Ct 4 1 nicolosi quaderno 2 2

CONVEGNO NAZIONALE AIPCR

ROMA 2014

QUADERNI AIPCR

TEMA– INFRASTRUTTURE STRADALI

CT 4.1

ESIGENZE AMBIENTALI NELLA GESTIONE DELLE RETI STRADALI: L’EFFICIENTAMENTO PRESTAZIONALE ED ENERGETICO DEI SISTEMI

DI ILLUMINAZIONE IN GALLERIA

ISBN 978-‐88-‐99161-‐07-‐1

ISBNA 10.978.8899161/071

Esigenze ambientali nella gestione delle reti stradali: l’efficientamento prestazionale ed energetico dei sistemi di illuminazione in galleria

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COMPOSIZIONE DEL COMITATO TECNICO 4.1 “GESTIONE DEL PATRIMONIO STRADALE”

PRESIDENTE Prof. Ing. Vittorio NICOLOSI Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”

VICE PRESIDENTI Ing. Dario BELLINI Provincia di Pisa - Servizio Viabilità

Ing. Michele MORI Lene Prova e Controlli - SINECO

SEGRETARIO Prof. Ing. Mauro D'APUZZO Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale

MEMBRI Prof. Ing. Francesco ANNUNZIATA Università degli Studi di Cagliari

Ing. Anna Maria ATZORI Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti

Ing. Barbara BIANCHINI Anas spa

Ing. Francesco CAPORASO Anas S.p.A.

Ing. Tullio CARAFFA Anas S.p.A.

Ing. Luca CHIRIZZI ANAS S.p.A.

Prof. Ing. Maurizio CRISPINO Politecnico di Milano

Prof. Ing. Paola DI MASCIO Università di Roma "La Sapienza"

Prof. Ing. Lorenzo DOMENICHINI Università di Firenze

Ing. Adriana ELENA ASTRAL

Prof. Ing. Bruna FESTA Università degli Studi di Napoli “ Federico II”

Prof. Ing. Francesco PINNA Università degli Studi di Cagliari

Prof. Ing. Pietro GIANNATTASIO già Università degli Studi di Napoli “ Federico II”

Ing. Domenico GRECHI

Ing. Antonio INCERTI RISORSE S.p.A.

Prof. Ing. Francesca LA TORRE Università di Firenze

Ing. Marcello LUMINARI Autostrade per l’Italia

porf. Francesca MALTINTI Università degli Studi di Cagliari

Prof. Ing. Aurelio MARCHIONNA Università degli Studi di Trieste

Ing. Fabbrizio MAZZENGA Roma Capitale

Ing. Giuseppe MONTANINO Provincia di Napoli

Ing. Michele MONTECUOLLO ANAS S.p.A.

Ing. Alessandro MUSMECI AISCAT

Ing. Gabriele OLIVARI Provincia di Milano

Ing. Enrico PAGLIARI Automobil Club Italia

Ing. Pietro PIGNATARO Aeronautica Militare


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Ing. Claudia PIRAS Università degli Studi di Cagliari

Ing. Francesco Saverio

STICCHI DAMIANI

PRO.SAL. Srl

Ing. Enea SOGNO Sineco

Ing. Giacomo TUFFANELLI Agenzia Roma Servizi per la Mobilità S.r.l.

Ing. Flavio VECCHI

Prof. Ing. Paola VERDE Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale

Dott. Ivo VERNIERI ASTRAL

Ing. Pasquale ZOPPOLI Provincia di Napoli

ESPERTI Ing. Azzurra EVANGELISTI Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale

Prof. Ing. Pietro VARILONE Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale

GRUPPO DI LAVORO Bilanciamento delle esigenze tecniche ed ambientali nella

gestione della rete stradali Prof. Ing. Paola Verde (Coordinatore) Ing. Barbara Bianchini Ing. Francesco Caporaso Ing. Sticchi Damiani Ing. Domenico Grechi Ing. Michele Montecuollo Prof. Ing. Pietro Varilone Ing. Flavio Vecchi


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Esigenze ambientali nella gestione delle reti stradali: l’efficientamento prestazionale ed energetico

dei sistemi di illuminazione in galleria

F. Caporaso (*), M. Montecuollo(**), P. Varilone (°), P. Verde (°)

(*) ANAS S.p.A., Compartimento della viabilità per la Basilicata

(**) ANAS S.p.A., Compartimento della viabilità per la Campania

(°) Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale


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Sommario 1 IL PROBLEMA CONGIUNTO DI RISPARMIO ENERGETICO E MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI .......... 7

1.1 Definizione del problema .................................................................................................................... 7

1.2 Il modello E.S.T. ................................................................................................................................... 7

1.3 Definizione del caso di baseline ......................................................................................................... 14

1.4 La scheda tecnica 28T dell’AEEGSI ..................................................................................................... 16

2 INDICI PRESTAZIONALI DEI SISTEMI DI ILLUMINAZIONE IN GALLERIA ...................................................... 24

2.1 Indici illuminotecnici .......................................................................................................................... 24

3 INDICI ENERGETICI DEI SISTEMI DI ILLUMINAZIONE IN GALLERIA ............................................................ 28

3.2 Indici elettrici globali ......................................................................................................................... 28

3.3 Indici elettrici specifici ....................................................................................................................... 31

3.4 Miglioramento indici elettrici e illuminotecnici ................................................................................. 32

3.5 Ottimizzazione indici elettrici e illuminotecnici ................................................................................. 34

4 CASI STUDIO ............................................................................................................................................. 45

4.2 Galleria A ........................................................................................................................................... 45

4.2.1 La condizione attuale .................................................................................................................. 45

4.2.2 Interventi per l’ottimizzazione .................................................................................................... 47

4.2.2.1 Intervento SAP-‐SAP New ..................................................................................................... 47

4.2.2.2 Intervento Regolatori di flusso ............................................................................................ 49

4.2.2.3 Intervento SAP-‐LED .............................................................................................................. 52

4.2.2.4 Intervento SAP New + Regolatori ........................................................................................ 54

4.2.3 Confronto interventi ................................................................................................................... 56

4.3 Galleria B ........................................................................................................................................... 58








4.4 Galleria C ............................................................................................................................................ 72







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5 Ringraziamenti .......................................................................................................................................... 85

6 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................... 85


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1 IL PROBLEMA CONGIUNTO DI RISPARMIO ENERGETICO E MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI

1.1 DEFINIZIONE DEL PROBLEMA Nelle strategie di gestione delle infrastrutture stradali sono sempre più importanti le esigenze

ambientali in termini di risparmio energetico congiunto al miglioramento delle prestazioni,

soprattutto in termini di sicurezza.

I dati relativi al costo annuale dei consumi di 'energia elettrica mostrano aumenti significativi di

anno in anno. L’incremento annuale dei costi e la crescente sensibilità per la tutela dell'ambiente

spingono sempre più i gestori delle infrastrutture stradali ad elaborare modalità di gestione e

pianificazione per ridurre i consumi di energia elettrica. Per le strade primarie, come le autostrade

e le arterie principali, i carichi elettrici più significativi sono in genere i sistemi di illuminazione

utilizzati nelle gallerie, i quali se da un lato sono carichi energivori, dall’altro sono essenziali per la

sicurezza dei conducenti. La gestione attuale dei sistemi di illuminazione in galleria, inoltre, rivela

che non sempre costi elevati di esercizio corrispondono a standard prestazionali e di sicurezza

adeguati. Tale aspetto, tutt’altro che trascurabile, dipende da numerosi fattori quali il degrado delle

prestazioni delle sorgenti luminose, dei sistemi di alimentazione o anche da condizioni di

overdesign.

Nascono, di conseguenza, due esigenze contrapposte poiché è vero che il consumo di energia

elettrica deve essere ridotto ma, nel contempo, bisogna garantire la sicurezza della guida. Alla luce

di queste considerazioni, è stato sviluppato un modello chiamato E.S.T. (Energy Screening of

Tunnel) che consente appunto di rappresentare congiuntamente, e in modo immediato, sia i

consumi energetici sia le prestazioni di un Sistema di Illuminazione in Galleria (SIG).

1.2 IL MODELLO E.S.T. Con riferimento a Sistemi di Illuminazione in Galleria (SIG), gli obiettivi del modello E.S.T. sono:

− analizzare il consumo di energia elettrica;

− analizzare le prestazioni;

− individuare possibili interventi sostitutivi o non sostitutivi per migliorare consumi e

prestazioni;

− stimare gli investimenti attraverso indici finanziari;

− comparare SIG diversi e diversi interventi.

La modellazione in E.S.T. di un SIG consente di ottenere diversi indici di esercizio relativi sia ai

consumi, sia alle prestazioni; gli indici sono meglio descritti nelle sezioni a loro dedicate.

Tra le caratteristiche più interessanti del modello E.S.T è la possibilità di caratterizzare

contestualmente ogni SIG nel piano {consumi di energia elettrica, prestazioni} introducendo anche

opportuni indici specifici1, ossia indici normalizzate su unità fisiche di riferimento (come lunghezza

1 Indici globali ed indici specifici per consumi e prestazioni sono descritti nella sezione 2..


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della galleria o area illuminata della galleria) che consentono utili comparazioni tra i diversi SIG.

Per descrivere la potenzialità di E.S.T. , si assuma che siano introdotti i seguenti indici 2:

− per i consumi di energia elettrica: un generico indice di consumo annuale per km di

galleria, nominalmente EPCI (Electric Power Consumption Index);

− per le prestazioni: un generico indice di prestazione luminosa per km2, nominalmente

LPI (Light Performance Index);.

Il piano cartesiano ottenibile per la visualizzazione dei risultati ottenibili da ES.T. è riportato in

Fig.1.

Fig. 1: Esempio di piano cartesiano (consumi, prestazioni)

Per gli indici EPCI e LPI, è sempre possibile introdurre i corrispondenti valori di riferimento che

sono, rispettivamente, EPCI* e LPI*. Tali grandezze corrispondono a consumi e prestazioni del

SIG di baseline ottenuti anche attraverso opportune simulazioni illuminotecniche. Il SIG di baseline

è il SIG che ha i consumi massimi accettabili per il tipo di strada su cui insiste la galleria ed ha le

2 Come descritto anche nelle sezioni seguenti del documento, E.S.T. prevede un elevato numero di indici sia per i consumi sia per le prestazioni. Nei casi studio, ad esempio, saranno usati IA ed IM, Indice di assorbimento di energia Attiva, Illuminazione Media.


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prestazioni minime accettabili per il tipo di sistema di illuminazione, in base alle risoluzione di

AEEGSI .

Per EPCI, è allora possibile quantificare il consumo di energia elettrica del SIG come differenza

tra EPCI e EPCI* (ΔEPCI). Se ΔEPCI è maggiore di zero, il consumo deve essere ridotto;

altrimenti, il consumo è accettabile. In modo analogo, il corrispondente indice della prestazione è la

differenza tra LPI e LPI* (ΔLPI). Se ΔLPI è minore di zero, la prestazione illuminotecnica deve

essere migliorata, altrimenti è accettabile.

La Fig.2 riporta il piano cartesiano definito dai due indici ΔEPCI ,ΔLPI

Fig.2: Piano cartesiano (consumi, prestazioni) definite in base agli indici ΔEPCI, ΔLPI

Le coordinate cartesiane di ciascun punto rappresentabile sul piano della Fig.2 sono il valore

di ΔEPCI per l'asse X e il valore di ΔLPI per l'asse Y.

Il piano cartesiano della Fig.2 è stato poi suddiviso in sei settori, le cui ampiezze dipendono

della caratteristiche della galleria; i valori limite degli indici per la suddivisione in settori del piano

sono stati derivati da norme internazionali, come quelle della Commission Internationale de

l'Eclairage (CIE), per le prestazioni, e dalle delibere dell'Autorità italiana per l'Energia Elettrica, il


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Gas e i Sistemi Idrici (AEEGSI), per i consumi. I valori degli indici di resa illuminotecnica sono stati

verificati attraverso un software di illuminotecnica free-share, il Dialux. La Fig.3 riporta la

suddivisione in settori del piano.

Fig. 3: Suddivisione in settori del piano definito da ΔEPCI, ΔLPI

In base al funzionamento del SIG analizzato si possono avere i seguenti casi, distinti in sei

settori:

1. Il punto cade nel primo settore: si hanno valori di illuminamento maggiori del limite

massimo ammissibile, accompagnati da assorbimenti di energia attiva minori del

riferimento. Questo caso descrive il funzionamento di una galleria illuminata in modo

eccessivo ma con consumi minori del baseline, una possibile causa è una errata

progettazione dell’impianto di illuminazione;

2. Il punto cade nel secondo settore: si hanno valori di illuminamento superiori al limite

massimo ammissibile, accompagnati da assorbimenti di energia attiva maggiori del

baseline. Questo descrive il funzionamento di una galleria illuminata in modo eccessivo e

con consumi superiori al riferimento, possibili cause sono una errata progettazione

dell’impianto di illuminazione (overdesign) od il malfunzionamento dei componenti del

sistema;

3. Il punto cade nel terzo settore: si hanno valori di illuminamento maggiori del baseline,

accompagnati da assorbimenti di energia attiva inferiori al riferimento. Questo caso

descrive il funzionamento di una galleria ben illuminata e con consumi minori del baseline

così da poter essere incentivata dalle autorità.


