Come taglio i consumi energetici di un edificio pubblico

Presentiamo la tesi di laurea discussa al Politecnico di Torino dall'ing. Elio Fochi, vincitore del concorso universitario "Think Green, Be Efficient" per tesi sull’efficienza energetica. Un'applicazione concreta per valutare il potenziale di interventi di efficienza energetica e building automation su un edificio della pubblica amministrazione.

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Presentiamo il lavoro della tesi di laurea, applicata sul campo, dell’ing. Elio Fochi, vincitore del concorso universitario “Think Green, Be Efficient” per la migliore tesi di laurea specialistica sull’efficienza energetica. Il concorso, realizzato da Schneider Electric in collaborazione con EnSiEL e destinato ai laureandi in Ingegneria e Architettura delle Università di tutto il territorio nazionale, ha l’obiettivo di promuovere la sensibilità culturale e le conoscenze interdisciplinari necessarie a un approccio tecnologicamente avanzato, in grado di facilitare la realizzazione di soluzioni applicative per il risparmio energetico, anche attraverso l’utilizzo di sistemi e impianti di automazione. A questa prima edizione hanno aderito 27 studenti appartenenti a 17 Università dislocate in varie Regioni italiane. Elio Fochi, classe 1987, sintetizza qui la sua tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria Energetica e Nucleare dal titolo “L’efficienza energetica negli edifici alla luce della normativa europea EN 15232 sulla bulding automation”, discussa lo scorso luglio al Politecnico di Torino.

 

  Il lavoro è indirizzato a valutare il potenziale di interventi di efficienza energetica e building automation su un edificio della pubblica amministrazione. Nello specifico lo studio è stato condotto su una sede decentrata del CSI Piemonte: si tratta di un edificio a uso uffici con facciate completamente vetrate (vedi immagine in alto). La struttura è suddivisa in 3 lotti, come si può osservare dallo schema; l’analisi è stata circoscritta a un singolo lotto (Lotto B), essendo ciascun lotto gestito in maniera autonoma dal punto di vista impiantistico.

È stato realizzato un modello per la simulazione dinamica dei consumi energetici, tarato sulla base dei dati sperimentali raccolti (triennio 2008-2011). Il modello è stato utilizzato per simulare i risultati degli interventi di riqualificazione prospettati.

Lo studio in campo ha fatto emergere una serie di criticità, relativamente a:

  • sovradimensionamento del sistema di ventilazione meccanica
  • gestione non ottimale del sistema di climatizzazione estiva
  • gestione non ottimale delle apparecchiature luminose.

Inizialmente è stato definito uno scenario di riferimento caratterizzato da interventi minimi rispetto alla situazione attuale o perché a costo zero – riduzione delle fasce orarie di esercizio dei sistemi di climatizzazione – oppure perché atti a garantire un livello di comfort accettabile nei locali – installazione di un nuovo chiller, in sostituzione di quello esistente sottodimensionato che impedisce il mantenimento delle condizioni di comfort nelle ore più calde della stagione estiva nei locali maggiormente esposti alla radiazione.

L’intervento, oltre a garantire un miglior comfort negli ambienti, permette di ridurre la fascia di operatività del sistema di condizionamento estivo rispetto al caso attuale, in cui il chiller resta attivo anche di notte per abbattere i carichi accumulatisi durante le giornate più calde. Il grafico seguente riporta i risparmi conseguibili per tipo di utilizzo:

A partire dallo scenario di riferimento sono state implementate in cascata le seguenti soluzioni, indirizzate a ottimizzare lo sfruttamento delle risorse energetiche disponibili:

Sistemi di schermatura solare a veneziane riflettenti: soluzione adatta per tutti quegli edifici completamente vetrati già dotati di vetri a parziale controllo solare, consente di minimizzare gli apporti solari durante la stagione estiva. I margini di risparmio sono piuttosto elevati, come mostra il grafico seguente riferito a un piano tipo (il 2°) dell’edificio in studio (d’inverno le schermature interne non entrano in funzione poiché gli apporti solari rappresentano un beneficio):

Sensori di presenza nelle aree di passaggio: è una soluzione consigliabile in tutti quei locali dove la presenza di persone è sporadica (corridoi, toilet, WC, uffici). Questa soluzione è stata affiancata all’applicazione di sensori di luce diurna da disporre nei locali dove il contributo dell’illuminazione naturale risulta consistente. La maggior parte delle strutture a uso uffici ha la tipica configurazione delle finestre a nastro: la presenza di sistemi dimmer combinati con tali sensori ottimizza lo sfruttamento della radiazione artificiale. Il grafico seguente illustra come vengano tagliati gli apporti interni grazie alla misura proposta, per un piano tipo:

Inverter sui ventilatori: misura conveniente ogniqualvolta si desideri regolare la portata di ventilazione meccanica: può accadere, come nel caso dell’edificio in esame, che la portata d’aria di rinnovo sia sovradimensionata rispetto alle esigenze reali e il tutto si traduce in consumi eccessivi da parte degli ausiliari, oppure può semplicemente verificarsi che in alcuni ambienti la portata di rinnovo vari nell’arco della giornata. La presenza di inverter sui ventilatori permette di minimizzare i consumi di energia secondo le reali esigenze di ventilazione.

Applicazione di un recuperatore di calore sull’unità di trattamento dell’aria: negli impianti di climatizzazione esistenti spesso capita che il circuito di immissione dell’aria e quello di estrazione siano indipendenti. Il recuperatore di calore consente di sfruttare gran parte del calore che andrebbe perso, preriscaldando o preraffreddando l’aria esterna con quella espulsa. Mediante un recuperatore entalpico è possibile recuperare anche la quota di calore latente. Una ruota entalpica può essere applicata in tutti quegli ambienti (tipo gli uffici) dove non è richiesto un controllo troppo spinto sulle condizioni di purezza dell’aria di rinnovo; infatti con questo tipo di recuperatore si può avere miscelamento dei due flussi che scambiano calore.

Night cooling: consente la riduzione del carico di raffrescamento da fornire con il chiller e l’abbattimento dei contaminanti accumulati negli ambienti. In caso di sistema di ventilazione dotato di inverter è possibile gestire la portata di preraffrescamento notturno durante la stagione estiva secondo le effettive esigenze con un dispendio energetico minimo. È consigliabile per tutte le strutture dotate di sistema di ventilazione meccanica, in particolar modo per ambienti dove l’accumulo di calore a causa di apporti solari e interni durante la giornata è consistente.

Il grafico seguente mostra la riduzione dei consumi, per tipo di impiego, conseguente alle misure proposte:

Il tutto, tradotto in termini percentuali:

I risparmi di quasi il 70% sull’illuminazione dipendono dalla cattiva gestione attuale del sistema, che opera per periodi molto estesi. Una volta applicate le misure di risparmio energetico, che consentono una riduzione a monte dei consumi, si è valutata la sostituzione delle caldaie con nuovi generatori a condensazione. I consumi di gas naturale in questo modo scendono ancora, e il risparmio percentuale cresce al 72,5%.

L’ordine di scelta degli interventi applicati non è casuale, ma rispetta la logica di minimizzazione dei consumi energetici complessivi, cercando al contempo di contenere il più possibile i costi di investimento.
Lo strumento di simulazione dinamica è stato d’ausilio per individuare dove effettivamente si annidassero le principali cause di spreco energetico, risultando dunque un utile strumento per  analizzare l’edificio in maniera approfondita dal punto di vista dei consumi e delle logiche gestionali, senza il pericolo di tralasciare elementi significativi.

Per informazioni: [email protected]

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