifici ed economie

in tutto il territorio emiliano, si ritiene utile mettere in rassegna almeno alcune delle sue costruzioni tipologiche parzialmente danneggiate nelle quali gli impianti denunciano il loro comportamento. Abitazioni rurali con annessa azienda agricola. Queste costruzioni generalmente non recentissime, costruite in laterizio con orizzontamenti lignei, hanno offerto in alcune situazioni un discreto comportamento quanto a tenuta, salvo alcune porzioni di esse che sono crollate. Nel caso della foto riportata, mentre una parte dell’edificio è crollata, il serbatoio di stoccaggio, non ha subito danni, dimostrando di essere fortemente ancorato alla base rigida. Fonte Agronotizie

Ospedale nel Modenese. Pur nel suo aspetto discutibile, gli elementi secondari a soffitto nel corridoio dell’ospedale non hanno subito alcun danno. Segno di una adeguata risposta sismica. Fonte RAI

Impianto di controllo e gestione delle acque di superficie. Il terremoto ha provocato un pericolosissimo rischio idrogeologico, con frane in alcuni alvei tali da pregiudicare il regolare deflusso delle acque. In circa 100000 ettari del territorio che va da Novi a Carpi, Campogalliano e Soliera, è stato sospeso il servizio irriguo. Le foto dimostrano la tenuta ma anche la precarietà delle costruzioni in laterizio dell’impianto. Fonte RAI

Azienda industriale. A mezza strada tra Finale Emilia e S. Agostino, un’azienda di serramentistica ha subito il crollo parziale della copertura mentre sembra aver tenuto (sullo sfondo della foto) la rimanente parte dei capannoni. È nello spirito del D.M. 14/01/2008 progettare gli impianti per comparti per mantenere la funzionalità produttiva possibile, al di la dei layout, anche nell’immediato post sisma. Fonte “Guidafinestra”

Conclusione Il contenuto di questo articolo vuole offrire una metodologia di approccio alla progettazione della sicurezza sismica di impianti che, come nel caso del terremoto di questi giorni, ha generato situazioni gravissime in tutto il territorio

emiliano e non solo. È ormai noto che la prevenzione sulla vulnerabilità di qualunque impianto, attiene ad edifici e sistemi che non subiscono il crollo. Sotto l’aspetto produttivo ed economico le comunità di tutto il territorio ha la necessità di riattivare circa 83000 capannoni, ed un’elevata percentuale di edifici inagibili. Per un totale di circa di 5 miliardi di euro di danni oggi stimati. Oggi

Azienda industriale. Il complesso di Gruppi Multinazionali con circa 3000 addetti nel settore del biomedicale, costituisce un area di eccellenza con un indotto di 120 aziende nella Bassa Modenese e Ferrarese, nei Comuni di Medolla e Cavezzo. Le costruzioni industriali sono in parte danneggiate e quindi da ristrutturare. Nella foto, l’interno della B.Braun, mostra il tipico danno di un controsoffitto come elemento non strutturale pericoloso. Fonte “Linkiesta”

più che mai quindi, è importante non solo per i tecnici assumere ed arricchire conoscenze per ricostruire non solo a norma, ma con una rinnovata “forma mentis” operativa. n * Aroldo Bargone, Meccanica ITIS, Delegato AiCARR

Ordinario Architetto

Tecnologia Consulente

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Vetri ed efficienza energetica

Edifici vetrati perché non sono sostenibili? H

a senso parlare di sostenibilità e poi costruire edifici completamente vetrati? Guardando all’attuale moda architettonica sembrerebbe di sì, dato che la maggior parte delle nuove costruzioni, specialmente quando le dimensioni sono imponenti, è progettata in vetro. Per quanto di ottima qualità e per quanto possa ottimizzare le proprie prestazioni al mutare delle stagioni e del clima, un edificio tutto vetrato richiederà sempre un consumo energetico maggiore di uno in gran parte opaco. E questo lavoro lo vuole dimostrare.

L’analisi Per valutare il maggior dispendio energetico di un edificio tutto vetrato rispetto ad uno con superfici opache è stata condotta un’analisi in ambienti con destinazione uffici con una superficie rivolta verso l’esterno di 12 m² e con potenze endogene dovute alla presenza di persone e apparecchiature pari a 620 W. La stanza considerata è lunga 6 metri, ma questo valore è indifferente per il risultato finale, visto che tutte le altre pareti, il soffitto e il pavimento sono interni. Due le ipotesi considerate: nella prima la superficie disperdente è tutta vetrata, mentre nella seconda è vetrata per il 40%. La trasmittanza della

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La riduzione di superficie vetrata influisce sulla massima potenza estiva richiesta e conseguentemente sul dimensionamento dell’impianto. Vantaggi si riscontrano anche dal punto di vista del comfort termico, penalizzato invece dall’irraggiamento diretto di Michele Vio

Una storia recente

È indubbio che i sistemi vetrati che chiudono le finestre siano, assieme agli impianti, uno degli elementi che più hanno contribuito all’attuale comfort negli edifici. Tuttavia, nonostante il vetro sia stato inventato tra i 4.000 e i 5.000 anni fa, il suo uso edilizio è piuttosto recente. Bisogna infatti aspettare il Rinascimento perché la vetratura delle finestre, che aveva conosciuto inarrivabili splendori nelle cattedrali gotiche, cominci a diffondersi anche nell’edilizia civile. L’uso di vetrature composte da vetri circolari o da piccole lastre unite con il piombo è ben testimoniato dalle scene pittoriche, ma solo tra il 19° e il 20° secolo si riuscì a produrre con uno spessore regolare e sottile lastre di dimensioni sempre maggiori. Solo nel 1952 Alastair Pilkington mise a punto il metodo float – tutt’ora il più utilizzato al mondo –, che consente di produrre lastre con superfici perfettamente piane e parallele. In conseguenza dell’economicità e della qualità della produzione dovuta al processo float, l’uso del vetro ha travalicato la semplice chiusura delle finestre, fino ad estendersi all’intera facciata edilizia. Questo passaggio, tuttavia, ha aperto la strada a tutta una serie di problemi che non vengono sempre affrontati con la saggezza e la lucidità necessaria; uno di questi è quello energetico.


