Efficienza Energetica: Il contenimento dei consumi energetici in azienda

DIAGNOSI ENERGETICA (Energy Audit) La DIAGNOSI ENERGETICA è un insieme sistematico di raccolta dati, di rilievo e di analisi dei parametri riferiti a consumi specifici e alle effettive condizioni di esercizio dell’edificio e dei suoi impianti, che mira ad ottenere la conoscenza del profilo di consumo energetico attuale e reale dell’edificio identifica le opportunità di risparmio energetico più appropriate, attraverso un’analisi costi/benefici riporta i risultati in un rapporto finale può portare ad un miglioramento delle condizioni di comfort

Differenze tra diagnosi e certificazione La certificazione energetica Obiettivo: rappresentare in forma semplice la qualità energetica del sistema edificio/impianto riferita a condizioni standard Obiettivo secondario: dare delle indicazioni di massima sui possibili interventi di risparmio energetico attuabili (il tutto con costi contenuti) La diagnosi energetica Obbiettivo: l’individuare eventuali inefficienze energetiche di un sistema nelle sue attuali condizioni di esercizio e proporre soluzioni per ridurle quantificando sia i risparmi conseguenti che la redditività economica di tali interventi Che dubbi ci sono sulla certificazione energetica nazionale?

Schema di attività TERMINE DIAGNOSI RACCOLTA DATI PRODUZIONE RACCOLTA BOLLETTE ANALISI DEI CONSUMI ENERGETICI MODELLI ENERGETICI NO INDICI ENERGETICI EFFETTIVI INDICI CONFRONTABILI ? INDICI ENERGETICI TEORICI SI INDICI DI RIFERIMENTO NO INDICI CONFRONTABILI ? SI INDIVIDUAZIONE INTERVENTI INNOVAZIONI TECNOLOGICHE SI ANALISI ECONOMICA ANALISI ECONOMICA PRIORITA’ INTERVENTI PRIORITA’ INTERVENTI TERMINE DIAGNOSI

Come si effettua una diagnosi

Cosa interessa? La raccolta dati riguarda: vettori e fonti energetiche; materie prime usate dal processo, occupanti, superfici e volumi, altri elementi cui riferire l’utilizzo di energia; prodotti e servizi generati dal processo e/o dagli impianti; perdite di energia. Essa comprende un’analisi di documenti (bollette, rapporti di software dedicati) e l’utilizzo di appositi strumenti.

Cosa interessa? Più in dettaglio gli elementi da quantificare sono: dimensioni e caratteristiche delle strutture e degli impianti; stato degli impianti (età, manutenzione, etc); fattori di utilizzo degli impianti; razionalità degli impianti; consumi energetici globali e dei singoli impianti; dati sulla produzione e sull’occupazione; costo dei vettori energetici utilizzati; costo del denaro per la realtà considerata; capitale a disposizione per diagnosi ed interventi.

Passi preliminari ricognizione walk-through. attitudini della dirigenza e del personale nei confronti dell’efficienza energetica. energy manager, responsabile acquisti energia e indirettamente (conduttori, manutentori, personale).

Stato di strutture ed impianti Il secondo passo è quello di identificare lo stato delle strutture e degli impianti. Dall’edificio al capannone industriale, la tipologia e le condizioni dell’involucro hanno una diretta influenza sia sui consumi per la climatizzazione, sia in alcuni casi sulle scelte impiantistiche (es. sistemazione centrali e percorsi delle reti di distribuzione) o sulle abitudini degli occupanti. Per gli impianti è necessario effettuare un censimento accurato che ne riporti le caratteristiche essenziali ai fini della diagnosi.

La raccolta dei dati I dati richiesti dalla diagnosi si raccolgono secondo le seguenti modalità: studio di documenti (bollette, planimetrie) e software associati ad un sistema di monitoraggio (telecontrollo/telegestione); misure strumentali (energia, potenza); raccolta di dati climatici; effettuazione di rilievi metrologici (dimensioni). Il primo punto risponde almeno alla richiesta dei consumi globali dell’azienda (nel caso elettrico per gli utenti medi e grandi è possibile ottenere anche i diagrammi di carico orari). Gli ultimi due alla creazione di indicatori.

L’individuazione di interventi Attraverso l’analisi dei dati raccolti si cerca di raggiungere i seguenti obiettivi: la razionalizzazione dei flussi energetici; il recupero dell’energia dispersa; l’individuazione di tecnologie efficienti utilizzabili negli impianti; la riduzione dei costi di approvvigionamento delle fonti energetiche. Una volta esaurita la possibilità di migliorare l’efficienza attraverso la regolazione degli impianti, rimangono gli interventi che prevedono una spesa.