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4. Il punto cade nel quarto settore: si hanno valori di illuminamento superiori al baseline,

accompagnati da assorbimenti di energia attiva maggiori del baseline. Questo descrive il

funzionamento di una galleria ben illuminata ma con consumi superiori al riferimento, una

possibile causa è il malfunzionamento dei componenti del sistema. Si presta bene ad

essere ottimizzato nei consumi;

5. Il punto cade nel quinto settore: si hanno valori di illuminamento minori del baseline,

accompagnati da assorbimenti di energia attiva minori del riferimento. Questo caso

descrive il funzionamento di una galleria mal illuminata e con consumi minori del baseline,

possibili cause sono una errata progettazione dell’impianto di illuminazione, un

malfunzionamento dei componenti del sistema (es. malfunzionamento del sistema di

regolazione) oppure lo spegnimento di molte lampade;

6. Il punto cade nel sesto settore: si hanno valori di illuminamento minori del baseline,

accompagnati da assorbimenti di energia attiva maggiori del riferimento. Questo caso

descrive il funzionamento di una galleria mal illuminata e con consumi superiori al baseline,

possibili cause sono una errata progettazione dell’impianto di illuminazione o un

malfunzionamento dei componenti del sistema (es. malfunzionamento del sistema di

regolazione);

Dalle considerazioni appena condotte emerge che un SIG per funzionare in maniera

ottimale in termini di prestazioni e consumi deve trovarsi ad operare nel terzo settore del piano

predetto. In tale settore, infatti, i consumi sono minori del baseline e l’illuminamento è maggiore del

minimo ammissibile.

Lo stesso procedimento è utilizzato per la valutazione energetica delle gallerie a seguito

degli interventi di contenimento dei consumi energetici. Pertanto sugli stessi grafici è possibile

visualizzare lo stato degli indici prima dell’intervento e dopo l’intervento. Il metodo restituisce quindi

un feedback esaustivo sul raggiungimento degli obbiettivi dell’azione simulata. Successivamente,

agli indici di efficacia così determinati, si affiancano gli indici di analisi economica.

La Fig.4 riporta lo schema a blocchi del modello E.S.T.; la Fig. 5 il flow chart e la Fig. 6 i

principali dati di input al modello.


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Fig.4 : Schema a blocchi del modello E.S.T.


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Fig.5: Flow chart del modello E.S.T.

Inserimento dati geometrici della

galleria

Inserimento dati impianti

Calcolo ed elaborazione indici energetici e prestazionali

Calcolo ed elaborazione indici economici

Presentazione dei risultati


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Fig.6: Dati di input al modello E.S.T.

1.3 DEFINIZIONE DEL CASO DI BASELINE

Come detto nel paragrafo precedente, per la stima delle prestazioni e dei consumi di un

generico SIG è stato definito un SIG di riferimento, detto di baseline. Il SIG di baseline è quel

sistema di illuminazione di riferimento che, per l’assegnata strada su cui insiste la galleria in esame

e per assegnata distribuzione delle sorgenti di illuminazione della galleria in esame, fornisce le

prestazioni minime ed i consumi massimi accettabili. A tale SIG sono associati i due indici, di

prestazione e di consumo, ai quali riportare i corrispondenti indici del SIG in esame.

Con riferimento alle prestazioni, è possibile definire l’indice di Illuminamento medio di

baseline IMB; esso ha una duplice funzione.

Attraverso tale indice è possibile:


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-‐ in primo luogo, stimare la rispondenza del SIG in studio ai requisiti minimi di illuminamento

atti a garantire la sicurezza stradale, ovvero volti a garantire la possibilità da parte del

guidatore di distinguere, in tempi idonei, eventuali ostacoli sulla carreggiata così da poter

agire di conseguenza. Ciò vuol dire che, se l’illuminamento medio reale o progettuale è al di

sotto di questo limite inferiore, il SIG in esame va attenzionato, ovvero è necessaria una

revisione dell’impianto di illuminazione in quanto non è in grado di garantire i requisiti

minimi di luminanza richiesti nel galleria;

-‐ in secondo luogo, essendo costruito seguendo le specifiche riportate nella scheda tecnica

n. 28T, almeno relativamente all’illuminazione permanente, rappresenta quello standard

minimo di prestazione luminosa richiesta in galleria al fine di poter accedere alle

incentivazioni derivanti dal rilascio dei certificati bianchi (Titoli di Efficienza Energetica).

Quando ci si riferisce all’illuminamento medio si considera un parametro caratterizzante

l’intera estensione della galleria:

!!" =!! ∙ !! ∙ !!! ∙ !!"#

dove εB è l’efficienza luminosa dei dispositivi di baseline, FM è il fattore di manutenzione, L

rappresenta la lunghezza della galleria, lint rappresenta la larghezza della galleria, infine PB è la

potenza attiva di baseline annua in W, strettamente collegata ai consumi massimi accettabili, come

descritto in seguito.

Con riferimento ai consumi, si è utilizzata la scheda tecnica n. 28T. Essa è stata impiegata

per quantificare i risparmi energetici anche su gallerie poste su strade extraurbane secondarie,

determinando i valori di benchmark necessari alla caratterizzazione energetica ed illuminotecnica

delle gallerie. I valori di illuminamento infatti sono molto simili in regime notturno rispetto le

extraurbane principali, e poco inferiori in regime diurno, approssimazioni quindi a favore della

sicurezza. Inoltre è possibile inserire nel calcolo anche la quota parte dei circuiti di rinforzo,

considerando il reale rapporto esistente tra potenze di rinforzo e potenza permanente, così come

riportato nelle eventuali schede di censimento del gestore3.

In base alla scheda tecnica n. 28T, l’Energia Attiva di baseline annua EAB è pari a:

3 In assenza di informazioni di dettaglio, è possibile stimare il rapporto della potenza di rinforzo rispetto alla potenza dell’impianto permanente pari al valore di 1,4, così come derivato da una media condotta su un cospicuo numero di gallerie in esercizio.


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!!" = !!"# + !!"# ∙ 13 + !!"# ∙ 11 ∙ 365

Le potenze dell’illuminazione permanente che compaiono in questa relazione sono ottenute

consultando la scheda e adottando un numero di apparecchi illuminanti adattato alla lunghezza

della galleria in studio, ovvero estrapolato tramite proporzione. Per ottenere la potenza di baseline

quindi si considera un’illuminazione di rinforzo attiva solamente per 13 ore mentre la permanente

per l’intera giornata, a questo punto basta dividere EAB per il numero di ore annue, ovvero 8760.

1.4 LA SCHEDA TECNICA 28T DELL’AEEGSI L’Autorità per l’Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico (di seguito AEEGSI) ha

partecipato attivamente allo sviluppo di nuove procedure di quantificazione del risparmio di energia

primaria da utilizzarsi nel quadro degli adempimenti previsti dal meccanismo dei certificati bianchi.

In tema di promozione del risparmio energetico negli usi finali, l’AEEGSI ha previsto lo sviluppo di

“schede tecniche” contenenti metodologie semplificate per la quantificazione dei risparmi

energetici; l’utilizzo delle schede tecniche è funzionale al rilascio dei Titoli di Efficienza Energetica

(TEE, noti come Certificati Bianchi), che costituiscono lo strumento attraverso il quale i Distributori

obbligati di elettricità e di gas dimostrano di aver conseguito l’obbiettivo di efficienza energetica

loro assegnato per l’anno di riferimento.

Nel corso del 2010 si è attuato un riordino delle procedure riguardanti l’efficienza

nell’illuminazione pubblica tenendo conto delle caratteristiche delle nuove sorgenti luminose ad

elevata resa cromatica, le quali permettono, a discrezione del progettista, di adottare requisiti di

illuminamento ridotti rispetto a lampade di tipo tradizionale.

Tutto ciò ha portato, tramite la delibera dell’AEEGSI n.4 del 2011, all’emanazione della

scheda tecnica n.28T “Realizzazione di sistemi ad alta efficienza per l’illuminazione di gallerie

autostradali ed extraurbane principali” il cui scopo è quello di valutare la riduzione dei consumi

energetici conseguibile grazie alla realizzazione di sistemi ad alta efficienza per l’illuminazione di

gallerie stradali (basati ad esempio sull’utilizzo di sorgenti e corpi illuminanti di ultima generazione

e sull’adozione di ipotesi progettuali innovative, quale la riduzione dei requisiti illuminotecnici in

presenza di sorgenti luminose ad alta resa cromatica).

La scheda promuove interventi di contenimento dei consumi energetici nelle gallerie

attraverso interventi “semplici”, cioè azioni consolidate che non hanno bisogno di procedimenti

basati su misure o algoritmi di calcolo evoluti per quantificare i risparmi di energia consumata per

l’illuminazione (misurati in tonnellate equivalenti di petrolio, tep).

L’applicabilità del procedimento è sottoposto a vincoli, i quali assicurano una valutazione

uniforme e univoca. I vincoli posti sono:


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1. Strade di classe A e B, così definite nella classificazione contenuta nel Decreto

Ministero Infrastrutture e Trasporti n. 6792/01 “Norme funzionali e geometriche

tecniche per la costruzione delle strade” del 5 Novembre 2001. Quindi alle sole

gallerie asservite al traffico veicolare delle autostrade e delle strade extraurbane

principali.

2. Il risparmio contemplato nella presente proposta si applica al solo impianto di

illuminazione permanente.

3. Nel caso di gallerie già in esercizio i sistemi preesistenti devono essere basati su

sorgenti luminose a mercurio o a sodio ad alta pressione.

4. Le nuove lampade installate siano caratterizzate da un’efficienza minima

complessiva del sistema lampada più ottica e ausiliari almeno pari a 61 lm/W.

Le motivazioni che spingono al vincolo del punto 1 sono da attribuire al fatto che per la

restante parte delle gallerie stradali si applicherebbero dei criteri diversi per il calcolo, in quanto

sono diversi e variegati i requisiti illuminotecnici richiesti.

Le motivazioni che spingono al vincolo del punto 2 sono da attribuire al fatto che per

l’impianto di illuminazione di rinforzo le scelte tecnologiche possibili si ritengono più limitate e

comunque i risparmi sono più difficilmente quantificabili, in quanto dipendenti da altri fattori quali

l’orientamento della galleria e la sua locazione.

Le motivazioni che spingono invece al vincolo del punto 3 sono da attribuire a problemi di

addizionalità dei risparmi, cioè evitare che per una medesima galleria possano venire presentate

più richieste di verifica e certificazione a distanza di pochi anni una dall’altra, a seguito di eventuali

interventi di ulteriore ottimizzazione degli impianti luminosi.

Il vincolo del punto 4 nasce attraverso delle valutazioni condotte dall’Autority (AEEGSI) su

tutte le gallerie autostradali ed extraurbane principali presenti sul territorio nazionale. Nello

specifico il limite di 61 lm/W deriva da una media delle efficienze luminose delle lampade

attualmente installate in tali gallerie.

Il calcolo dei risparmi energetici è condotto a partire dai consumi di “baseline”. Sono, infatti,

incentivati tutti gli interventi che producono risparmi di energia elettrica attestanti consumi minori

dei baseline. Il Risparmio Specifico Lordo di energia primaria, RSL, [tep/km/anno] è espresso

come:

!"# = !! ∙ !!_ !"# − 365 ∙!!!! + !!!!

!

dove:

– fE = 0.187·10-3 tep/kWhe, è il fattore di conversione dell’energia elettrica in energia primaria

(ai sensi della deliberazione 28 Marzo 2008, EEN 3/08);


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– Ei_SAP, è il consumo annuo di energia elettrica per l’illuminazione permanente di 1 km di

galleria nei casi di riferimento (baseline) [kWh/km/anno];

– Pd, Pn sono rispettivamente le potenze diurna e notturna complessive (comprensive gli

ausiliari) degli apparecchi per l’illuminazione permanente estesa a tutta la galleria, misurate

nella fase di collaudo successiva all’intervento [kW];

– td, tn sono le ore giornaliere medie di funzionamento diurno e notturno dell’impianto

permanente [h/giorno];

– L è la lunghezza della galleria [km] come risultante dal collaudo.

Il consumo annuo di energia elettrica di riferimento (baseline) è calcolato secondo la

classificazione contenuta nel D.M. 6792/01: galleria con singola fila di apparecchi, galleria con

doppia fila di apparecchi, galleria con tre file di apparecchi. Le principali caratteristiche adottate nei

casi baseline sono le seguenti:

-‐ la composizione e le caratteristiche geometriche e funzionali delle varie parti della sede

stradale in galleria (es. carreggiata, banchine, corsie di emergenza) e l’altezza delle gallerie

stesse sono regolate secondo quanto previsto dal DM 6792/01;

-‐ senso di marcia: semplice (unica direzione);

-‐ luminanza iniziale del tratto di soglia: indifferente;

-‐ altezza pareti imbiancate 3,0 m;

-‐ orientamento della galleria: indifferente;

-‐ il calcolo prescinde dalla forma e dalla sezione della galleria;

-‐ l’illuminazione con file di lampade poste lateralmente viene assimilata ai fini del calcolo dei

casi di riferimento a quella con lampade poste in linea sopra la carreggiata;

-‐ le caratteristiche dell’impianto illuminotecnico della zona interna (potenza delle lampade,

interdistanza etc.) rimangono invariate in tutto il circuito di illuminazione permanente, cioè

per tutta la lunghezza della galleria;

-‐ potenza nominale delle lampade SAP pari a 100 W con prelievi ausiliari di 14 W;

-‐ in regime notturno si assume una potenza nominale ridotta pari a 59 W con prelievi ausiliari

invariati rispetto all’esercizio diurno;

-‐ durata media delle ore di illuminazione in regime notturno pari a 11 ore/giorno;

-‐ durata media delle ore di illuminazione in regime diurno pari a 13 ore/giorno;

-‐ durata di esercizio pari a 365 giorni/anno;

-‐ luminanza del tratto interno “Li” in regime diurno pari a 3 cd/m2;

-‐ luminanza del tratto interno “Li” in regime notturno pari a 1 cd/m2.