Irraggiamento ed esposizione

A causa degli angoli solari, il massimo irraggiamento possibile (quindi con cielo completamente terso) su superfici verticali non si ha mai in corrispondenza del giorno più caldo dell’anno. Tuttavia, mentre per gli orientamenti Est e Ovest le differenze tra il giorno ad irraggiamento massimo e quello più caldo dell’anno sono minime, a Sud le cose cambiano radicalmente. In Italia il massimo irraggiamento ad Est e Ovest si ha tra febbraio e aprile (dipende dalla latitudine e dall’orientamento), ma la differenza rispetto a al giorno più caldo è molto limitata: a Milano si attesta attorno al 5% a Est e al 7% a Ovest; a Roma diventa il 6% a Est e il 9% a Ovest, a Catania sale rispettivamente al 10% e all’11% in più. Queste non rappresentano situazioni critiche, perché le variazioni di potenza per irraggiamento solare sono basse e compensate dalle maggiori dispersioni dovute alle basse temperature dell’aria esterna. Molto più critica è la situazione a Sud, dove il massimo irraggiamento solare su superficie

verticale si ha sempre nei mesi invernali e le differenze rispetto al giorno più caldo sono molto elevate. Il mese critico diventa ottobre, quando le temperature dell’aria esterna sono ancora alte, non tali da compensare con maggiori dispersioni attraverso la struttura l’aumento di irraggiamento solare. A Milano ad ottobre l’irraggiamento è più elevato dell’87% rispetto al giorno più caldo, a Roma del 107% e a Catania addirittura del 138%. Ad aggravare le cose c’è il fatto che ad ottobre l’ambiente non può essere mantenuto a 26°C, come in piena estate, ma al massimo a 22°C, perché le persone sono vestite con abiti più pesanti. Ciò comporta maggiori criticità per gli impianti: quelli ad aria devono avere una portata maggiore oppure una temperatura dell’aria di immissione più bassa, mentre i sistemi radianti devono essere mantenuti a temperatura molto inferiore. Inoltre le variazioni possono essere repentine: basta una nuvola che oscuri il sole per variare di molto il carico termico.

ANDAMENTO DELLA POTENZA. La figura mostra cosa avviene a Milano in un locale rivolto a sud, nel caso di fattore solare 0,3, quindi molto basso. La massima potenza nell’ambiente si ha sempre ad ottobre, nelle giornate con cielo terso. Se la superficie disperdente è tutta vetrata, l’aumento di potenza è pari al 19%, rispetto al giorno più caldo dell’estate, mentre si riduce al 9% se la superficie disperdente è parzialmente vetrata

parete opaca, di massa superiore a 250 kg/m², è stata supposta 0,35 [W m-2 K-1], mentre la trasmittanza dell’intero infisso vetrato è stata ipotizzata 1,3 [W m-2 K-1]. Si è inoltre ipotizzato di orientare la facciata disperdente verso l’esterno secondo i 4 punti cardinali in tre diverse città italiane: Milano, Roma e Catania. Il confronto è stato effettuato sulla base della massima potenza estiva richiesta e sulla base del consumo di energia. Inoltre, è stato aggiunto un confronto basato sul benessere termico degli occupanti, in funzione della temperatura superficiale raggiungibile.

Tabella 1 – POTENZE MASSIME [W] calcolate nel giorno più caldo d’estate, in funzione della località, dell’orientamento e del fattore solare (FS) MILANO

ROMA

CATANIA

100% 40% 100% 40% 100% 40% vetrata vetrata riduzione vetrata vetrata riduzione vetrata vetrata riduzione

FS = 0,3

FS = 0,6

NORD

1018

895

12%

1033

902

13%

1089

933

14%

EST

1471

1047

29%

1518

1081

29%

1614

1128

30%

SUD

1486

1090

27%

1477

1089

26%

1461

1091

25%

OVEST

1652

1165

29%

1750

1208

31%

1860

1262

32%

NORD

1135

942

17%

1165

955

18%

1232

990

20%

EST

2097

1311

37%

2262

1379

39%

2411

1447

40%

SUD

2083

1326

36%

2066

1322

36%

1984

1299

35%

OVEST

2422

1473

39%

2617

1554

41%

2791

1661

40%

Maggiore il carico, maggiore il dimensionamento La riduzione di superficie vetrata ovviamente

Glazed buildings, why aren’t they sustainable?

Does It makes sense to talk about sustainability and then build fully glazed buildings? Looking at the architectural fashion would seem so, given that most new construction, especially when the size is impressive, it is designed with glass. As far as of high quality, as far as it can optimize its performance to the changing seasons and climate, however, all glass building will always require an energy consumption greater than a largely opaque. This work wants to demonstrate that. Keywords: glass, glazed building, energy consumption, sustainability

influisce sulla massima potenza estiva richiesta che, ai fini del dimensionamento dell’impianto, è sicuramente rilevante. Ridurre però la potenza significa ridurre anche tutte le componenti dell’impianto: gruppi frigoriferi e terminali d’impianto, canalizzazioni dell’aria e tubazioni, ventilatori e pompe, con conseguente minor costo iniziale e minori spazi dedicati a centrali e cavedi tecnici. Le massime potenze calcolate sono mostrate in Tabella 1. Dall’osservazione della tabella si possono ricavare sia la riduzione della potenza richiesta, che è sempre elevata, sia in termini assoluti che

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SHARD LONDON BRIDGE (Londra). In costruzione nel quartiere di Southwark, il grattacielo dovrebbe essere completato entro il 5 luglio 2012 e raggiungerà i 310 metri d’altezza con i suoi 87 piani (di cui 72 abitabili) percentuali, che la riduzione percentuale di potenza, quasi indipendente dalla località e poco influenzata dall’orientamento, fatto salvo per i locali a nord, a causa del basso contributo per l’irraggiamento. Grazie alle minori dimensioni di tutte le componenti principali, i valori di riduzione sono tali da semplificare notevolmente l’inserimento dell’impianto. La riduzione di potenza è ancora maggiore se si considerano gli effetti nelle mezze stagioni nei locali rivolti a Sud (BOX 2).