L’individuazione di interventi attenzione: gli interventi sono fisicamente e razionalmente realizzabili? gli interventi possono interferire con i processi o con le attività svolte nella struttura? l’azienda ha disponibilità di risorse? I primi due punti devono essere verificati

Il rapporto finale Molto importante: che raccoglie gli esiti della diagnosi e li trasferisce all’utente. Affinché risulti efficace è necessario che sia: completo; sintetico; preciso; chiaro; comprensibile.

Esempio di modello di raccolta dati

Esempio di modello di raccolta dati Per la parte termica è importante considerare sia la parte dei punti di produzione, sia quella degli utilizzatori. Nell’ambito elettrico in genere si ha a che fare solo con la seconda.

Gli strumenti per le diagnosi

Gli strumenti Il cuore di una diagnosi è costituito dai rilievi effettuati attraverso gli opportuni strumenti. Attraverso essi si può arrivare ad una conoscenza più approfondita e mirata su singoli processi ed impianti. Gli strumenti possono essere fissi (da quadro) o portatili. I primi risultano ormai poco costosi ed hanno il vantaggio di rimanere di proprietà dell’utente al termine della diagnosi.

Gli strumenti: provenienza Gli strumenti provengono da tre grandi famiglie: strumentisti produttori di tecnologie di risparmio altri Il primo e terzo gruppo offrono una tecnologia semplice e a basso costo, pensata per la misura. Il secondo gruppo si caratterizza per una tecnologia complessa, progettata per la gestione di sistemi.

Per le apparecchiature da ufficio Sembra molto semplice ma … Permette di misurare tensione corrente sfasamento energia attiva e reattiva consumo medio …

Gli strumenti: sistemi di comunicazione

Gli strumenti: opzioni fisse

Il costo degli strumenti Il costo della strumentazione varia in funzione della complessità della rete di misura. Alcuni dati: datalogger da installare presso l’utente, 400 €; strumento da quadro semplice (RS485), 150 €; strumento evoluto (RS485), 350 €; rete complessa, 500-600 € a punto; software, dai 1000 € in su. Ovviamente occorre aggiungere nei primi tre casi i costi di installazione (150-300 €). Il servizio di analisi dati e reportistica può essere offerto a cifre comprese fra i 30 e gli 800 €, a seconda della complessità della rete e delle analisi.

Gli indicatori energetici

Gli indicatori energetici I dati sui consumi in sé, pur essendo utili, rischiano di rimanere sterili e poco significativi, soprattutto in assenza di un’esperienza forte nella diagnosi. Sapere ad esempio che un edifico consuma 500.000 kWh termici in un anno o che un certo processo produttivo assorbe 850.000 kWh elettrici in un certo periodo di tempo non dice un granché. Per avere un dato utilizzabile occorre renderlo confrontabile. A questo scopo si introducono gli indicatori energetici.

Gli indicatori energetici Un indicatore consiste nel rapportare il dato sul consumo con altre grandezze, legate ai seguenti aspetti: dimensioni; produzione; occupazione. I dati assoluti diventano dunque consumi per m2, kWh per unità prodotta, m3 di gas per addetto, e così via. Ciò permette di confrontare situazioni diverse, ma accomunate dal processo utilizzato o dal prodotto reso. Diventa così facile capire dove intervenire.

Consumi specifici tipici I valori effettivi dipendono dal processo usato e dalla lavorazione effettuata.

Il monitoraggio

Il monitoraggio La diagnosi consente di conoscere lo stato del sistema energetico nella struttura in esame e, in questo modo, permette di ottimizzarlo, a fronte di investimenti più o meno sostenuti e remunerativi. Il processo di razionalizzazione dei consumi, però, non può esaurirsi in un momento, per i seguenti motivi: possono intervenire modifiche nei processi dell’azienda o nell’utilizzo degli edifici; l’evoluzione della legislazione può incidere sugli usi di energia; l’introduzione di nuove tecnologie può rendere interessante qualche nuovo intervento.

Il monitoraggio investimento per monitorare i consumi della struttura ed istituire una contabilità energetica interna. Se la diagnosi rappresenta una foto della struttura considerata con riferimento agli usi energetici, il monitoraggio corrisponde a girare un film. Compiti del monitoraggio sono: il controllo dell’evoluzione dei consumi; l’ottimizzazione delle politiche di O&M; l’evidenziare nuove opportunità di intervento.

Il monitoraggio Le metodologie di conduzioni di una campagna di monitoraggio non sono dissimili da quelle di una diagnosi. Se l’audit viene condotto avvalendosi di strumenti fissi, anzi, tali attività vengono ad essere effettuate con le stesse modalità: al rapporto della diagnosi si sostituiranno le relazioni sintetiche ed i resoconti della contabilità energetica. La forma più raffinata di monitoraggio è rappresentata dai sistemi di building automation, più complessi, costosi e completi.