Attraverso le caratteristiche predette si ottengono i valori di consumo di energia annua

Ei_SAP (parametrizzati per numero di file di apparecchi) riportati in tabella Tab. 1.


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Tab. 1 - Ei_SAP per galleria con singola, doppia e tripla fila di apparecchi

Parametri comuni a tutti i casi

Pd_SAP [W] 114 Pn_SAP [W] 73

td [h/giorno] 13 tn [h/giorno] 11

Luminanza del tratto interno [cd/m2] Regime diurno: 3 Regime notturno: 1

Galleria con singola fila di apparecchi Interdistanza [m] 10

NSAP apparecchi per km 100 Ei_SAP [kWh/km/anno] 83.403

RSL [tep/km/anno] 0.187·10-3· (83.403 - 365· (Pd·13+Pn·11) = 0

Galleria con doppia fila di apparecchi Interdistanza [m] 9



Galleria con tripla fila di apparecchi Interdistanza [m] 9



La scheda tecnica così definita si presta bene per valutare i risparmi conseguibili a seguito

degli interventi su due fronti. Infatti avendo un riferimento sui consumi attesi, funzione delle

tecnologie attualmente presenti sul mercato, è possibile intervenire sui consumi della galleria

avendo come obbiettivo RSL = 0, oppure RSL > 0. La differenza tra i due casi sta nell’incentivo:

-‐ con RSL = 0 non è possibile richiedere i TEE ma gli interventi effettuati hanno comunque

ottimizzato i consumi ed eguagliato quelli di baseline;

-‐ con RSL > 0 c’è possibilità di richiedere i TEE in quanto gli interventi intrapresi hanno

conseguito dei risparmi maggiori dei baseline.

Tuttavia esistono delle soglie minime da soddisfare per accedere ai TEE, in particolare

l’AEEGSI ha introdotto i seguenti indici per definire una soglia minima di risparmi incentivabili:


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-‐ RNc = Risparmio netto contestuale conseguito nel corso della vita utile dell’impianto,

misurato in [tep/anno].

!"# = ! ∙ !"# ∙ !

dove:

a = Coefficiente di addizionalità, percentuale intero positivo minore o uguale al 100%, pari

al rapporto tra il valore del risparmio netto e il valore del risparmio lordo, specificato dalla

delibera EEN 9/11 a seconda delle applicazioni.

-‐ RNa = Risparmio netto conseguito dal termine della vita utile al termine della vita tecnica

dell’intervento stesso, misurata in [tep/anno].

!"# = (! − 1) ∙ !"#

dove:

τ, specificato dalla delibera EEN 9/11 a seconda dell’intervento, è il coefficiente di durabilità

intervento e valuta il decadimento annuo dei risparmi.

-‐ RNI = Risparmio netto integrale, è il risparmio netto che si stima venga conseguito

nell’arco della vita tecnica di un intervento applicando il tasso di decadimento annuo

dei risparmi, misurato in [tep/anno].

!"# = !"# + !"# = !"# ∙ ! ∙ ! ∙ !

La quota minima per ricevere i TEE è calcolata sul RNI ed è fissata dall’Autority a 20

tep/anno.


Pag. 21

Si riporta per completezza il documento originale della scheda tecnica n.28

precedentemente citata.


Pag. 22


Pag. 23


Pag. 24

2 INDICI PRESTAZIONALI DEI SISTEMI DI ILLUMINAZIONE IN GALLERIA

Nello studio del comportamento energetico di un qualsiasi sistema, è di fondamentale

importanza definire e analizzare indici che ne descrivono il funzionamento. Tali indicatori devono

essere riferiti a parametri comuni della classe di sistemi che si vuole analizzare. Infatti, nell’ambito

dell’ottimizzazione dei consumi, si procede spesso al confronto dei consumi riguardanti l’impianto

esaminato con i consumi di baseline, cioè con consumi di un impianto simile di riferimento (il

Benchmark), derivante da statistiche e studi approfonditi nel settore. Emerge di conseguenza la

necessità di rendere confrontabili impianti che, seppur accumunati dalla stessa mission4,

differiscono nelle modalità operative. Gli indicatori prestazionali rappresentano quindi lo strumento

che unisce i sistemi energetici accumunati dalla stessa mission, rendendoli confrontabili e pronti

per essere adeguatamente ottimizzati nelle prestazioni illuminotecniche e nei consumi energetici.

Negli impianti d’illuminazione delle gallerie stradali gli indici prestazionali si dividono in due

tipologie ben distinte; illuminotecnica ed elettrica. I primi possono essere catalogati anche come

parametri, poiché forniscono una parametrizzazione delle caratteristiche illuminotecniche

dell’impianto. Sono quindi, nel caso in esame, valori di output. I secondi invece sono dei veri e

propri indici che forniscono informazioni sui consumi del sistema. Dualmente alla categoria

precedente sono quindi valori di input. La funzione di trasferimento che lega i valori in input ai

valori in output dipende da molti fattori, ed è proprio su questi che si andrà ad agire, facendo

attenzione a non penalizzare i parametri illuminotecnici oltre i dettami delle norme.

2.1 INDICI ILLUMINOTECNICI

La caratterizzazione delle proprietà illuminotecniche di un impianto e dei dispositivi

illuminati utilizzati può essere condotta utilizzando diversi indicatori. Nel seguito sono richiamati e

definiti quelli maggiormente acclarati.

• Illuminamento medio “IM”: Parametro caratterizzante l’intera estensione della galleria,

calcolato come media dei valori di illuminamento puntuali. L’illuminamento medio in

assenza di misure reali sull’impianto o simulazioni software, può essere valutato dai dati

4 La mission di un impianto o più in generale di un sistema è rappresentata da quell’insieme di obiettivi che devono essere raggiunti attraverso la progettazione, realizzazione, e manutenzione del sistema stesso.


Pag. 25

disponibili al fine di avere un riscontro veloce (anche se poco accurato) della situazione

illuminotecnica. In particolare si definiscono i seguenti indici di illuminamento:

• Illuminamento medio da baseline “IMB” in lm/m2: Indica il valore medio

dell’illuminamento di riferimento AEEGSI lungo l’intera galleria.

!!" =!! ∗ !! ∗ !!! ∗ !!"#

Dove:

PB: Potenza Attiva di baseline in W, deriva dai dati sui consumi di riferimento

specificati dall'AEEGSI sulla scheda tecnica n. 28T comprensivi di rinforzo;

εB: Efficienza luminosa dei dispositivi di baseline, (110 lm/W);

FM: Fattore di manutenzione.

• Illuminamento medio da Progetto “IMP” in lm/m2: Indica il valore medio

dell’illuminamento di progetto lungo l’intera galleria.

!!" =!! ∗ !! ∗ !!! ∗ !!"#

Dove:

PP: Potenza Attiva di Progetto in W;

εP: Efficienza luminosa dei dispositivi utilizzati;

FM: Fattore di manutenzione.

• Illuminamento medio Reale “IMR” in lm/m2: Indica il valore medio dell’illuminamento

reale lungo l’intera galleria.

!!" =!! ∗ !! ∗!! ∗ !! ∗ !!

! ∗ !!"#

Dove:


Pag. 26

PP: Potenza Attiva di Progetto in W5;

εP: Efficienza luminosa dei dispositivi utilizzati;

“MR”: Rappresenta il rapporto tra l'energia attiva media annua realmente consumata

e l'energia di progetto5 ( si veda par. 3.2)

FM: Fattore di manutenzione;

FD: Fattore di decadimento del flusso luminoso, calcolato come regressione lineare

di:

!! = −2 ∗ 10!! ∗ !" + 1

Con “Ai” pari agli anni di funzionamento delle lampade.

• Indice illuminotecnico Reale/baseline “Kr”: Esprime il rapporto tra l’illuminamento reale nella

galleria e l’illuminamento di riferimento baseline.

!! =!!"!!"

Valori minori di 0,9 indicano l’insufficienza dell’illuminazione rispetto i dettami delle

normative. Valori compresi tra 0,9 e 1,2 un buon illuminamento, conforme alle normative.

Valori maggiori di 1,2 indicano un sovradimensionamento dell’impianto.

• Indice illuminotecnico Progettuale/baseline “Kp”: Esprime il rapporto tra l’illuminamento

nominale della galleria e l’illuminamento di riferimento baseline.

!! =!!"!!"

• Luminanze “L” delle sezioni della galleria: rapporto tra l’intensità luminosa emessa, riflessa

o trasmessa dalla sorgente primaria o secondaria nella direzione assegnata e la superficie

apparente della sorgente che emette la luce [cd/m2], calcolato in ciascuna sezione della

galleria.

5 Nel documento si farà riferimento a dati e valori “di progetto”, intendendo dati e valori ricavati da schede di censimento, come le schede di accatastamento utilizzate da ANAS S.p.A.


Pag. 27

• Temperatura di colore: Rappresenta la temperatura in °K alla quale deve essere portato un

corpo nero per produrre una radiazione luminosa uguale a quella della lampada

considerata. Determina il colore emanato dal corpo luminoso, quindi il colore complessivo

dell’illuminamento in galleria. Si distingue così tra tonalità calde (luce gialla e temperatura

minore di 3800°K), tonalità neutre (luce bianca e temperatura compresa tra 3800°K e

5000°K), tonalità fredde (luce azzurra e temperatura maggiore di 5000°K). Le normative

non specificano valori da realizzare in galleria.

• Resa cromatica “Ra”: Quantifica attraverso una scala da 0 a 100, la capacità di una

sorgente luminosa di rendere fedelmente i colori. Il riferimento stabilito è la lampada a

incandescenza (Ra=100). Si avrà all’interno della galleria un indice di resa cromatica

complessivo dato dall’interazione dei corpi illuminati utilizzati. Valori compresi tra 90 e 100

indicano un’ottima resa cromatica, tra 89 e 70 buona, tra 69 e 40 sufficiente, minore di 40

scarsa. Anche in questo caso le norme non prescrivono valori minimi da realizzare.

• Flusso luminoso “φ”: Si riferisce al singolo apparecchio luminoso e ne indica la quantità di

energia luminosa emessa nell’unità di tempo. Si misura in lm e comprende solo il campo

delle radiazioni luminose visibili (380nm<λ<780nm). È un indice che determina i valori di

illuminamento in galleria.

• Efficienza luminosa “ε”: Espressa in lm/W indica il reale rendimento della sorgente

luminosa.

• Durata di vita media: Teoricamente è definita come il numero di ore di funzionamento dopo

il quale il 50% delle lampade rappresentative di un campione si spegne. Si misura in h e

dipende dagli stress meccanici, chimici ed elettrici cui sono sottoposte le lampade.

• Tempo di accensione/riaccensione: Indica il tempo necessario all’accensione della

lampada partendo da “fredda” o da “calda”, cioè accesa dopo un numero di ore di

spegnimento tale che la lampada può considerarsi fredda o accesa dopo pochi minuti da

uno spegnimento.


Pag. 28

3 INDICI ENERGETICI DEI SISTEMI DI ILLUMINAZIONE IN GALLERIA

Descrivono il funzionamento del sistema in relazione agli assorbimenti di energia elettrica,

sia attiva che reattiva. Possono essere suddivisi in due categorie, indici elettrici riferiti

all’estensione totale della galleria (globali) e indici riferiti all’unità di lunghezza (UFR6). I primi sono

utili per analizzare lo stato di funzionamento attuale del sistema, mentre i secondi sono utili per

confrontare le gallerie tra loro.

3.2 INDICI ELETTRICI GLOBALI

• Indice di funzionamento ai valori di progetto “MR”: Rappresenta il rapporto tra l'energia

attiva media annua realmente consumata “Earm” e l'energia di progetto(5) che dovrebbe

consumare “Eap”.

!! =!"#$[!"ℎ/!""#]!"#[!"ℎ/!""#]

Valori di MR minori o maggiori di uno, indicano che l’impianto consuma meno o più energia

attiva di quanta dovrebbe consumare se tutte le sue parti funzionassero ai valori progettuali.

Possibili cause possono essere lo spegnimento progressivo dei corpi illuminanti o il

malfunzionamento dei sistemi di regolazione. Tale indice può anche essere visto come un valore

proporzionale al grado di manutenzione reale dell’impianto.

Il valore di Earm in kWh/anno, cioè l’energia attiva reale media, deriva dalla media delle

energie attive annualmente consumate7, può essere preso come riferimento, cioè come anno

medio.

Il valore di Eap, cioè dell’energia attiva progettuale, è il risultato dei calcoli condotti sulle

apparecchiature installate da progetto(5). Deriva quindi dalla potenza installata per il tempo di

funzionamento, che è determinata in base ai sistemi di controllo adoperati per il rinforzo e la parte

permanente. È calcolata secondo la relazione seguente:

6 UFR: Unità Fisica di Riferimento, si intende 1 km di galleria illuminato secondo quando stabilito dalla norma UNI 11095. 7 Se non si hanno a disposizione i consumi relativi a più anni si può utilizzare l’energia attiva realmente consumata in un anno “Ear”.


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!!" = 365 ∗ (!! ∗ !! + !! ∗ !!)