Il consumo energetico stagionale L’analisi ha considerato solamente il risparmio per l’energia da fornire o da sottrarre all’interno dei locali e ha tralasciato la quota molto importante per il pompaggio dei fluidi vettori, aria o acqua. Il motivo è semplice: la quota considerata vale sempre, qualunque sia la tipologia dell’impianto e la forma dell’edificio, mentre la seconda è fortemente influenzata da scelte progettuali e non può essere generalizzata. Come si può notare dalla Figura 1, nel caso di superficie completamente vetrata, la potenza è sempre negativa, quindi è necessario che l’impianto fornisca calore funzionando in riscaldamento. Mentre se la superficie vetrata si riduce, la potenza si azzera o diventa leggermente positiva; l’impianto o non è necessario, perché al massimo la temperatura

aumenta di qualche decimo di grado, oppure può sfruttare il free-cooling, massimizzando il risparmio energetico. In Figura 2 vengono invece mostrati i notevoli risparmi energetici stagionali ottenibili nelle varie città per ogni orientamento, nell’ipotesi di utilizzare impianti in grado di sfruttare il free-cooling. Del resto da secoli l’architettura dell’area mediterranea cerca di proteggere gli ambienti dall’irraggiamento solare estivo, con schermi o aggetti di ogni tipo, dal portico,

alla pergola, ad altre soluzioni più o meno ingegnose.

Superfici vetrate e benessere termico Le superfici vetrate tendono a scaldarsi tanto maggiore è il coefficiente di assorbimento. Una vetrata formata da vetrocamera – intercapedine – vetrocamera con fattore

Figura 1 – ANDAMENTO ORARIO della potenza nel mese di gennaio (giorno medio e giorno più freddo) a Milano, orientamento Sud, fattore solare del vetro pari a 0,6

Figura 2 – RISPARMI ENERGETICI ANNUALI ottenibili diminuendo la superficie vetrata dal 100% al 40% della superficie esposta

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solare di circa 0,35 (e coefficiente di trasmissione visiva 0,49) può raggiungere una temperatura superficiale interna di circa 41°C, che scende a 38°C nel caso di intercapedine ventilata. Un trattamento superficiale riflettente sulla superficie esterna, aggiunto all’utilizzo di vetrate extrachiare, può far diminuire il fattore solare a 0,3 e abbassare le temperature superficiali a 37°C, nel caso di intercapedine non ventilata, e a 32°C per l’intercapedine ventilata. Tuttavia, l’eventuale presenza di uno schermo all’interno dell’intercapedine, quando questo risulta abbassato, può far innalzare le temperature rispettivamente a 39°C e a 37°C. Valori così elevati della temperatura superficiale portano a discomfort termici notevoli, in grado di rendere scarsamente vivibili le zone vicine alle superfici esterne.

Utilizzate la UNI EN 7730 La figura 3 mostra la distribuzione in pianta delle classi di benessere secondo la UNI EN 7730 [1] in un ambiente 6*4 metri mantenuto a 26°C con vetrata oscurata a est con temperatura superficiale di 37°C. Nel caso la superficie vetrata sia solo il 40%, la temperatura superficiale della parete opaca è 27°C. Come si può notare, in una stanza con parete esterna completamente vetrata (nella figura quella a est) le condizioni di comfort sono scarse; per migliorarle o si abbassa di almeno 1°C la temperatura dell’aria in ambiente, oppure si utilizza un sistema radiante, che però migliora solo parzialmente il comfort. Se la superficie vetrata si riduce al 40%, il comfort migliora di molto, sia senza che con un sistema radiante a soffitto. La norma UNI EN 7730 considera solo l’effetto della temperatura superficiale delle pareti, ma non l’irraggiamento diretto all’interno dell’ambiente. Può essere utilizzata solo in caso di presenza di schermi oscuranti, esterni o interni. L’irraggiamento diretto genera sempre discomfort termico, come possiamo constatare quotidianamente all’interno delle nostre auto o ogni volta che il sole ci raggiunge attraverso una vetrata.

Figura 3 – UNI EN 7730. Distribuzione in pianta delle classi di benessere secondo la UNI EN 7730 in un ambiente 6*4 m, temperatura aria 26°C, temperatura superficiale vetrata oscurata 37°C a est, temperatura superficiale parete opaca a est 27°C, metabolismo 70 W/m², abbigliamento 0,5 clo

Figura 4 – LUCE SOLARE. Penetrazione della componente solare diretta all’interno di un ambiente ESEMPI SU CUI RIFLETTERE La RWE-Tower di Essen (1986) è stato un primo tentativo di edificio vetrato con ventilazione naturale. Nelle intenzioni dei progettisti, visti il clima mite estivo della città renana hanno ritenuto di non prevedere un sistema di climatizzazione. Successivamente sono stati installati 40 gli impianti di ventilazione che ricambiano ogni ora 400.000 m³ d’aria che, in caso di bisogno, viene anche refrigerata un chillet con una potenza di 2,1 MW, corrispondente a circa 85-100 Watt/m²

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Prestazioni energetiche dei vetri