Esempio aria compressa

Gli strumenti per l’aria compressa (fonte L. Bicchierini – Atlas Copco)

Sul campo Misure fluidodinamiche ed elettriche e ricerca delle fughe (fonte P. Minini – Atlas Copco) (fonte R. Caligaris – Fenice)

Dalle misure ai grafici - 1 (fonte P. Minini – Atlas Copco)

Dalle misure ai grafici - 2 (fonte P. Minini – Atlas Copco)

Dalle misure ai grafici – 3 – le fughe (fonte P. Minini – Atlas Copco)

Non sottovalutare le perdite … 33 kW x 8000 h/anno x 0.07 €/kWh = 18480 € ogni anno ! (fonte L. Bicchierini – Atlas Copco)

INDICI DI PRESTAZIONE ENERGETICA SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO Ip - Potenza utile su volume riscaldato lordo (W/m3) EPT – Indice Energia Primaria per usi termici (kWht/m3)a o (kWht/m2)a EE – Indice Energia Elettrica totale (kWhe/m3)a o (kWhe/m2)a IENt - Indice Energetico Normalizzato termico (Wht/m3/gg)a (scuole) IENe - Indice Energetico Normalizzato elettrico (kWhe/m2)a (scuole) EPX - Indice di Prestazione Energetica servizio X (kWht/m2 o 3) a ETX - Indice di Prestazione Termica servizio X (kWht/m2 o 3) a IMPIANTO ηe - Rendimento di emissione ηc - Rendimento di regolazione ηd - Rendimento di distribuzione ηp - Rendimento di produzione stimato ηg - Rendimento globale medio stagionale stimato ηgn - Rendimento globale medio stagionale stimato e corretto (contabilizzazione) Indici secondari

Potenza termica per unità di volume Ip Confronto con la potenza termica richiesta tramite il metodo della “Firma Energetica” Verifica dimensionamento caldaia:

Analisi economica I risparmi economici derivanti dall’intervento sono maggiori degli investimenti effettuati? Valore attuale netto (VAN) Indice di profitto (IP) Rapporto benefici/Costi (B/C) Tasso interno di rendimento (TIR) Tempo di ritorno (TR) o Pay-back time Costo dell’energia risparmiata (CER)

Case study

Andamento consumi specifici mensili di gas metano [Sm3]

Andamento dei consumi di acqua [m3]

Profili di carico

Profili normalizzati F1: Lun – Ven dalle 8.00 alle 19.00 F2: Lun – Ven dalle 7.00 alle 8.00 e dalle 19.00 alle 23.00; il Sab dalle 7.00 alle 23.00 F3: Lun – Sab dalle 0.00 alle 7.00 e dalle 23.00 alle 24.00; tutti i Festivi Normalmente, in una settimana, si è per il 33% in F1, per il 24% inF2 e per il 43% in F3

Energia reattiva

Letture di dettaglio

rendicontazione

TRANSITORI

Andamenti medi

Profili specifici 1

Profili specifici 2

ANALISI DATI PRODUZIONE

Analisi scarti produzione Nel 2012 è stato introdotto un sistema gestionale che registra tutti i cicli di lavorazione dei prodotti effettuati dalle varie macchine. Dalla rielaborazione di tutti i dati sono stati ricavati il numero dei pezzi prodotti per ogni tipo di stampo ed i pezzi prodotti dalle varie macchine nel periodo gennaio 2012 – luglio 2012

Modello elettrico

Interventi: riparazione stampi Perdita nel riscaldamento tramite resistenze del blocco metallico dello stampo, comprensivo della quota parte interessata dalla cavità difettosa Perdita nel raffreddamento della suddetta quota parte dello stampo Perdita di materiale plastico nei canali di adduzione Perdita dovuta al prolungamento delle ore di lavoro delle macchine per la produzione di un certo quantitativo di pezzi

Interventi: coibentazione presse Lana di roccia con coefficiente di conducibilità termica pari a 0,059 W/m2K consentirebbe una riduzione delle dispersioni fino a circa 480 W ed una conseguente riduzione dei consumi elettrici di circa 50.000 € (costo totale pari a 250 €)

Interventi: illuminazione

Interventi: preriscaldamento plastica Tenendo presente che il calore specifico della plastica è di circa 2 KJ/kg °K e di riuscire a portare la temperatura della plastica a 85° C, l’energia elettrica necessaria annua è di circa 68.650 kWh per un costo complessivo di circa 9.500 €. Stimando che le perdite di calore nel sistema alternativo, fornito con la caldaia centralizzata, siano del 40 % rispetto ai fabbisogni, l’energia necessaria che deve essere fornita dal metano salirebbe a circa 96.000 kWh; il costo del metano sarebbe di circa 7.300 €, per un risparmio in bolletta di circa 2.150 €.