Dove:

Pp: potenza in kW installata dell’impianto permanente,

Pr: potenza in kW installata dell’impianto di rinforzo8,

tp: tempo espresso in ore in cui l’impianto permanente è in funzionamento nell’arco delle

24h.

tr: tempo espresso in ore in cui l’impianto di rinforzo è in funzionamento nell’arco delle 24h.

• Indice reale assorbimento En. Reattiva "Ir": Rappresenta il rapporto tra l'energia reattiva reale annua “Err” e l'energia attiva reale annua “Ear” dello stesso anno.

!! =!""[!"#$ℎ/!""#]!"#[!"ℎ/!""#]

Tale indice è importante per controllare l’assorbimento di energia reattiva, quindi per

analizzare eventuali anomalie di funzionamento e controllare lo stato del rifasamento se presente o

diversamente valutarne l’installazione.

I parametri Err, Ear devono essere reperiti dalle fatturazioni o da una campagna di

acquisizione dati.

Al fine di avere un fattore di potenza ottimale per il funzionamento del sistema, Ir deve

essere compreso tra 0 e 0.5, valori maggiori di 0.5, cioè Err maggiore del 50% di Ear, implicano un

cos(φ) minore di 0.9.

• Indice energia Attiva totale Ottimizzata “IAO”, rappresenta la percentuale di energia attiva realmente risparmiata per anno dopo gli interventi di Ottimizzazione (sostitutivi e non sostitutivi), è quindi un valore che può essere usato per confrontare l’efficacia degli interventi di ottimizzazione dei consumi rispetto le condizioni di progetto.

8 Pp e Pr derivano dalla potenza attiva installata “Pi”, somma in kW di tutti gli apparecchi installati. Si riferisce quindi allo stato di progetto ed è la somma della potenza della lampada più la potenza degli ausiliari.


Pag. 30

!"# = 1 −!!"!!"

∗ 100

Dove:

!!" è l’energia attiva totalmente consumata a valle degli interventi di ottimizzazione,

misurata in kWh/anno.

• Indice Energia Attiva da risparmiare per eguagliare i consumi di baseline “IAB”, rappresenta

la percentuale di energia attiva da risparmiare per anno dopo gli interventi di Ottimizzazione

(sostitutivi e non sostitutivi), al fine di eguagliare i consumi di baseline.

!"# = 1 −!!"!!"

∗ 100

Dove:

!!" è l’energia attiva totale consumata dalla baseline, misurata in kWh/anno e determinata

come segue;

!!" = 365 ∗ ((!! + !!"#) ∗ 13 + !! ∗ 11)

Con:

Prin, valore di potenza elettrica assorbita dagli apparecchi di rinforzo [kW];

Pd, Pn, valori di potenza elettrica (compresi gli ausiliari) assorbita rispettivamente in regime diurno e notturno dagli apparecchi per l’illuminazione permanente, misurati nella fase di collaudo successiva all’intervento [kW].


Pag. 31

3.3 INDICI ELETTRICI SPECIFICI

• Indice Potenza Attiva installata a Km "IPI": indica la potenza installata a chilometro [kW/Km], in fase di ottimizzazione dei consumi deve essere minimizzato senza compromettere i valori d’illuminamento interni alla galleria.

!"! =!"[!"]![!"]

• Indice energia Attiva annua consumata a Km "IAR": rappresenta l'energia attiva realmente

consumata per chilometro e per anno, è quindi un valore che può essere usato per

confrontare i consumi reali delle gallerie. L'unita di misura è kWh/anno*km.

!"# =!"#$[!"ℎ/!""#]

![!"]

• Indice energia Attiva Progettuale annua a Km "IAP": rappresenta l'energia attiva

annualmente consumata per chilometro dall'impianto nelle condizioni progettuali, è quindi

un valore che può essere usato per confrontare i progetti dei sistemi di illuminazione delle

gallerie. L'unita di misura è kWh/anno*km.

!"# =!"#[!"ℎ/!""#]

![!"]

• Energia Attiva totale di baseline per km “EB,k”: rappresenta l'energia attiva realmente

consumata per chilometro e per anno dal riferimento suggerito dalla scheda tecnica

AEEGSI n.28T, compresi i consumi dei rinforzi. L'unita di misura è kWh/anno*km.

!!,! =!!"!


Pag. 32

INTERVENTI PER IL MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI E LA RIDUZIONE DEI CONSUMI

Gli interventi implementabili sui sistemi d’illuminazione delle gallerie non hanno tutti gli

stessi risultati finali, essi dunque modificano in modo e quantità indici diversi. È possibile, infatti,

distinguere le azioni per il miglioramento delle prestazioni dell’impianto di illuminazione con le

azioni per l’ottimizzazione dello stesso. L’obiettivo comune è rappresentato dall’adeguamento dei

valori d’illuminamento interni alla galleria secondo quanto stabilito dalle normative. La differenza

tra i due procedimenti risiede nelle modifiche che si apportano ai consumi. Negli interventi di

miglioramento si ha infatti una tendenza a ripristinare i valori di assorbimento di energia, che nella

maggioranza dei casi sono scesi rispetto quelli di progetto a seguito di un’errata manutenzione

dell’impianto. Si ha quindi un aumento o adeguamento dei valori di illuminamento a fronte di un

aumento dei consumi di energia attiva e reattiva.

Negli interventi di ottimizzazione si cerca invece di aumentare o adeguare i valori di

illuminamento diminuendo i consumi di energia attiva e reattiva.

3.4 MIGLIORAMENTO INDICI ELETTRICI E ILLUMINOTECNICI

Il miglioramento delle condizioni operative delle gallerie avviene essenzialmente attraverso

interventi di manutenzione. Essa può essere del tipo ordinaria o straordinaria. I sistemi di

illuminazione richiederebbero una manutenzione programmata al fine di conservare le prestazioni

iniziali, tuttavia gli impianti interni alle gallerie sono doppiamente penalizzati sotto questo punto di

vista. Infatti, date le condizioni operative, cioè ambiente fortemente concentrato di smog e

sostanze che aggrediscono le ottiche degli apparecchi, portano ad un veloce decadimento delle

prestazioni. Resta inoltre difficile aumentare la frequenza della manutenzione, in accordo ai

requisiti di continuità di servizio degli impianti e della galleria. Le motivazioni esposte costringono a

implementare un coefficiente di manutenzione molto basso. Gli indici elettrici e illuminotecnici che

descrivono l’efficacia degli interventi di manutenzione sono:

ü Indice di funzionamento ai valori di progetto “MR”

ü Indice reale assorbimento En. Reattiva "Ir"

ü Illuminamento medio reale "IMR"

Gli interventi di manutenzione ordinaria, secondo le normative tecniche CEI attualmente in

vigore sono:


Pag. 33

Ø Pulizia delle ottiche degli apparecchi luminosi,

Ø Controllo e programmazione del corretto funzionamento dei sistemi di regolazione,

Ø Ripristino del colore delle pareti se chiare,

Ø Sostituzione della lampada non funzionante con una dello stesso tipo.

La pulizia delle ottiche degli apparecchi luminosi in prima analisi può sembrare poco

efficace come metodo di miglioramento delle condizioni operative del sistema. Tuttavia è

dimostrato dai gestori degli impianti stessi, che, in alcuni casi l’oscuramento del sistema di

convogliamento dei raggi luminosi provocava un’attenuazione del flusso luminoso di oltre il 40%.

Ne consegue un decadimento delle prestazioni in termini di efficienza luminosa e distorsione del

colore della luce stessa.

Il controllo e la programmazione del corretto funzionamento dei sistemi di regolazione è

essenziale in quanto rappresenta l’anello più debole dell’intero sistema. La maggior parte delle

gallerie presenti attualmente in Italia regolano l’illuminazione interna attraverso un timer

crepuscolare, cioè attivano e disattivano il rinforzo agli imbocchi attraverso un controllo del tempo

e della luce esterna su due livelli, giorno/notte. È necessario quindi verificare il funzionamento del

controllo al fine di evitare un continuo mantenimento dei rinforzi agli imbocchi anche durante la

notte, o nel caso inverso, lo spegnimento continuo anche durante le ore diurne. In termini di

consumi energetici, un malfunzionamento di questa tipologia di controllo può portare una

variazione energetica annuale dal ±30% al ±50%.

Il ripristino del colore delle pareti se chiare è l’intervento più comune e frequente che nelle

gallerie viene condotto. La particolarità dell’ambiente, caratterizzato da polveri sottili scure che

hanno un peso specifico maggiore dell’aria, determina un precoce oscuramento delle pareti, anche

maggiore rispetto gli apparecchi luminosi che si trovano sulla volta della stessa. L’intervento può

essere implementato attraverso l’utilizzo di solventi capaci di sciogliere le sostanze depositate sulle

pareti e sulla segnaletica stradale ivi inserita. Il risultato dell’intervento comporta un maggior

coefficiente di riflessione sulle pareti, quindi un’illuminazione migliore in galleria.

La sostituzione delle lampade non funzionanti con lampade dello stesso tipo è un intervento

di manutenzione che generalmente è classificato come ordinario, giacché non modifica le

caratteristiche funzionali del sistema. Tuttavia, nelle gallerie questo tipo di intervento richiede

modalità di svolgimento speciali, ad esempio la temporanea sospensione del traffico veicolare e

l’utilizzo di apposite attrezzature.

Degli interventi straordinari, secondo quanto stabilito dalle normative tecniche, fanno parte

tutte le azioni che necessitano di una sostituzione di una parte dell’impianto o della modifica del

progetto stesso, gli interventi possibili sono:


Pag. 34

Ø Sostituzione del sistema di regolazione non funzionante,

Ø Sostituzione di parti attive dell’impianto (cavi, trasformatori, interruttori ecc.).

Differentemente dall’intervento precedente, la sostituzione del sistema di regolazione non

funzionante è molto più semplice. Il controllo si trova nel quadro principale BT delle ripartenze linee

di alimentazione, la sostituzione quindi richiede la sola sospensione temporanea dell’impianto per

l’intero tempo di manutenzione.

La sostituzione di parti attive dell’impianto deve essere valutata a valle dello studio dei

problemi che occorrono sull’impianto. Generalmente i problemi più frequenti sono la perdita di

isolamento dei cavi, che provoca l’intervento dei sistemi di protezione, e l’eccessiva caduta di

potenziale a fine linea, dovuta al sottodimensionamento e invecchiamento dei conduttori.

3.5 OTTIMIZZAZIONE INDICI ELETTRICI E ILLUMINOTECNICI

L’ottimizzazione delle condizioni operative delle gallerie avviene essenzialmente attraverso

interventi sostitutivi e non sostitutivi. Gli indici elettrici che descrivono l’efficacia degli interventi di

ottimizzazione sono:

ü Indice energia Attiva totale Ottimizzata “IAO”,

ü Indice Potenza attiva Installata a Km "IPI",

ü Indice energia Attiva annua Realmente consumata a Km "IAR",

ü Indice reale assorbimento en. reattiva "Ir",

ü Illuminamento medio reale "IMR",

ü Indice illuminotecnico di funzionamento ai valori di baseline “Ki”.

Gli interventi non sostitutivi prevedono che l’ottimizzazione del sistema sia raggiunta

attraverso l’adozione di uno o più accorgimenti, aggiuntivi allo stato in cui si trova la galleria.

Si considerano non sostitutivi i seguenti provvedimenti:


Pag. 35

Ø Rifasamento,

Ø Installazione regolatori di flusso sul circuito permanente,

Ø Schiarimento pareti,

Ø Schiarimento asfalto.

Rifasamento

Il rifasamento consiste nel ridurre l’angolo di sfasamento “φ” tra la tensione e la corrente, si

definisce fattore di potenza il coseno dell’angolo φ. Il problema nei sistemi di illuminazione nasce

dall’utilizzo di apparecchi illuminanti che inglobano circuiti di accensione e mantenimento del livello

della corrente, poiché questi circuiti ausiliari composti essenzialmente da trasformatori e induttanze

comportano uno sfasamento in ritardo della corrente rispetto la tensione. Segue quindi un

assorbimento di energia reattiva proporzionale al fattore di potenza:

! = ! ∗ tan !

Tale consumo di energia reattiva deve essere limitata in quanto non produce lavoro utile in

uscita, ma rappresenta solo un’energia di scambio tra i componenti attivi del sistema. Inoltre sono

associate maggiori correnti circolanti, quindi cadute di tensione maggiori a parità di potenza attiva.

Le normative vigenti impongono determinati parametri da rispettare sul reattivo se la

potenza attiva impegnata è maggiore di 15kW, in particolare:

• Se Ir è minore di 0.5 l’energia reattiva assorbita non è pagata al gestore,

• Per la quota di consumo di energia reattiva compresa tra il 50% e il 75%

dell’energia attiva (0.5<Ir<0.75) è addebitato un costo stabilito dal gestore.

• Per la quota di consumo di energia reattiva superiore al 75% dell’energia attiva

(Ir>0.75) è addebitato un costo maggiore del precedente,

• È necessario il rifasamento se il cos(φ) medio mensile è minore di 0.7, il che

corrisponde ad avere Ir maggiore di 1.03.