Quando un flusso di energia radiante incide su una superficie, una parte di esso viene riflesso, una parte assorbito, una parte trasmesso. L’entità delle tre parti è governata rispettivamente dai coefficienti di riflessione, assorbimento e trasmissione caratteristici della superficie. Il loro valore varia tra zero e uno. Per il principio di conservazione dell’energia, la somma dei tre coefficienti deve sempre dare uno. Nei materiali traslucidi tutti tre i coefficienti hanno valore diverso da zero, mentre per i materiali opachi è nullo il coefficiente di trasmissione. Nel vetro float chiaro, ovvero nel comune vetro da finestre, il coefficiente di trasmissione vale circa 0,85 e perciò le quote di energia assorbite e riflesse sono minime. In altri termini, quasi tutta la radiazione solare attraversa il vetro e interagisce con le superfici retrostanti. Gli effetti prodotti sugli interni non sono trascurabili: l’effetto serra impedisce il cammino inverso dell’energia, la luce illumina gli ambienti forse eccessivamente, le frequenze dell’ultravioletto e del primo visibile scolorano i tessuti. Assorbimento e riflessione Perciò è necessario ridurre la quota di radiazione che penetra negli ambienti, cercando di tener fuori soprattutto l’infrarosso. Questa banda, infatti, rappresenta solamente calore che, fatta eccezione per i momenti più freddi dell’anno, può produrre surriscaldamento negli ambienti soprattutto in quelle destinazioni d’uso dove sono elevati i carichi interni dovuti a computer e luci. Per ridurre la quota di radiazione che attraversa il vetro, ovvero per ridurre il coefficiente di trasmissione, ci sono solo due vie: aumentare l’assorbimento, o aumentare la riflessione. Nel primo caso si usano vetri con elevato coefficiente di assorbimento (per esempio vetri colorati in massa), nel secondo caso vetri a specchio. Il fattore di shading (o fattore solare) è il coefficiente più significativo relativamente alla radiazione solare perché indica la quota parte di energia che entra all’interno dell’ambiente. Questo parametro non solo tiene conto della parte di energia radiante trasmessa all’interno dell’ambiente, ma dell’eventuale contributo dovuto all’aumento della temperatura superficiale interna del vetro. Percentuali di radiazione infrarossa (di interesse del fattore solare) e visibile riflessa e trasmessa fattore solare 42% vetro solare

È allora interessante chiedersi quanto il sole penetri all’interno di un ambiente alto 3 metri, nel caso la vetrata occupi tutta la parete esterna, oppure solo la fascia compresa tra 1,2 m e 2,4 m. Per il benessere sia termico che visivo, come mostrato in Figura 4, interessa la penetrazione all’altezza di 70 cm. Il problema della penetrazione diretta dei raggi solari all’interno dell’ambiente è sempre maggiore quando il sole è basso, quindi più a est e ovest che a sud, più in autunno che in estate. Il vantaggio delle pareti non completamente vetrate è quello di poter inserire semplici aggetti

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Resistenza termica La trasmissione della radiazione solare, sia visibile che infrarossa, verso gli ambienti interni non è l’unico fatto da considerare nella progettazione dei sistemi vetrati. Questi, infatti, rappresentano sempre un elemento debole dell’involucro anche dal punto di vista della trasmissione di calore e, di conseguenza, delle dispersioni termiche dell’edificio, sempre maggiori di quelle di una superficie opaca ben isolata. Per migliorarne la resistenza termica, gli attuali sistemi vetrati sono per lo più costituiti da vetri multipli, ovvero da più vetri distanziati tra loro da intercapedini. Il più semplice di questi accoppiamenti è costituito dalla cosiddetta vetrocamera, composta da due vetri float tra i quali è posta una intercapedine opportunamente sigillata e riempita d’aria, che in casi particolari può anche essere riempita di altro gas. L’intercapedine serve a produrre un isolamento termico relativamente elevato, rispetto a quello che si realizzerebbe con un singolo vetro, ma tuttavia in assoluto modesto perché, per ottenere resistenze di un certo rilievo, lo spessore del vetro dovrebbe pareggiare quello dei comuni materiali edilizi. Anche l’aumento dello spessore della lama d’aria non migliora di molto i risultati. Al crescere dello spessore, infatti, diminuiscono le resistenze d’attrito al moto dell’aria e aumenta- Sistema di montaggio vetrate doppie no quindi i moti convettivi. La trasmissione di calore attraverso l’intercapedine ha tuttavia anche una componente radiativa che, seguendo le leggi dello scambio tra superfici grigie, è governata dalla temperatura assoluta delle facce e dalla loro emissività. Più bassa è quest’ultima, minore è lo scambio a parità di temperature. Nel vetro, come in quasi tutti i materiali da costruzione, l’emissività è elevata; nei metalli o nelle plastiche, invece, l’emissività è bassa. Lo scambio per radiazione tra le due facce dell’intercapedine, dunque, viene decisamente ridotto se almeno una delle due facce ha bassa emissività, ovvero se uno dei due vetri viene ricoperto con un film basso emissivo costituito da ossidi di metallo o particolari plastiche. Principio di funzionamento vetro basso emissivo

Tabella 2 – 70 CM. Penetrazione del sole all’interno dell’ambiente ad 70 cm di altezza Vetrata 100% (altezza 3 m)

Vetrata 40% (altezza da 1,2 a 2,4 m)