Case Study 2

Case Study 2

Cosnumi Gas

Installazione elettrovalvole su circuito aria compressa aria compressa alla pressione di 6 bar area equivalente delle perdite pari ad un foro da 1 mm di diametro vita utile della valvola pari a 10 anni tasso di sconto pari al 5%, aumento annuo del 2% del costo dell’energia elettrica ore di funzionamento dell’impianto pari a 4.000 ore/anno La portata d’aria dal foro è pari a circa 0,065 mc/min; per sopperire a questa portata d’aria il compressore dovrebbe lavorare a circa 0,47 kW. Le perdite in termini economici sarebbe di circa 370 € a macchina. Una elettrovalvola montata sulla linea dell’aria compressa potrebbe costare circa 150 € anno.

Illuminazione Allo stato attuale esistono 24 corpi illuminanti costituiti da un doppio tubo in neon da 58 W e 23 corpi illuminanti ai vapori di sodio da 400 W accesi per 8 ore al giorno. Proposta la sostituzione dei vecchi con fila singola di LED da (56 W totali, 150 €/cad) Per i vapori di sodio la sostituzione con altrettanti corpi a LED della potenza di 200 W all’uno (500 €/cad) Riduione gli attuali consumi da 21,6 MWh/anno a circa 10,5 MWh/anno pari a 11 MWh ed una riduzione dei costi di circa 2.540 €/anno.

Illuminazione con regolatori Allo stato attuale esistono 24 corpi illuminanti costituiti da un doppio tubo in neon da 58 W e 23 corpi illuminanti ai vapori di sodio da 400 W accesi per 8 ore al giorno. Proposta la sostituzione dei vecchi con fila singola di LED da (56 W totali, 150 €/cad) Per i vapori di sodio la sostituzione con altrettanti corpi a LED della potenza di 200 W all’uno (500 €/cad) Riduzione gli attuali consumi da 21,6 MWh/anno a circa 10,5 MWh/anno pari a 11 MWh ed una riduzione dei costi di circa 2.540 €/anno.

Illuminazione È stato anche valutato il caso di installazione di regolatori di flusso luminoso che consentano di ridurre il livello di illuminazione artificiale in funzione di quello naturale ottenendo che l’impianto di illuminazione venga acceso per un numero di ore inferiore al caso precedente; si è stimato che il tempo di accensione si riduca a metà. Costo complessivo € 14900

Riqualificazione involucro edilizio e impianto termico Energia risparmiat a mc4 [kWh] Energia risparmiat a reale [kWh] Superficie intervento [mq] Costo unitario [€/mq] Costo intervento [€] Ricavo da Incentivo [€/anno] Ricavo da incentivo [€] (10 anni) Risparmio [€/1°anno] Soffitto (10 cm 0,034) 157.361 115.487 1.892 70 € 132.440 € 6.000 € 60.000 € 7.622 Cappotto (10 cm EPS 0,034) 67.712 49.694 1.100 60 € 66.000 € 4.290 € 42.900 € 3.280 Involucro opaco 223.457 163.995 € 198.440 € 10.824 Involucro trasparent e 13.759 10.098 50 300 € 12.500 € 975 € 666 Coibentazi one totale 228.959 168.033 € 213.440 € 11.090 Caldaia 14.113 10.357 € 25.000 € 1.625 € 1.340 Tutto 236.047 173.235 € 238.440 € 10.000 € 100.000 € 11.434

Riqualificazione involucro edilizio e impianto termico Tra i precedenti, gli interventi più interessanti sono: sostituzione delle finestre e del generatore di calore PBT 10 anni IRR 9% NPV € 2.862 PBT 12 anni IRR 7% NPV € 3.296

Sfruttamento calore compressione due compressori KAESER: - SK 26 da 15 kW BSD81 da 45 kW Si stima che la quantità di calore recuperabile si aggiri intorno al 75% della potenza impiegata e che il GPL risparmiato sia intorno ai 7.500 kg. Il risparmio complessivo è stimabile intorno ai 6.600 €/anno, mentre il costo dell'installazione del sistema di recupero sia intorno ai 8.000 €. Il tempo di ritorno è perciò di poco superiore all'anno

Grazie per l’attenzione Ing. Simone Tascini E s.tascini@enerlab.biz M 3384113527 W www.enerlab.biz