Il rifasamento dell’impianto deve essere valutato se Ir è maggiore di 0,5 e MR è compreso

tra 0,9 e 1. Questo perché MR minore di 0,9 indica un funzionamento anomalo dell’impianto in

termini di energia attiva, dovuto essenzialmente allo spegnimento di molte lampade o

all’invecchiamento dei condensatori ausiliari degli apparecchi. Rifasare non rispettando la

condizione MR comporterebbe problemi di energia reattiva capacitiva assorbita al ripristino delle


Pag. 36

lampade non funzionanti, o alla sostituzione degli apparecchi con ausiliari invecchiati. In sintesi, Ir

maggiore di 0,5 può dipendere dal funzionamento a vuoto dei circuiti ausiliari degli apparecchi, ed

è risolvibile non tramite rifasamento ma tramite la sostituzione delle lampade non funzionanti. Se

dopo aver analizzato Ir e MR come illustrato, emerga la necessità di rifasare, la scelta da operare

riguarda l’utilizzo di un sistema di rifasamento centralizzato a potenza modulata, distribuito o per

gruppi. La soluzione più idonea a questo tipo di impianti è il rifasamento per gruppi. Inserendo una

quantità idonea di potenza reattiva capacitiva in derivazione ai circuiti di alimentazione degli

apparecchi si riesce a rifasare opportunamente un carico variabile. Il calcolo della capacità della

batteria di condensatori va quindi calcolata come segue.

La potenza necessaria al rifasamento è espressa dalla seguente relazione9:

!! = !!(tan!! − tan!!)

Dove:

Px è la potenza attiva del gruppo di apparecchi che si vuole rifasare,

φ0 è l’angolo di sfasamento tensione-corrente iniziale, calcolato come arcos(cos(φ0)),

φR è l’angolo di sfasamento tensione-corrente voluto, calcolato come arcos(cos(φR)),10

Determinata la potenza necessaria per l’intervento su ogni gruppo, si procede al calcolo e

scelta della batteria di condensatori.

! =!!

2!"!! (!"# !"##$%&'$()" ! !"#$$%)

! =!!

6!"!! (!"# !"##$%&'$()" ! !"#$%&'(')

Dove V è il modulo della tensione concatenata.

9 Il dimensionamento del sistema di rifasamento può essere condotto sulle potenze e non sulle energie. 10 Si assume in genere un cos(φR)=0.9


Pag. 37

La scelta quindi è condotta sulla base della tensione concatenata e della frequenza, in

particolare il collegamento a triangolo consente di utilizzare dispositivi con capacità minore (1/3)

dei corrispettivi inseriti a stella. In bassa tensione si preferisce l’inserimento a triangolo,

sostenendo costi di isolamento maggiori (le capacità sono sottoposte alla piena tensione

concatenata).

Installazione regolatori di flusso sul circuito permanente

Il sistema di illuminazione permanente viene in genere concepito per assicurare livelli di

luminanza costanti durante l’intero periodo di funzionamento della galleria. Le nuove normative, in

particolare l’UNI 11095, consente una diminuzione della luminanza notturna fino a 1cd/m2. Per

questo motivo, ai fini dell’ottimizzazione dei consumi, è particolarmente interessante l’adozione di

tecniche in grado di raggiungere l’obiettivo descritto. Un primo metodo è lo spegnimento

sistematico di alcuni apparecchi luminosi, un secondo è la regolazione del flusso luminoso

attraverso la regolazione della tensione su tutti gli apparecchi permanenti . Il metodo 2 risulta il più

efficace in quanto:

I. Differentemente al metodo 1 consente di installare corpi illuminanti con inter

distanza maggiore, potenza maggiore, quindi efficienza maggiore.

II. Contrazione dei costi di manutenzione: Un regolatore, stabilizzando la tensione,

consente di aumentare la durata delle lampade, fino a raddoppiarla.

III. Aumento confort visivo: Rispetto al metodo 1 si realizzano uniformità di

illuminamento migliori.

IV. Facilità di installazione: Il sistema di regolazione è integrato direttamente nel quadro

BT ed è in grado di pilotare apparecchi di illuminazione con reattore magnetico.

V. Versatilità della strategia di controllo: I regolatori di flusso sono predisposti per il

funzionamento da timer o per il funzionamento tramite sensori di illuminamento

(Metodo B, figura II.12 cap. 2). Inoltre consentono la supervisione e controllo da

remoto tramite protocollo TCP/IP.

Il regolatore di flusso luminoso è costituito da una sezione di controllo e una di potenza

come illustrato in Fig.7. I dispositivi elettronici di potenza utilizzati sono in genere IGBT. La

strategia di controllo della tensione di uscita che meglio si adatta allo scopo è stata brevettata da

Elettronica Reverberi S.r.l. ed è denominata A.W.I. (Adaptive Waveform Intersection), cioè la

sequenza di accensione e di spegnimento degli IGBT dipende dalla corrente del carico, dal suo


Pag. 38

sfasamento, dal tipo di lampada e dal fattore di potenza a valle del regolatore. Con la tecnologia

A.W.I. si controlla il livello di uscita applicando lo spegnimento degli IGBT solo durante la fase

discendente della sinusoide positiva della tensione di alimentazione (e durante la fase ascendente

di quella negativa). In questo modo, al momento critico della riaccensione dell’arco, che avviene

nella fase ascendente della semionda positiva (e in quella discendente di quella negativa), è

sempre applicata alla lampada la tensione di rete, qualunque sia il livello di parzializzazione

richiesto al fine di assicurare il mantenimento dell’accensione. Inoltre la strategia di controllo

descritta consente l’utilizzo di batterie di rifasamento a valle del regolatore stesso. Condizione resa

possibile grazie all’introduzione di frequenze armoniche lontane dalla frequenza di risonanza.

Fig.7 : Schema di principio funzionamento regolatore.

I risparmi in termini di energia annualmente consumata rispetto all’assenza di regolazione,

in funzione del tipo di lampada e delle condizioni dell’impianto vanno dal 20 al 50%.

Schiarimento pareti

Un metodo che consente di aumentare i valori di illuminamento nelle gallerie, a parità di

potenza installata dei corpi illuminanti, è aumentare il coefficiente di riflessione delle superfici

interne. Le pareti delle gallerie secondo le norme vigenti devono avere una luminanza media

almeno pari al 60% della luminanza media della carreggiata. Tale specifica deve essere garantita


Pag. 39

per un’altezza da terra non inferiore a 2m. Per facilitare la prescrizione è utile quindi utilizzare un

colore chiaro, in grado di riflettere maggiormente i raggi luminosi e garantire un maggior confort

all’utente che attraversa la struttura. In termini di potenza installata si risparmia dal 15% al 23%.

Schiarimento asfalto

I motivi che spingono ad analizzare lo schiarimento dell’asfalto, come possibile intervento

per l’ottimizzazione dei consumi, sono da individuare in ambito illuminotecnico. Infatti, il contrasto

di un oggetto in galleria percepito dall’occhio umano risulta maggiore in corrispondenza di un

manto stradale chiaro, in accordo all’aumento del coefficiente di riflessione dell’asfalto.

L’intervento si attua mescolando al bitume del manto stradale della graniglia bianca,

ottenuta attraverso un processo di cristallizzazione termica ( Fig. 8)

Di fatto l’intervento descritto non è adottato dai maggiori gestori delle gallerie Nazionali,

come ad esempio l’Anas, in quanto induce la fauna locale a transitare pericolosamente all’imbocco

della galleria, attratta dal colore e brillantezza dell’asfalto.

Fig. 8: Risultato del processo di cristallizzazione termica.

Si ottiene in media un aumento del coefficiente di riflessione del manto stradale del 3 %,

portandolo dal 7 % caratteristico dell’asfalto nero al 10 %. In questo modo si ottiene una miglior

caratteristica di uniformità di luminanza, e un notevole innalzamento della luminanza sul manto

stradale stimato di circa il 40 %. Ne consegue una riduzione della potenza installata che va dal 22

al 25 %.

Gli interventi sostitutivi prevedono che l’ottimizzazione del sistema sia raggiunta attraverso

la sostituzione di uno o più componenti dell’impianto con tecnologie più avanzate ed efficienti.

Si considerano sostitutivi i seguenti provvedimenti:


Pag. 40

Ø Sostituzione apparecchi illuminanti con tipologie simili a efficienza maggiore,

Ø Sostituzione timer crepuscolari del sistema di rinforzo con regolatori di flusso,

Ø Realizzazione ex novo dell’impianto con criteri innovativi.

Sostituzione apparecchi illuminanti con tipologie simili a efficienza maggiore

L’intervento sostitutivo più semplice, che assicura risultati soddisfacenti, è la sostituzione

della tecnologia utilizzata negli apparecchi di illuminazione con tecnologie più recenti.

Tecnicamente la sostituzione puntuale dei dispositivi è possibile se sono soddisfatti i requisiti di

illuminamento a valle dell’intervento. Il parametro da controllare è quindi il flusso luminoso dei

nuovi dispositivi, il quale a seconda dei valori di illuminamento precedenti all’intervento, potrà

essere uguale, maggiore o minore del precedente. La potenza assorbita dal nuovo sistema

lampada/ausiliari dovrà invece essere minore della precedente, al fine di assicurare un’efficienza

maggiore dell’apparecchio luminoso.

La tabella 2 illustra le efficienze delle tecnologie utilizzate nel passato e alcune utilizzabili.

Le lampade ai vapori di mercurio sono state vietate da direttive Europee al fine di limitare la

contaminazione ambientale dovuta al mercurio presente nelle lampade.

Tab. 2 - Confronto efficienze luminose delle lampade.

Tecnologia Lampada Efficienza [lm/W] Incandescenza 16 ÷ 18

Vapori di mercurio alta pressione 40 ÷ 60

Sodio bassa pressione 130 ÷ 200

Sodio alta pressione 95 ÷ 120

Alogenuri metallici 65÷ 120

LED 100 ÷ 150

Dalla tabella 2 emerge che le Sodio bassa pressione sono le più efficienti, tuttavia il loro

utilizzo è compromesso dalle pessime proprietà illuminotecniche, come ad esempio la temperatura

di colore e la resa cromatica. La tecnologia più promettente è rappresentata dai LED, offrono infatti

una buona efficienza e una buona resa cromatica, a scapito del coefficiente di abbagliamento.

Secondo i casi si realizzano risparmi sull’energia attiva annualmente consumata che vanno

dal 25 al 40%.


Pag. 41

Può inoltre essere valutata la possibilità di sostituire la sola lampada all’interno

dell’apparecchio. Tuttavia l’intervento così realizzato è solo in apparenza semplice, in quanto

anche un’azione di tale genere richiede la conformità dell’impianto rispetto a quanto previsto dalle

normative UNI. Si aggiunga anche il fatto che la sostituzione molto probabilmente avviene su un

apparecchio obsoleto, di cui non si conosce il comportamento fotometrico per poter fare delle

verifiche illuminotecniche relative alla sostituzione, e dotato di un’efficienza sicuramente degradata

dall’usura del riflettore in ambiente inquinato. Inoltre, sono di solito necessari importanti interventi

anche a livello di ausiliari elettrici. Anche se la nuova attrezzatura non presenta un costo

importante, richiede una consistente spesa a livello di istallazione: si opera infatti ad altezze di vari

metri da terra e, oltre al costo della manodopera, si deve includere quello dell’attrezzatura per

effettuare l’intervento. Nel caso in cui la lampada si trovi all’interno di un corpo illuminante ormai

obsoleto, l’intervento viene a costare più dell’apparecchio stesso, senza considerare che si rischia

di agire su un’apparecchiatura il cui rendimento è ormai minimo.

Sostituzione timer crepuscolari del sistema di rinforzo con regolatori di flusso

Le tecnologie utilizzate durante la realizzazione dei sistemi di illuminazione delle gallerie di

molti anni fa, risultano oggi obsolete. Infatti, per assicurare la luminanza di ingresso era

dimensionato l’impianto di rinforzo ai valori di massima luminanza esterna e comandato da un

semplice timer crepuscolare in grado di accendere e spegnere tutti gli apparecchi di rinforzo. Tale

metodo, oltre a non ottimizzare i consumi, non regola opportunamente i livelli di luminanza di

ingresso in funzione della luminanza di velo, con ripercussioni sulla sicurezza stradale. Le aziende

del settore offrono oggi diversi dispositivi di regolazione e rilievo dei dati fotometrici esterni, come

ad esempio la Reverberi Enetec, la quale ha sviluppato un sistema di regolazione dei circuiti di

rinforzo costituiti da un regolatore di flusso luminoso (Fig.9) e una sonda della luminanza di velo

(Fig.10).


Pag. 42

Fig.9: Vista interna di un modulo regolatore di flusso luminoso Reverberi SEC STP.

Fig. 10:: Sonda Reverberi per la misurazione della luminanza di velo.

Il segnale in uscita dalla sonda Lv è elaborato opportunamente, il regolatore allora riceverà

in ingresso un segnale proporzionale alla luminanza che bisogna garantire all’interno della galleria.


Pag. 43

In conformità a questo segnale il flusso verrà ad esempio ridotto, diminuendo la tensione di

alimentazione degli apparecchi luminosi fino al valore minimo, per poi passare all’esclusione

progressiva dei circuiti. Si realizza in questo modo una variazione continua dal 100% al 50% del

valore massimo della luminanza di ingresso.

Inoltre, il modulo di controllo è in grado di supportare e gestire in modo completo due

sonde, una interna ed una esterna, con elaborazione dei valori misurati e controllo del rapporto tra

interno ed esterno della galleria, tramite una costante K impostabile dall’utente, per verificare

l’influenza del decadimento del flusso luminoso e lo stato di pulizia degli apparecchi.

L’utilizzo del regolatore di tensione comporta un ulteriore vantaggio relativo alla

stabilizzazione della tensione, eventuali sovratensioni non interessano gli apparecchi luminosi

garantendo così meno stress elettrici, quindi una durata di vita media maggiore.