Milano

Roma

Catania

Milano

Roma

Catania

Est – Ovest luglio

2,22 m

2,15 m

2,09 m

1,64 m

1,59 m

1,55 m

Est – Ovest settembre

5,60 m

4,97 m

4,44 m

4,14 m

3,67 m

3,28 m

Sud luglio

1,11 m

1,05 m

0,67 m

0,82 m

0,77 m

0,50 m

Sud ottobre

3,15 m

2,99 m

2,41 m

2,33 m

2,21 m

1,78 m


Comportamento dei vetri ed effetti sull’ambiente

Non sempre si ha un’immagine precisa dell’aspetto di una superficie vetrata. Nell’immaginario comune, infatti, il vetro è un materiale incolore e trasparente, capace di lasciarsi attraversare dalla luce senza nascondere ciò cui viene anteposto. In verità, una superficie vetrata non è quasi mai incolore, né è sempre trasparente. L’attuale vetro da finestra, che viene definito chiaro (clear), ha una debole sfumatura verdastra, mentre un vetro più incolore è l’extra-chiaro (extraclear) che non sempre è utilizzato essendo più costoso dell’altro. Quanto alla trasparenza, bisogna tenere a mente che il coefficiente di trasmissione varia con l’angolo di incidenza, e il suo valore crolla rapidamente quando si superano i sessanta gradi. Ciò significa che, poiché il coefficiente di assorbimento non ha variazioni significative, al diminuire del coefficiente di trasmissione aumenta quello di riflessione. Per angoli di incidenza elevati, dunque, anche un normale float chiaro diventa riflettente, e tende a comportarsi come uno specchio. I vetri chiari possono essere dotati di film basso-emissivo senza che il loro aspetto cambi troppo, riescono ad ottenere solo un miglioramento della trasmittanza termica (effetto sulle dispersioni di calore). Per ridurre sensibilmente la quota di irraggiamento che attraversa la superficie, è più opportuno utilizzare vetri a controllo solare, cioè vetri assorbenti (colorati in massa) o riflettenti (a specchio), che però riducono anche la trasmissione luminosa, con il rischio di richiedere illuminazione artificiale anche in piena estate, e quindi di spendere per l’illuminazione l’energia che si è fatta risparmiare all’impianto di climatizzazione. Per il fatto di essere colorati, i vetri assorbenti tagliano sia la radiazione visibile che l’infrarossa: per esempio, una vetrocamera composta da vetro assorbente, intercapedine d’aria, float chiaro interno, riduce a 0,4 – 0,5 il fattore solare e a 0,6 la trasmissione luminosa. Per il fatto di assorbire la radiazione solare, il vetro assorbente diviene una superficie

che possono schermare maggiormente le finestre e impedire l’irraggiamento diretto, dannoso per il comfort sia termico che visivo.

Conclusioni Gli edifici completamente vetrati non

calda che può interferire sulle condizioni di comfort. Le facciate ventilate possono ridurre questo effetto, tanto più se la ventilazione è meccanica (bisogna però tener conto dell’aumento di energia). Tuttavia, spesso la presenza di schermi al loro interno fa sì che la temperatura superficiale sia comunque elevata. I vetri riflettenti, essendo simili a specchi, riducono decisamente la trasmissione luminosa di solito compresa 0,3 e 0,4, ma il fattore solare riesce a scendere anche fino a 0,2.

Spettro solare La radiazione del visibile è quella che in generale si vuole far entrare in ambiente e che rende gli ambienti luminosi. La radiazione dell’infrarosso, dell’onda corta e media è responsabile dell’ingresso del calore in ambiente ed è quello e si controlla con gli schermi solari o con il fattore solare e cioè con il vetro a controllo solare. Un discorso a parte deve poi essere fatto per la componente dell’ultra violetto, il cui controllo permetterebbe di evitare fenomeni di decadimento catalitico di arredi, oggetti o altro contenuti negli ambienti

sono sostenibili, perché consumano molta energia e non garantiscono un buon comfort, sia visivo che termico. Malgrado ciò, sono molto di moda, perché scenografici e facili. Sarebbe bello che i progettisti architettonici, a

cominciare dagli Archistar, prendessero atto di questo aspetto, che è un limite più fisico prima ancora che tecnologico. Questi aspetti saranno evidenziati quando entrerà in vigore la direttiva sugli edifici a consumo zero, che richiederà un totale ripensamento degli stilemi architettonici. n

Stadttor La Porta di Düsseldorf è un romboide alto 70 metri con superficie lorda di 41.000 m². L’edificio è dotato di una facciata a doppia pelle con una distanza di 1,4 metri tra le due lastre. L’impiantodi raffreddamento consiste in quasi 14.000 m² di solai termoattivi, raffreddati con l’acqua di falda. Vi sono inoltre impianti di climatizzazione che lavorano per evaporazione. La ventilazione della facciata avviene su singolo piano. Valvole fanno entrare l’aria riscaldata, aumentando così il carico termico dell’edificio e quindi anche il consumo energetico del raffreddamento. Negli anni che hanno seguito la consegna dell’immobile sono stati eseguiti numerosi interventi di set up e di istruzione degli occupanti

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AiCARR informa

a cura di Lucia Kern

Norma UNI 11425 sui blocchi operatori: l’esperienza di AiCARR nei corsi, da nord a sud La Norma UNI 11425 sugli impianti di ventilazione e condizionamento a contaminazione controllata per il blocco operatorio è un punto di riferimento essenziale per i professionisti del settore impiantistico in ambito ospedaliero. AiCARR, in quanto membro del CTI (Comitato Termotecnico Italiano), ha collaborato fattivamente alla stesura della Norma e ora mette a disposizione la propria competenza in materia, portando su tutto il territorio italiano il corso in pillole, “Impianti di ventilazione e condizionamento a contaminazione controllata (VCCC) per il blocco operatorio. Progettazione, installazione, messa in marcia, qualifica, gestione e manutenzione”. Gli appuntamenti sono strutturati per offrire l’occasione di approfondire in modo snello e mirato, con particolare attenzione agli esempi applicativi, i contenuti di questa importante norma che si riferisce ai reparti specificamente destinati allo svolgimento di attività chirurgica – blocchi operatori – e fornisce indicazioni per la verifica delle prestazioni, l’accettazione, la gestione degli impianti e dei componenti che concorrono al controllo della contaminazione ambientale e al mantenimento di prefissate condizioni termoigrometriche. Pubblicata a settembre 2011, la UNI 11425 riguarda sia le nuove realizzazioni sia le ristrutturazioni edilizie e impiantistiche dei blocchi operatori. Docenti esperti sottolineeranno gli aspetti peculiari della norma, illustrando i requisiti generali e tecnici da definire, a seguito di un’analisi del rischio, per la stesura del “documento di progetto” (il documento di riferimento per la progettazione, la costruzione, l’attività di qualifica e i controlli periodici dell’impianto VCCC).

Si parlerà anche di componenti di impianto, ponendo l’accento sui terminali interni da scegliere in funzione del tipo di flusso (turbolento o unidirezionale misto) usato per gli ambienti a contaminazione controllata. Saranno infine trattate le qualifiche da effettuarsi nelle varie fasi (Installazione IQ – Operativa OQ – Prestazionale PQ) e i requisiti generali di risparmio energetico. Ai partecipanti sarà distribuita in originale la Norma UNI 11425 in versione cartacea. La Scuola in Pillole, realizzata dalla Commissione Formazione in collaborazione con i Delegati Territoriali, è un’iniziativa di formazione di base e aggiornamento professionale della Scuola AICARR che prevede corsi proposti su tutto il territorio, pensati per concentrare in quattro ore le informazioni più importanti su tematiche di particolare interesse e attualità. I corsi sulla norma UNI 11425 si avvalgono del prezioso contributo del Comitato Tecnico Sanità AiCARR.

In calendario

Gli appuntamenti a calendario sono: Genova 2 luglio – Milano 10 luglio (corso di una giornata intera). Sono inoltre previsti in settembre corsi ad Ancona, Bologna e Palermo. Le informazioni e i moduli per l’iscrizione online saranno pubblicati sul sito all’approssimarsi di ogni evento.

A settembre, AiCARR partecipa a RE-build con il seminario “Edifici a energia quasi zero e fonti rinnovabili” AiCARR sarà presente a RE-build, l’evento annuale organizzato da Habitech, Progetto Manifattura e Riva Fiere e Congressi dedicato alla riqualificazione e gestione sostenibile dei patrimoni immobiliari, che avrà luogo a Riva del Garda dal 17 al 19 settembre 2012. Il contributo culturale di AiCARR a RE-build si concretizzerà in un seminario formativo di mezza giornata sul tema “Edifici a energia quasi zero e fonti

rinnovabili”, condotto da Michele Vio, Presidente dell’Associazione, e da Livio Mazzarella, docente di Fisica Tecnica Ambientale presso il Politecnico di Milano e coordinatore scientifico della Scuola AiCARR. Maggiori informazioni sul programma dell’evento saranno disponibili a breve sul sito www.re-build.biz

Appuntamento il 5 luglio prossimo a Bari con il Convegno “L’attuazione della direttiva RES (Renewable Energy Sources), opportunità per il risparmio energetico e possibili soluzioni tecnologiche”.

Scuola di Climatizzazione: prosegue il percorso Fondamenti Sono in programma per tutto il mese di giugno i moduli del Percorso Fondamenti, introdotto nel 2012 dalla Scuola di Climatizzazione di Milano al fine di rendere sempre più flessibile il programma didattico. Ricordiamo che il percorso Fondamenti è specificamente pensato per chi si affaccia alla professione e desidera seguire un percorso di base per avviarsi alla progettazione degli impianti di climatizzazione ma anche per coloro che sentono l’esigenza di perfezionare la propria professionalità. Le tematiche affrontate nei Fondamenti potranno essere approfondite con i moduli Applicazioni, che prenderanno il via nel mese di ottobre. Il programma del mese di giugno prevede:

Regolazione automatica: fondamenti e applicazioni (RE1F) – 20 giugno

Si introducono i fondamenti della regolazione automatica degli impianti di climatizzazione, con particolare attenzione al dimensionamento delle valvole di regolazione. Si analizzano applicazioni tipiche della regolazione automatica di tali impianti, evidenziando il risparmio energetico ottenibile.

Il progetto: procedure, documenti e legislazione (NO1F) – 21 giugno

Si forniscono le basi per una metodica di progettazione che consenta un percorso virtuoso che porti, nel rispetto delle esigenze del committente e con una precisa definizione dell’appalto e nei tempi e con i costi previsti, alla soddisfazione comune degli attori: committente, team di progettazione e appaltatore.

Il solare termico: fondamenti (ER1F) – 28 giugno

Si illustrano le potenzialità della conversione termica dell’energia solare

disponibile, e si descrive il comportamento del collettore solare e dei componenti principali dell’impianto (sistema di regolazione, accumulo, scambiatore di calore, ecc.). Si introduce alla metodologia di dimensionamento tecnicoeconomico di un impianto.

Il solare fotovoltaico: fondamenti (ER2F) – 29 giugno

Si descrive il funzionamento delle celle e dei moduli fotovoltaici, partendo dai principi fisici di funzionamento e illustrandone le caratteristiche prestazionali. Si analizzano le diverse tipologie impiantistiche e si introduce la metodica per il loro dimensionamento, dettagliando, in particolare, le problematiche riguardanti il conto energia.

Geotermia e pompe di calore: fondamenti (ER3F) – 27 giugno

Si descrivono le caratteristiche termofisiche del terreno e delle diverse tipologie di scambiatori. Sono illustrati i principi della progettazione di campi scambiatori interrati con relativi esempi, il contenuto del progetto di norma CTI sull’argomento, le problematiche ambientali e normative e le relative valutazioni economiche.


AiCARR informa La quinta edizione del corso AiCARR “Impianti termici e di climatizzazione per le strutture sanitarie” Ritorna a Milano l’apprezzatissimo corso di base teorico-pratico “Impianti termici e di climatizzazione per le strutture sanitarie”, organizzato da AiCARR, secondo un’ormai collaudata impostazione, al fine di fornire gli elementi essenziali di teoria e i fondamenti dei sistemi di climatizzazione e degli impianti termici e di preparazione di acqua calda sanitaria in ambiente ospedaliero. Il corso è strutturato in due moduli di due giornate ciascuno per complessive 32 ore di lezione: a calendario, il 25 e 26 giugno il modulo “Impianti di climatizzazione e architettura dei sistemi impiantistici”, e il 25 e 26 settembre il modulo “Centrali termofrigorifere, idriche e acqua calda sanitaria - Trattamento acqua - Conduzione e manutenzione”.

Le quattro giornate offrono nozioni di base utili per la valutazione delle varie tipologie impiantistiche, di cui si analizzano caratteristiche e peculiarità, e per l’individuazione delle soluzioni più opportune in relazione alle specifiche esigenze. Oltre alla teoria delle caratteristiche dei sistemi di climatizzazione, vengono affrontati argomenti legati al collaudo, alla manutenzione, alla scelta e alla gestione dei sistemi; il corso prevede la presentazione di casi tipici e di studio. È possibile iscriversi anche a uno solo dei due moduli.