I risparmi in termini di energia annualmente consumata rispetto all’utilizzo di semplici timer

crepuscolari, in funzione del tipo di lampada e delle condizioni dell’impianto vanno dal 20 al 50%.

Realizzazione ex novo dell’impianto con criteri innovativi

In alcuni casi, specialmente se le condizioni generali dell’impianto sono precarie, ad

esempio apparecchi obsoleti, armature deteriorate, linee con problemi di isolamento,

sottodimensionate o eccessive cadute di tensione, l’intervento migliore può essere il rifacimento ex

novo dell’impianto con criteri innovativi. Infatti, sfruttando al meglio le opportunità offerte dalla

tecnologia e scegliendo un buon apparecchio illuminante con alto rendimento, ottimizzando i

parametri geometrici d’installazione, si può ricercare la configurazione d’impianto che comporta

consumi minori, ottenendo così impianti altamente efficienti.

Il rifacimento degli impianti comporta investimenti iniziali più alti, ma nella maggior parte dei

casi i vantaggi ottenibili sono tali da ripagare la spesa in un tempo ragionevole. Per questa

tipologia di interventi è molto difficile stimare la percentuale dell’energia annualmente ottimizzata,

poiché dipende fortemente dallo stato dell’impianto e dalle caratteristiche che si vuole conferire al

nuovo.

Nella tabella 3 sono riepilogati gli interventi di ottimizzazione in funzione delle stime sui

risparmi di potenza ed energia conseguibili:


Pag. 44

Tab.3 - Efficacia stimata degli interventi di Ottimizzazione. Intervento Ottimizzazione

Rifasamento Non generalizzabile11

Installazione regolatori di flusso sul circuito permanente 20% < En. Att. Ottimizzata < 50%

Schiarimento pareti 15% < Pot. Att. Inst. Ottimizzata < 23%

Schiarimento asfalto 22% < Pot. Att. Inst. Ottimizzata < 25%

Sostituzione apparecchi illuminanti con tipologie simili a efficienza maggiore

25% < En. Att. Ottimizzata < 40%

Sostituzione timer crepuscolari del sistema di rinforzo con regolatori di flusso

20% < En. Att. Ottimizzata < 50%

Realizzazione ex novo dell’impianto con criteri innovativi Non generalizzabile

11 I risparmi in termini di energia reattiva dipendono unicamente dai dispositivi utilizzati.


Pag. 45

4 CASI STUDIO

In questa sezione si riporta lo studio effettuato su alcuni SIG in esercizio attraverso E.S.T.

proponendo possibili azioni di ottimizzazione. I risultati fanno riferimento alle condizioni di esercizio

esistenti nel periodo temporale dello studio (anni 2011 e 2012).

4.2 GALLERIA A La galleria stradale denominato “A” è situata in Campania lungo una strada extraurbana

secondaria, di competenza di Anas S.p.A. (Compartimento della Campania). L’impianto di

illuminazione è stato realizzato negli anni ‘80, si estende per tutta la lunghezza della galleria ed è

interessato da un traffico giornaliero medio di circa 20000 veicoli.

Gli impianti elettrici sono alimentati da una cabina di trasformazione MT/BT propria ed il

sistema di illuminazione è costituito dai corpi illuminanti riportati nella tabella 4.

Tab. 4 - Corpi illuminanti installati

Modello e Numero corpi illuminanti (Permanente)

Potenza corpi illuminanti

(Permanente)

Modello e Numero corpi illuminanti (Rinforzo)

Potenza corpi illuminanti (Rinforzo) Modello Numero Modello Numero

SAP 130 433 W SAP 200 433 W SAP 70 170 W

Le ripartenze dal quadro BT che costituiscono la distribuzione interna alla galleria sono

otto, e il sistema di controllo della luminanza è presente solo sull’impianto di rinforzo, il quale è

costituito da tre crepuscolari tarabili che determinano tre livelli della luminanza di rinforzo.

L’impianto è attualmente sprovvisto di sistemi di illuminazione di emergenza e sicurezza.

4.2.1 La condizione attuale Per la galleria in esame è stato possibile effettuare una analisi energetica relativa al solo

anno 2011, Inseriti i valori di energia attiva e reattiva mensili nella tabella di inserimento dati, i

risultati ottenuti sono nel grafico di Fig. 11.

La Fig. 11 evidenzia che nell’anno considerato, l’impianto di illuminazione ha assorbito solo

il 38% dell’energia nominale che avrebbe dovuto assorbire in base alla scheda di censimento,

conseguentemente il valore di illuminamento medio reale IMR è stato pari a circa il 45%

dell’illuminamento medio di baseline ricavato dalla scheda tecnica n. 28T AEEGSI. La riduzione di

energia attiva ha inoltre provocato un innalzamento dell’indice Ir, che indica un assorbimento di

energia reattiva del 123% rispetto l’energia attiva. Dal diagramma predetto emerge anche che

l’energia attiva realmente assorbita è paragonabile all’energia di baseline EaB, tale considerazione

risulta tanto esser corretta quanto fuorviante. Infatti, anche se i consumi si avvicinano al

riferimento, i valori di illuminamento sono inferiori a quelli di baseline.


Pag. 46

Fig. 11 – Indici prestazionali energetici dell’attuale esercizio

Nel diagramma prestazionale IMR - IAR la galleria in studio si colloca in un settore esterno

alla fascia di buon funzionamento, come mostrato in Fig. 12, confermando quanto detto in

precedenza.

Fig. 12 – Diagramma consumi-prestazioni dell’attuale esercizio

Dall’analisi effettuata si nota un divario energetico tra le condizioni nominali e quelle di

riferimento dovuto essenzialmente all’utilizzo di tecnologie ormai obsolete ed al

sovradimensionamento dell’impianto stesso. In particolare l’indice IAB, in Fig. 13, fornisce una stima

dell’energia attiva da risparmiare al fine di uguagliare i consumi di baseline.

385

1008

382

0,38

0,78 0,44

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1 2 3 4 5 6 7

MWh/an

no

Earm [kWh/anno]

Eap [kWh/anno]

EaB [kWh/anno]

MR

Ir

Indice illuminotecnico Reale/Baseline "Kr"

Max ammissibile

-‐700 -‐600 -‐500 -‐400 -‐300 -‐200 -‐100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

-‐700 -‐550 -‐400 -‐250 -‐100 50 200 350 500 650 800 950 1100 1250 1400

IMR [lm

/mq]

IAR [MWh/anno*Km]

Illuminamento OK Assorbimento KO

Illuminamento OK Assorbimento OK

Illuminamento KO Assorbimento OK

Illuminamento KO Assorbimento KO




Pag. 47

Fig. 13 – Energia attiva da risparmiare per uguagliare i consumi di baseline

4.2.2 Interventi per l’ottimizzazione Con tale tipologia di interventi si cerca di avvicinare i consumi e le prestazioni al baseline,

con l’obiettivo ultimo di contenere i consumi al di sotto del riferimento, nel soddisfacimento di

prestazioni adeguate. Analizzando gli indici di impianto riferiti alla scheda di censimento, quali Eap,

Pp, Erp, Qp e IMP si determinano gli interventi più consoni, nel caso in esame le proposte sono le

seguenti:

-‐ Sostituzione lampade SAP con lampade SAP ad alta efficienza, nel seguito SAP-SAP

New;

-‐ Inserimento di regolatori di flusso luminoso sui circuiti permanenti e rinforzo, nel seguito

Regolatori;

-‐ Sostituzione apparecchi SAP con apparecchi a tecnologia LED, nel seguito SAP-LED;

-‐ Sostituzione lampade SAP con lampade SAP ad alta efficienza e introduzione di

regolatori di flusso luminoso, nel seguito SAP New+Regolatori.

4.2.2.1 Intervento SAP-SAP New Sostituendo le vecchie lampade SAP ad efficienza bassa con lampade SAP di nuova

generazione si cerca di avvicinare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento,

ovvero avvicinare KP all’unità.

Con questa sostituzione i valori di potenza installata necessari all’illuminamento in galleria

risultano più bassi, consentendo il risparmio energetico auspicato. Inoltre, si considera la

sostituzione di tutti gli apparecchi luminosi, ormai logori e compromessi nel funzionamento degli

ausiliari.

Si precisa che i risultati ottenuti derivano dall’aver considerato le altre parti del sistema

elettrico in buon funzionamento, quindi MR unitario. Cioè si assumeranno uguali gli indici di

0

10

20

30

40

50

60

70

1

62

IAB [%]


Pag. 48

esercizio reali con i rispettivi nominali. Tale assunzione risulta necessaria al fine garantire la reale

valutazione dell’intervento, indipendentemente dallo stato attuale delle restanti parti dell’impianto.

Le modifiche apportate sul sistema di illuminazione consistono nella sostituzione di tutti gli

apparecchi luminosi e l’eliminazione di alcuni di essi, la tabella 5 riassume in dettaglio le modifiche

apportate.

Tab. 5 - Nuova configurazione impianto di illuminazione (SAP-SAP New)



(Permanente)



SAP 120 120 W SAP 200 270 W SAP 30 55 W

I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono mostrati in Fig.14. Da tal

figura emerge che l’energia attiva annua è molto simile all’energia di baseline, più nello specifico è

leggermente superiore, mentre l’illuminamento progettuale è doppio rispetto a quello di baseline. È

possibile asserire che l’obiettivo non è stato pienamente raggiunto.

Fig. 14 – Indici prestazionali post intervento (SAP-SAP New)

In Fig. 15 viene mostrato il risparmio energetico conseguito IAO a seguito dell’intervento,

con il risparmio da conseguire per eguagliare il baseline. Si nota una leggera differenza che

conferma quanto espresso in precedenza.

396828 381651

186,9 84,6

2,19

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi

En. Amva annua progenuale "Eap,NS" [kWh/anno]

EaB [kWh/anno]

Indice Potenza Amva installata a Km "IPI,VS" [kW/Km]

Indice Potenza Amva installata a Km "IPI,NS" [kW/Km]

Indice illuminotecnico Progenuale/Baseline "Kp"


Pag. 49

Fig. 15 – Confronto tra il risparmio di energia attiva di baseline e post intervento (SAP-SAP New)

L’efficacia dell’intervento è più facilmente riscontrabile dal grafico in Fig. 16, dove il punto di

esercizio è leggermente esterno al settore di funzionamento ottimale.

Fig. 16 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP-SAP New).

4.2.2.2 Intervento Regolatori di flusso L’intervento prevede l’installazione dei regolatori di flusso nei circuiti che alimentano gli

apparecchi luminosi, lasciando inalterato il numero e le potenze installate dei corpi illuminanti. Le

potenze installate determinano l’adozione di due regolatori da 40 kVA nell’impianto permanente e

0

10

20

30

40

50

60

70

1

62 61 Indice En. Amva totale da risparmiare per la Baseline "IAB" [%]

Indice En. Amva totale Ommizzata "IAO" [%]


Pag. 50

due di ugual potenza nell’impianto di rinforzo. Si richiede inoltre l’integrità del sistema di

distribuzione interno al tunnel e la verifica della caduta di tensione a fine linea, per evitare lo

spegnimento non voluto delle ultime lampade in condizioni di deflussaggio.

I regolatori incidono sulle ore equivalenti annue di funzionamento degli impianti, quindi il

beneficio è implementato attraverso una diminuzione del 25 % delle ore di funzionamento che si

avrebbero senza i regolatori12.

I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono riportati in Fig. 17.

Fig. 17 – Indici prestazionali post-intervento (Regolatori di flusso)

Dalla figura emerge che l’energia attiva annua rilevata dai dati censiti nella scheda non

corrisponde al baseline, nello specifico è nettamente superiore; inoltre, anche l’indice

illuminotecnico è maggiore di uno. Questo indica come l’obiettivo dell’intervento non è stato

raggiunto. Quanto detto è confermato dalla Fig. 18, in cui si evidenzia come la differenza tra

l’indice IAO e IAB non è stata colmata, ovvero non si sono eguagliati i consumi di baseline.

12 Questi dati sono valori medi ricavati da statistiche condotte dalle aziende produttrici dei regolatori di flusso.

756196 381651

186,9 186,9

3,06

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi

En. Amva annua progenuale "Eap,NS" [kWh/anno] EaB [kWh/anno]

Indice Potenza Amva installata a Km "IPI,VS" [kW/Km] Indice Potenza Amva installata a Km "IPI,NS" [kW/Km] Indice illuminotecnico Progenuale/Baseline "Kp"


Pag. 51

Fig. 18 – Confronto tra il risparmio di energia attiva di baseline e post intervento (Regolatori di

flusso)

Quanto affermato è confermato dal diagramma consumi-prestazioni, in Fig. 19, in cui si

apprezza come il punto di funzionamento del sistema è collocato in un settore diverso da quello di

buon funzionamento, nello specifico nella zona a valori di illuminamento non soddisfacenti e

consumi energetici superiori al baseline.

Fig. 19 – Diagramma consumi – prestazioni (Regolatori di flusso).

0

10

20

30

40

50

60

70

1

62

24

Indice En. Amva totale da risparmiare per la Baseline "IAB" [%]



Pag. 52

4.2.2.3 Intervento SAP-LED Sostituendo le vecchie lampade SAP ed efficienza bassa con lampade LED di nuova

generazione, si cerca di eguagliare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento,

quindi avvicinare KP all’unità. Si evidenzierà come i valori di potenza installata necessari

all’illuminamento della galleria risultano più bassi, consentendo il raggiungimento del risparmio

energetico prefissato.


apparecchi luminosi e l’eliminazione di alcuni di essi, la tabella 6 riassume in dettaglio le modifiche

apportate.