Il Socio al centro di AiCARR nella riunione dei Delegati territorialiNuove iniziative e

attività, servizi sempre più “su misura” per i Soci a livello locale, una evoluzione del ruolo del Delegato territoriale, figura determinante per il contatto quotidiano fra la sede AiCARR e gli Associati di tutta Italia. Questo, in sintesi, quanto emerso dalla riunione dei Delegati territoriali, tenutasi il 19 e 20 aprile scorsi. L’incontro – al quale hanno partecipato anche il Segretario generale Rosella (Bg), dove i partecipanti hanno assistito alle fasi di produzione dei pannelli Molinari, il Segretario tecnico Luca A. Piterà, il Presidente della Commissione preisolati, nelle versioni standard e antimicrobica, e alla dimostrazione, presso Soci Mara Portoso e il Presidente della Commissione Attività di Formazione il laboratorio dell’azienda, dei diversi test a cui vengono sottoposti. La giornaMariapia Colella – ha permesso di fare il punto della situazione di quanto avta si è conclusa con la visita alla sala operatoria che ALP ha realizzato presso la venuto nei primi quindici mesi di attività della Giunta 2011/2013 e di gettare le propria sede utilizzando In-safe System Active, il sistema antimicrobico per la basi per le iniziative del prossimo futuro. costruzione di strutture modulari autoportanti per blocchi operatori, laboraDalla riunione è emerso che, in poco più di un anno, sono stati fatti numerosi tori, camere bianche e ambienti protetti in genere. Al termine, una piacevole passi avanti in termini di incremento della notorietà di AiCARR e di servizi ofserata conviviale presso un ristorante tipico di Bergamo. ferti ai Soci, sia a livello di iniziative locali sia attraverso supporti multimediali. Il 20 mattina i partecipanti hanno raggiunto la sede di Sagicofim a Cernusco L’obiettivo condiviso a breve termine è portare sempre di più AiCARR in modo sul Naviglio (Mi): dopo la visita alla sede e alle linee di produzione dell’aziencapillare sul territorio al fine di cogliere puntualmente le differenti esigenze da, dotata anche di camera bianca e di un circuito di prova tecnologicamente espresse dai Soci a livello locale e rispondere alle stesse in modo efficace e avanzato per testare tutti i filtri ad alta ed altissima efficienza, ha avuto inizio la mirato. riunione dei Delegati, conclusasi nel tardo pomeriggio. In quest’ottica, assume un ruolo-chiave il Delegato, che, nella propria area di Con l’occasione, le due aziende lombarde hanno presentato la loro partnercompetenza, deve essere a tutti gli effetti una cellula di AiCARR sul territorio. ship per la qualità dell’aria. Sagicofim, specializzata nel comfort ambientale e Formazione, incontri, attività convegnistiche ma anche iniziative nuove, al di nella filtrazione, ha infatti adottato la tecnologia ALPactive Antimicrobial per la fuori degli schemi tradizionali, saranno sempre più decentralizzati e ritagliati sua linea di prodotti destinati al settore ospedaliero. Questa tecnologia, svilupsu misura delle singole realtà locali, grazie alle indicazioni e alla collaboraziopata e brevettata da ALP, viene applicata da Sagicofim ai componenti aeraulici ne attiva del Delegato di riferimento. Dalla discussione è emersa la necessità, e agli elementi per la diffusione e la regolazione dell’aria a ulteriore garanzia sempre più sentita, di confrontarsi con aspettative ed esigenze del Socio, oggi del contenimento della proliferazione batterica anche in presenza di filtri nelper AiCARR un vero e proprio “cliente”. le UTA. Il sistema, che inibisce l’alimentazione, la respirazione e la riproduzione La riunione dei Delegati territoriali AiCARR è stata ospitata in collaborazione da di oltre 600 famiglie di agenti patogeni, presenta quindi il vantaggio di poter ALP e Sagicofim, aziende della Consulta Industriale. I due giorni di lavori hanestendere la sicurezza antimicrobica dalle sale operatorie alle sale di degenza, no preso il via il pomeriggio del 19 aprile con la visita alla sede ALP di Calcinate per una prevenzione ad ampio raggio delle infezioni ospedaliere.

Visita alla sede di ALP

Visita alla sede di Sagicofim


Il 30º Convegno di Bologna. Oltre il dato sulla carta, le reali performance del sistema edificio-impianto Perché un impianto nasca nel modo migliore è necessario tenere conto di tutte le variabili – dalle condizioni climatiche, alla ventilazione naturale o meccanica, ai differenti profili d’uso dell’utenza – che influiscono sui reali fabbisogni energetici dell’edificio e quindi sulle effettive prestazioni del sistema edificioimpianto. Solo così si potranno realizzare nuovi edifici a energia “quasi zero” e massimizzare le prestazioni energetiche degli edifici esistenti. Questi temi, attualissimi, saranno affrontati dal Convegno AiCARR di Bologna dal titolo “Oltre la certificazione energetica: progettazione e gestione del sistema edificio-impianto per ottimizzare il comfort e i consumi energetici reali”, che si terrà il 19 ottobre prossimo nel corso di Saie. Il Convegno, che secondo una sinergia ormai consolidata nel tempo è di casa al Salone dell’edilizia per eccellenza, guarda oltre il dato teorico e trova una chiave di lettura diversa – di taglio elevato ma al contempo molto attenta agli aspetti pratici – per tematiche quali integrazione del sistema edificio-impianto, fonti rinnovabili, comfort ambientale, gestione automatizzata.