Tab. 6 - Nuova configurazione impianto di illuminazione (SAP-LED)



(Permanente)



LED 190 55 W LED 300 150 W

I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono riportati nel grafico di Fig.

20.

Fig. 20– Indici prestazionali post-intervento (SAP-LED)

Dal diagramma precedente emerge come l’energia attiva annua derivata dalla scheda di

censimento risulta inferiore ai valori di baseline, mentre l’indice di illuminamento è circa pari a due.

Questo consente di evidenziare come l’obiettivo dell’intervento risulta raggiunto parzialmente,

305067 381651

186,9 67,0

1,95

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi


EaB [kWh/anno]





Pag. 53

tant’è che in Fig. 21 si nota come il risparmio energetico conseguito è superiore a quello richiesto

nel baseline.

Fig. 21 – Confronto tra il risparmio di energia attiva di baseline e post intervento (SAP-LED)

L’efficacia dell’intervento è più facilmente riconoscibile dal grafico in Fig. 22, dove il punto di

esercizio è nella regione di funzionamento ottimale.

Fig.22 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP-LED)

0

10

20

30

40

50

60

70

1

62 70




Pag. 54

4.2.2.4 Intervento SAP New + Regolatori Con questo tipo di intervento si cerca di unire i benefici apportati sia dalla sostituzione di

lampade SAP a bassa efficienza che dall’introduzione di regolatori del flusso luminoso.

Sostituendo le vecchie lampade SAP con lampade SAP di nuova generazione si cerca di

avvicinare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento, ovvero avvicinare KP

all’unità. Con questa sostituzione i valori di potenza installata necessari all’illuminamento in galleria

risultano più bassi, consentendo il risparmio energetico auspicato. Inoltre si considera la

sostituzione di tutti gli apparecchi luminosi, ormai logori e compromessi nel funzionamento degli

ausiliari.

Le potenze installate determinano l’adozione di due regolatori da 40kVA nell’impianto

permanente e due di ugual potenza nell’impianto di rinforzo. Si richiede inoltre l’integrità del

sistema di distribuzione interno al tunnel e la verifica della caduta di tensione a fine linea, per

evitare lo spegnimento non voluto delle ultime lampade in condizioni di deflussaggio. Le modifiche

apportate sul sistema di illuminazione consistono nella sostituzione di tutti gli apparecchi luminosi e

l’eliminazione di alcuni di essi, la tabella 7 riassume in dettaglio le modifiche apportate.

Tab. 7 - Nuova configurazione impianto di illuminazione (SAP New + Regolatori)



(Permanente)



SAP 120 120 W SAP 200 270 W SAP 30 55 W

I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono mostrati in Fig. 23.


Pag. 55

Fig. 23 – Indici prestazionali post-intervento (SAP New + Regolatori)

Osservando il diagramma precedente si nota come l’energia attiva annua progettuale è

inferiore a quella di baseline, inoltre l’indice illuminotecnico assume valori abbastanza vicini

all’unità. Tutto ciò permette di affermare che l’intervento proposto soddisfa l’obiettivo auspicato,

tant’è che in Fig. 24 si nota come il risparmio energetico conseguito è superiore a quello richiesto

nel baseline.

Fig. 24 – Confronto tra il risparmio di energia attiva di baseline e post intervento (SAP New +

Regolatori)

L’efficacia dell’intervento è più facilmente riscontrabile dal grafico in Fig.25, dove il punto di


297621 381651

186,9 84,6

1,65

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi


EaB [kWh/anno]




0

10

20

30

40

50

60

70

80

1

62 70 Indice En.

Amva totale da risparmiare per la Baseline "IAB" [%]



Pag. 56

Fig. 25 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP New + Regolatori)

4.2.3 Confronto interventi

La tabella 8 fornisce un riepilogo dei risultati conseguiti attraverso la realizzazione dei

diversi interventi proposti in precedenza. Per l’analisi economica dell’intervento analizzato si

procede utilizzando valori di costo di manutenzione e dei materiali derivati da dati forniti dal

gestore, ove possibile; in alternativa sono stati derivati da informazioni reperibili pubblicamente,

inoltre i costi ausiliari considerati comprendono tutte le parti che compongono l’impianto di

illuminazione a partire dal quadro BT ad eccezione delle lampade. I risultati sono espressi in valore

percentuale rispetto alla soluzione SAP-SAP New.

Tab. 8 - Riepilogo risultati economici interventi proposti per A

Intervento Indice “IAB” Indice “IAO” Investimento RNA Pay-back period SAP-SAP New

62

61 100% 100% 100% Regolatori 24 21% 56% 42% SAP-LED 62 179% 65% 220%

SAP New + Regolatori 70 121% 124% 98%

È possibile notare che la soluzione LED è quella che consente un risparmio energetico

maggiore richiedendo, però, un investimento iniziale molto importante, tant’è che il recupero dello


Pag. 57

stesso avviene circa in sei anni e mezzo. Per quanto riguarda le soluzioni SAP New e SAP New +

Regolatori il tempo di ritorno dell’investimento è circa lo stesso ma la seconda delle due consente

un risparmio energetico ed un RNA su 20 anni maggiori di circa un 19 %. La soluzione con i soli

regolatori presenta un investimento abbastanza ridotto con un conseguente tempo di ritorno molto

breve ma non comporta risparmi energetici compatibili con il baseline.

Il confronto degli indici per metro lineare è mostrato in Fig. 26.

Fig. 26 – Confronto degli investimenti e dei risparmi netti attualizzati per metro lineare

Se la scelta dell’investimento migliore è condotta sulla base dell’RNA, la figura precedente

suggerisce l’implementazione dell’intervento SAP New + Regolatori o SAP-SAP New. Se, invece,

l’investimento migliore è determinato dal valore del Pay-back Period, con un vincolo di al più 3

anni, la scelta ricade sull’intervento denominato “Regolatori”, come evidenziato in Fig.27, mentre

l’investimento SAP-LED risulta il più penalizzato.

In ogni caso l’intervento SAP New + Regolatori comporta un ritorno in circa due anni e

mezzo con un risparmio netto attualizzato molto maggiore delle altre soluzioni ed in più, a

differenza dell’introduzione dei soli regolatori, consente la realizzazione di un impianto ottimale sia

in termini di consumo che prestazioni, come si nota nel diagramma di Fig. 28.

Costo invespmento

RNA in 20 anni 0

500

1.000

1.500

299

64

534

363

1.163

637 527

1.473


Pag. 58

Fig. 27 – Pay-back Period per i diversi investimenti per A Sinistra

Fig. 28 – Diagramma consumi-prestazioni riepilogativo dei vari interventi per A

4.3 GALLERIA B La galleria denominata B è situata in Campania lungo una strada extraurbana di

competenza di Anas S.p.A. (compartimento della Campania). L’impianto di illuminazione è stato

realizzato negli anni ‘90 e si estende per tutta la lunghezza della galleria.

Gli impianti elettrici sono alimentati da una cabina di trasformazione MT/BT propria e

trasformatore in resina da 250 kVA. Il sistema di illuminazione è costituito dai corpi illuminanti

riportati nella tabella 9.

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

SAP New Regolatori LED SAP New + Regolatori


Pag. 59




(Permanente)



SBP 272 55 W SAP 180 433 W SAP 144 270 W SAP 40 102 W


venti, e il sistema di controllo della luminanza è presente solo sull’impianto di rinforzo, il quale è

costituito da un crepuscolare che ne determina l’accensione diurna. L’impianto è attualmente

sprovvisto di sistemi di illuminazione di emergenza e sicurezza.

4.3.1 La condizione attuale Per la galleria in esame è stato possibile effettuare una analisi energetica estesa su più

anni. Dai dati di energia attiva e reattiva si ottengono i valori riportati nel grafico di Fig.29.

Dalla Fig.29 emerge che nell’anno medio, l’impianto di illuminazione ha assorbito circa il

20% in più dell’energia che avrebbe dovuto assorbire in base ai dati della scheda di censimento,

nonché il doppio rispetto ai valori di baseline. Il valore dell’illuminamento medio reale IMR è tre volte

superiore al valore di baseline Si osserva quindi come tale sistema di illuminazione ben si presta

ad essere adeguatamente ottimizzato nei consumi energetici superando presumibili condizioni di

overdesign.


alla fascia di buon funzionamento in quanto risulta critico sia da un punto di vista prestazionale che

nei consumi, come mostrato in Fig.30.


Pag. 60



L’indice IAB in Fig. 31 fornisce una stima dell’energia attiva da risparmiare al fine di

uguagliare i consumi di baseline.

863

705

429

1,22

2,83

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 1 2 3 4 5 6 7

MWh/an

no

Earm [kWh/anno]

Eap [kWh/anno]

EaB [kWh/anno]

MR


Max ammissibile

-‐700 -‐600 -‐500 -‐400 -‐300 -‐200 -‐100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

-‐700 -‐560 -‐420 -‐280 -‐140 0 140 280 420 560 700 840 980 1120 1260 1400

IMR [lm

/mq]

IAR [MWh/anno*Km]








Pag. 61


4.3.2 Interventi per l’ottimizzazione

Gli interventi considerati sono:

-‐ Sostituzione lampade SAP con lampade SAP ad alta efficienza (ε = 130 lm/W), nel

seguito SAP-SAP New;


Regolatori;





generazione si cerca di avvicinare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento,

ovvero avvicinare KP all’unità.


apparecchi luminosi e l’eliminazione di alcuni di essi, la tabella 10 riassume in dettaglio le

modifiche apportate.

0 5

10 15 20 25 30 35 40

1

39

IAB [%]


Pag. 62




(Permanente)



SAP 166 114 W SAP 182 270 W

I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono mostrati in Fig.32.

Fig.32 – Indici prestazionali post intervento (SAP-SAP New)

Dalla figura precedente emerge che l’energia attiva annua è molto simile all’energia di

baseline, più nello specifico è leggermente inferiore, mentre l’illuminamento ricavato dalla scheda

di censimento è doppio rispetto a quello di baseline. È possibile asserire che l’obiettivo è stato

raggiunto, tant’è che in Fig.33 si nota come il risparmio energetico conseguito è superiore a quello

richiesto nel baseline.

398944 428666

146,1 73,2

1,96

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kW/km


EaB [kWh/anno]




Pag. 63



esercizio è interno al settore di funzionamento ottimale.




potenze installate determinano l’adozione di due regolatori da 40 kVA nell’impianto permanente e


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1

39 43




Pag. 64



I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono riportati in Fig. 35.


Dalla figura emerge che l’energia attiva annua progettuale non corrisponde al baseline,

nello specifico è leggermente superiore; inoltre, anche l’indice illuminotecnico è maggiore di uno.

Questo indica come l’obiettivo dell’intervento non è stato pienamente raggiunto. Quanto detto è

confermato dalla Fig. 36, in cui si evidenzia come la differenza tra l’indice IAO e IAB non è stata

colmata, ovvero non si sono eguagliati i consumi di baseline.


flusso)

La conferma di quanto affermato con i grafici precedenti la si ha consultando il diagramma

consumi-prestazioni, in Fig. 37, in cui si apprezza come il punto di funzionamento del sistema è

528540 428666

146,1 146,1

1,90

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi



0

10

20

30

40

1

39

31




Pag. 65

collocato in un settore diverso da quello di buon funzionamento, nello specifico nella zona a valori

di illuminamento eccessivi e consumi energetici superiori al baseline.



generazione, si cerca di eguagliare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento,

quindi avvicinare KP all’unità. Si evidenzierà come i valori di potenza istallata necessari









(Permanente)



LED 166 55 W LED 220 150 W


38.


Pag. 66

Fig. 38 – Indici prestazionali post-intervento (SAP-LED)

Dal diagramma precedente emerge come l’energia attiva annua ottenuta dai dati della

scheda di censimento risulta inferiore ai valori di baseline, mentre l’indice di illuminamento è vicino

all’unità. Questo consente di evidenziare come l’obiettivo dell’intervento risulta pienamente

raggiunto, tant’è che in Fig. 39 si nota come il risparmio energetico conseguito è superiore a quello

richiesto nel baseline.




236564 428666

146,1 45,3

1,34

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi



0

10

20

30

40

50

60

70

1

39

66 Indice En. Amva totale da risparmiare per la Baseline "IAB" [%]



Pag. 67

Fig. 40 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP-LED).


lampade SAP a bassa efficienza che dall’introduzione di regolatori del flusso luminoso.

Sostituendo le vecchie lampade SAP con lampade SAP di nuova generazione si cerca di

avvicinare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento, ovvero avvicinare KP

all’unità. Con questa sostituzione i valori di potenza installata necessari all’illuminamento il galleria

risultano più bassi, consentendo il risparmio energetico auspicato. Inoltre si considera la

sostituzione di tutto l’apparecchio luminoso, ormai logori e compromessi nel funzionamento degli

ausiliari.

I regolatori, invece, incidono sulle ore equivalenti annue di funzionamento degli impianti,

quindi il beneficio è implementato attraverso una diminuzione del 25% delle ore di funzionamento

che si avrebbero senza i regolatori apprezzando una ulteriore riduzione dei consumi.

Le potenze installate determinano l’adozione di due regolatori da 40kVA nell’impianto

permanente e due di ugual potenza nell’impianto di rinforzo. Si richiede inoltre l’integrità del

sistema di distribuzione interno al tunnel e la verifica della caduta di tensione a fine linea, per

evitare lo spegnimento non voluto delle ultime lampade in condizioni di deflussaggio. Le modifiche

apportate sul sistema di illuminazione consistono nella sostituzione di tutti gli apparecchi luminosi e

l’eliminazione di alcuni di essi, la tabella 12 riassume in dettaglio le modifiche apportate.


Pag. 68




(Permanente)



SAP 166 114 W SAP 180 270 W


Fig.41 – Indici prestazionali post-intervento (SAP New + Regolatori)

Osservando il diagramma precedente si nota come l’energia attiva annua progettuale è

inferiore a quella di baseline, inoltre l’indice illuminotecnico assume valori abbastanza vicini

all’unità. Tutto ciò permette di affermare che l’intervento proposto soddisfa l’obiettivo auspicato,

tant’è che in Fig.42 si nota come il risparmio energetico conseguito è superiore a quello richiesto

nel baseline,

297286 428666

146,1 72,6

1,46

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi


EaB [kWh/anno]




Pag. 69


Regolatori)



Fig. 43 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP New + Regolatori).

0

10

20

30

40

50

60

1

39




Pag. 70

4.3.3 Confronto interventi La tabella 13 fornisce un riepilogo dei risultati conseguiti attraverso la realizzazione dei

diversi interventi proposti in precedenza. Per le voci di costo considerate, valgono le stesse

considerazioni fatte per la galleria A.

Tab. 13 - Riepilogo risultati economici interventi proposti per la galleria B

Intervento Indice “IAB”

Indice “IAO” Investimento RNA Pay-back

period

SAP-SAP New

39





stesso avviene circa in sei anni e mezzo. Per quanto riguarda le soluzioni SAP New e SAP New +


un risparmio energetico ed un RNA maggiori di circa un 27%. La soluzione con i soli regolatori

presenta un investimento abbastanza ridotto con un conseguente tempo di ritorno molto breve ma

non comporta risparmi energetici compatibili con il baseline.

Il confronto degli indici per metro lineare è mostrato in Fig.44.


Costo invespmento

RNA in 20 anni 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

1.000

153

57

370

209

632

373 391

915


Pag. 71


suggerisce l’implementazione dell’intervento SAP New + Regolatori o SAP-SAP New. Se, invece,

si adotta il criterio di un Pay-back Period, minore di tre anni, la scelta ricade sull’intervento

denominato “Regolatori”, come evidenziato in Fig. 45, mentre l’investimento SAP-LED risulta il più

penalizzato.

In ogni caso l’intervento SAP New + Regolatori comporta un ritorno in circa due anni e

mezzo con un risparmio netto attualizzato molto maggiore delle altre soluzioni ed in più, a



Fig. 45– Pay-back Period per i diversi investimenti per la galleria B

Fig. 46 – Diagramma consumi-prestazioni riepilogativo dei vari interventi per la galleria B

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00



Pag. 72

4.4 GALLERIA C La galleria denominata C è situato in Campania lungo una strada extraurbana di

competenza di Anas S.p.A. (Compartimento della Campania). L’impianto di illuminazione è stato

realizzato negli anni novanta e si estende per tutta la lunghezza della galleria

Gli impianti elettrici sono alimentati da una cabina di trasformazione MT/BT propria e

trasformatore in resina da 250 kVA. Il sistema di illuminazione è costituito dai corpi illuminanti

riportati nella tabella 14.




(Permanente)



SBP 140 55 W SAP 88 433 W SAP 72 270 W SAP 20 102 W


otto, e il sistema di controllo della luminanza è presente solo sull’impianto di rinforzo, il quale è

costituito da un crepuscolare che ne determina l’accensione diurna. L’impianto è attualmente

sprovvisto di sistemi di illuminazione di emergenza e sicurezza.

4.4.1 La condizione attuale Per la galleria in esame è stato possibile effettuare una analisi energetica su più anni. In

base ai dati dei consumi di energia, si ottengono i risultati di Fig. 47.

Dalla Fig. 47 emerge che nell’anno medio, l’impianto di illuminazione ha assorbito circa il

92% in più dell’energia che avrebbe dovuto assorbire in base ai dati della scheda di censimento,

dato che conferma quanto mostrato nella figura precedente, nonché il doppio rispetto ai valori di

baseline. Il valore dell’illuminamento medio reale IMR è sette volte superiore al valore di baseline. Si

osserva quindi come tale sistema di illuminazione ben si presta ad essere adeguatamente

ottimizzato nei consumi energetici.


Pag. 73



alla fascia di buon funzionamento in quanto risulta critico sia da un punto di vista prestazionale che

nei consumi, come mostrato in Fig. 48


L’indice IAB, in Fig. 49, fornisce una stima dell’energia attiva da risparmiare al fine di

uguagliare i consumi di baseline.

671

350

209 1,92

7,08

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 1 2 3 4 5 6 7

MWh/an

no

Earm [kWh/anno]

Eap [kWh/anno]

EaB [kWh/anno]

MR


Max ammissibile

-‐700 -‐575 -‐450 -‐325 -‐200 -‐75 50

175 300 425 550 675 800 925 1050 1175 1300

-‐700 -‐550 -‐400 -‐250 -‐100 50 200 350 500 650 800 950 1100 1250 1400

IMR [lm

/mq]

IAR [MWh/anno*Km]








Pag. 74


4.4.2 Interventi per l’ottimizzazione Le proposte di intervento, al pari delle gallerie studiate precedentemente, sono le seguenti:

-‐ Sostituzione lampade SAP con lampade SAP ad alta efficienza, nel seguito SAP-SAP

New;


Regolatori;





generazione si cerca non solo di avvicinare i valori di illuminamento progettuali con quelli di

riferimento, ovvero avvicinare KP all’unità ma anche di ridurre i valori di potenza installata

necessari all’illuminamento in galleria, consentendo il risparmio energetico auspicato.


apparecchi luminosi e l’eliminazione di alcuni di essi, la Tab. 15 riassume in dettaglio le modifiche

apportate.




(Permanente)



SAP 102 114 W SAP 100 270 W

I risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono mostrati in Fig.50.

0

10

20

30

40

50

1

40



Pag. 75

Fig. 50 – Indici prestazionali post intervento (SAP-SAP New)

Dalla figura precedente emerge che l’energia attiva annua è molto simile all’energia di

baseline, più nello specifico è leggermente superiore, mentre l’illuminamento progettuale è doppio

rispetto a quello di baseline. È possibile asserire che l’obiettivo non è stato raggiunto, tant’è che in

Fig. 51 si nota come il risparmio energetico conseguito è inferiore a quello richiesto nel baseline.



esercizio è interno al settore di funzionamento ottimale.

229976 208802

148,5 85,3

2,33

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi


EaB [kWh/anno]




0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1

40




Pag. 76




potenze installate determinano l’adozione di un regolatore da 40 kVA nell’impianto permanente e




Implementati i dati, i risultati ottenuti a seguito della simulazione dell’intervento sono

riportati in Fig. 53.


Pag. 77


Dalla figura emerge che l’energia attiva annua che corrisponde alla scheda di censimento

non corrisponde al baseline, nello specifico è leggermente superiore; inoltre, anche l’indice

illuminotecnico è maggiore di uno. Questo indica come l’obiettivo dell’intervento non è stato

pienamente raggiunto. Quanto detto è confermato dalla Fig. 54, in cui si evidenzia come la

differenza tra l’indice IAO e IAB non è stata colmata, ovvero non si sono eguagliati i consumi di

baseline.


flusso)

La conferma di quanto affermato con i grafici precedenti la si ha dal diagramma consumi-

prestazioni, in Fig. 55, in cui si apprezza come il punto di funzionamento del sistema è collocato in

262634 208802

148,5 148,5

1,94

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi


EaB [kWh/anno]




0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

1

40

31




Pag. 78

un settore diverso da quello di buon funzionamento, nello specifico nella zona a valori di

illuminamento soddisfacenti ma consumi energetici superiori al baseline.



generazione ,si cerca di eguagliare i valori di illuminamento progettuali con quelli di riferimento,

quindi avvicinare KP all’unità. Si evidenzierà come i valori di potenza installata necessari









(Permanente)



LED 110 55 W LED 120 150 W


56.


Pag. 79

Fig. 56 – Indici prestazionali post-intervento (SAP-LED)

Dal diagramma precedente emerge come l’energia attiva annua ricavabile dalla scheda di

censimento risulta inferiore ai valori di baseline, mentre l’indice di illuminamento è vicino all’unità.

Questo consente di evidenziare come l’obiettivo dell’intervento risulta pienamente raggiunto, tant’è

che in Fig. 57 si nota come il risparmio energetico conseguito è superiore a quello richiesto nel

baseline.




138408 208802

148,5 53,1

1,61

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi


EaB [kWh/anno]




0

10

20

30

40

50

60

70

1

39




Pag. 80

Fig. 58 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP-LED).


lampade SAP a bassa efficienza che dall’introduzione di regolatori del flusso luminoso,

singolarmente analizzati in precedenza.

Le potenze installate determinano l’adozione di un regolatore da 40kVA nell’impianto

permanente e due di ugual potenza nell’impianto di rinforzo. Le modifiche apportate sul sistema di

illuminazione consistono nella sostituzione di tutti gli apparecchi luminosi e l’eliminazione di alcuni

di essi, la tabella 17 riassume in dettaglio le modifiche apportate.




(Permanente)



SAP 102 114 W SAP 110 270 W



Pag. 81

Fig. 59 – Indici prestazionali post-intervento (SAP New + Regolatori)

Osservando il diagramma precedente si nota come l’energia attiva annua da scheda di

censimento è inferiore a quella di baseline, inoltre l’indice illuminotecnico assume valori

abbastanza vicini all’unità. Tutto ciò permette di affermare che l’intervento proposto soddisfa

l’obiettivo auspicato, tant’è che in Fig. 60 si nota come il risparmio energetico conseguito è

superiore a quello richiesto nel baseline


Regolatori)



182091 208802

148,5 91,2

1,84

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

kWh/an

no , kWi



0

10

20

30

40

50

1

40 48 Indice En. Amva

totale da risparmiare per la Baseline "IAB" [%]



Pag. 82

Fig. 61 – Diagramma consumi – prestazioni (SAP New + Regolatori).

4.4.3 Confronto interventi La tabella 18 fornisce un riepilogo dei risultati conseguiti attraverso la realizzazione dei

diversi interventi proposti in precedenza. Per le voci di costo considerate, valgono le stesse

considerazioni fatte per le precedenti gallerie.

Tab. 18 - Riepilogo risultati economici interventi proposti per la galleria C

Intervento Indice “IAB”

Indice “IAO” Investimento RNA Pay-back

period SAP-SAP New

40





stesso avviene circa in quattordici anni. Per quanto riguarda le soluzioni SAP New e SAP New +


un risparmio energetico ed un RNA maggiori di circa un 33%. La soluzione con i soli regolatori

presenta un investimento abbastanza ridotto con un conseguente tempo di ritorno molto breve ma

non comporta risparmi energetici compatibili con il baseline.


Pag. 83


suggerisce l’implementazione dell’intervento SAP New + Regolatori o SAP-SAP New. Laddove,

invece, si adotti il criterio di un Pay-back Period minore di tre anni, la scelta ricade sull’intervento

denominato “Regolatori”, come evidenziato in Fig. 62, mentre l’investimento SAP-LED risulta il più

penalizzato.


In ogni caso l’intervento SAP New + Regolatori comporta un ritorno in circa quattro anni

con un risparmio netto attualizzato molto maggiore delle altre soluzioni, di Fig. 63, ed in più, a



Costo invespmento

RNA in 20 anni 0

100

200

300

400

500

600

700

182

84

447

281

425 381

128

686


Pag. 84

Fig. 63 – Pay-back Period per i diversi investimenti per la galleria C

Fig. 64 – Diagramma consumi-prestazioni riepilogativo dei vari interventi per la galleria C

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00



Pag. 85

5 RINGRAZIAMENTI

Gli autori ringraziano tutti i membri del Comitato Tecnico 4.1 per la interessanti discussioni che

sono state di supporto ed aiuto per le attività collegate a questo quaderno. Inoltre, gli autori

ringraziano i propri studenti che hanno dato un contributo all’elaborazione del documento.

6 BIBLIOGRAFIA

[1] AEEG, Delibera EEN 4/11, 5 Maggio 2011, http://www.autorita.energia.it/allegati/docs/11/004-11een.pdf.

[2] http://www.autorita.energia.it/allegati/ee/scheda_28.pdf [3] Standard UNI 11095, “Illuminazione delle gallerie stradali,” Novembre 2011. [4] CIE88:2004, “Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses,” ISBN 3 901 906

31 2. [5] Norma CEI 315-4, “Guida all’efficienza energetica degli impianti di illuminazione pubblica:

aspetti generali”, Marzo 2012. [6] Standard UNI EN 13201-3:2004, “Illuminazione stradale - Parte 3: Calcolo delle

prestazioni,” September 2004. [7] Standard UNI 11248:2012, “Illuminazione stradale - Selezione delle categorie

illuminotecniche,” October 2012. [8] F. Caporaso, E. Cesolini, S. Drusin, P. Varilone, P. Verde, Integrated Modelling and

Experimental Verification of Energy Consumption and Performance of the Lighting Systems, of Tunnels, Convegno AEIT, Settembre 2014, Trieste (IT).

[9] F. Caporaso, M. Montecuollo, P. Verde , P. Varilone, Actual Cases of Energy Savings and Performance Modeling of Tunnel Lighting Systems for Investment Decision Making, accettato per la pubblicazione sulla rivista “Routes/Roads.

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