Sono certamente necessarie le valutazioni analitiche finalizzate a quantificare la classe energetica degli edifici ma l’edificio-impianto è un sistema altamente complesso che richiede attente considerazioni, soprattutto in fase di progettazione ma anche di gestione. Progettare considerando tutte le variabili che influiscono sull’involucro e sulle prestazioni dell’impianto, abbinare fonti energetiche tradizionali e fonti rinnovabili, calibrare a regola d’arte il ricambio d’aria naturale degli ambienti interni sono solo alcuni degli aspetti da conoscere e applicare con perizia perché comfort e risparmio energetico non restino solo dati virtuali. Il Convegno di Bologna ha aperto le porte a chi condivide la necessità di “guardare oltre” i dati teorici e gli standard per garantire reali condizioni di comfort e sostenibilità, attraverso la presentazione di esperienze applicative che affiancheranno, nel programma dell’evento, le relazioni a invito.

Approfondimento a cura del Prof. Alessandro Cocchi, Presidente del Comitato Scientifico del Convegno Il tema che verrà trattato a Bologna durante il tradizionale Convegno dell’AiCARR presso il SAIE appare quanto mai di attualità, in quanto intende richiamare l’attenzione degli operatori del settore, sia impiantisti che architetti, sui problemi che devono essere affrontati quanto prima per evitare di aggravare la crisi economica del paese con consumi energetici fuori luogo. Continuando a bruciare combustibili naturali non rinnovabili senza aver cura di mettere in atto misure idonee a minimizzare questi sprechi ci si avvia inevitabilmente alla crescita incontrollata del prezzo del greggio e dei prodotti combustibili derivati, consumando per di più quelle scorte ancora facilmente estraibili e che dovrebbero essere utilizzate per altri scopi dall’industria manifatturiera. Se è vero che il greggio non terminerà perché se ne va scoprendo di nuovo in condizioni però sempre di più difficile estrazione, è anche vero che il costo inevitabilmente crescerà esponenzialmente: è dagli anni settanta che ce lo andiamo dicendo, ma ancora bruciamo gas e petrolio per scaricare in atmosfera energia a basso livello termico e prodotti della combustione anche altamente alteranti, per non dire tossici: lo facciamo perché le ragioni dell’economia monetaria ancora non ce ne hanno convinti, ma sono certo che a breve rimpiangeremo le occasioni perdute in tante ristrutturazioni dove il lucido dei marmi ed il brillare dei rubinetti dorati hanno prevalso su altri tipi di investimento che avrebbero portato a razionalizzare e minimizzare i consumi di energia primaria per la climatizzazione. Il tema del risparmio energetico è quindi sempre più attuale, ed i progettisti devono prendere cognizione dei continui aggiornamenti che la scienza e la tecnica offrono. L’obiettivo di questa ormai annosa campagna di informazione mirata che stiamo portando avanti a Bologna, e non solo, è quello di spronare i giovani e aggiornare i meno giovani in questa direzione: la sede è poi particolarmente indicata, perché al SAIE si parla non solo di energia ma anche di edilizia e quindi non vi è miglior platea per presentare l’attualità della progettazione e della gestione del sistema edificio-impianto, tema tanto caro ad AiCARR al punto da farne la propria bandiera a dispetto del fatto che qualcuno si ostini a considerare i due componenti del sistema come due competenze distinte. Sono ormai trascorsi anni da quando proprio a Bologna vennero analizzati

e presentati i diversi schemi impiantistici a disposizione del termotecnico impiantista, e risalgono addirittura alla fine degli anni settanta i convegni dove l’indimenticato Ing. Franco Palmizi ci conduceva all’interno dei problemi creati dalla legge 373. Oggi si può ormai pensare che tutti gli addetti ai lavori siano abbastanza agguerriti per valutare la miglior collocazione del materiale isolante o la mi- Alessandro Cocchi glior scelta impiantistica per abbinare l’inerzia termica dell’edificio a quella dell’impianto, meno note sono le ragioni del benessere termoigrometrico e ancor meno lo sono quelle dell’abbinamento tra le fonti energetiche tradizionali e quelle rinnovabili, che oggi possono e debbono coprire gran parte dei fabbisogni residui di un edificio che, adeguatamente isolato, trasferisce ormai poca energia utile all’ambiente che ci circonda. Chi si è cimentato con la gestione di un impianto polisorgente sa benissimo quali siano le difficoltà che si incontrano ad inseguire il sole nel suo cammino celeste, a valutare la disponibilità residua di un deposito geotermico ed il conseguente calo di resa di un sistema a pompa di calore, a controllare la temperatura di mandata di una caldaia a condensazione affinché essa realmente dia ciò che sulla carta tutti promettono, a calibrare il ricambio d’aria naturale affinché esso non costituisca uno spreco ma contemporaneamente non consenta la formazione di muffe e soprattutto di condense interstiziali, che per inciso dovrebbero evaporare senza danni ma che in effetti sono dannose già al momento della loro formazione aggravando il problema delle dispersioni termiche, e così via. Si parlerà quindi di sistemi automatici di gestione, ricordando a tutti che un impianto nato male non potrà mai funzionare bene, anche sotto l’influsso del miglior sistema di regolazione automatica. Di tutto questo si parlerà a Bologna, nella speranza di contribuire al raggiungimento dell’obiettivo non solo della casa ad energia quasi zero che ci aspetta al varco, ma ancor più della ristrutturazione edilizia che veramente ci porti a quei sostanziosi risparmi di energia che solo un adeguato studio del sistema edificioimpianto può portare senza ledere le condizioni del benessere dell’uomo all’interno dell’ambiente costruito.


Le soluzioni di oggi per i progetti di domani…

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Fascicolo

DOSSIER MONOGRAFICO

FOCUS TECNOLOGICO

#13

Ventilazione

Evacuazione fumi e compartimentazione

#14 Misure, diagnosi e Catena del freddo

collaudi

#15

Pompe di calore

Scambiatori

#16

Impianti di riscaldamento

Recuperatori di calore

#17 Centrali frigorifere

#10

riscaldamentoenergia ISSN:2038-2723

Organo Ufficiale AiCARR

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AnnO 2 - SETTEMBRE 2011

Riqualificazione impiantistica

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Generazione distribuita

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Best Practices per edifici direzionali

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AICARR JOURNAL NR. 14/2012