Sistemi di controllo e regolazione luce, motorizzazioni e...

Sistemi di controllo e regolazione luce,

motorizzazioni e carichi elettrici

e relativi benefici in ottica di risparmio energetico e comfort ambientale

Ing. Simone D’Ambrosio Ing. Federico valeri

PROGRAMMA DEL SEMINARIO

Ore 15,35 Introduzione ai lavori

Ing. Simone D’Ambrosio - Responsabile Commerciale INTERMARK SISTEMI srl

Ore 15,45 Tipologie dei corpi illuminanti e motorizzazioni e relative

modalità di controllo.

Ing. Federico Valeri - Responsabile Commerciale Lazio INTERMARK SISTEMI srl

Ore 16,40 Architetture dei sistemi di controllo

Ing. Simone D’Ambrosio

Ore 17,10 Coffee-Break

Ore 17,25 Gestione carichi elettrici


Ore 17,50 Utilizzo della luce naturale

Ing. Federico Valeri

Ore 18,30 Dibattito

2

Sistema di controllo luci tradizionale

3

Singolo punto

di comando

Interruttore meccanico

Tutta la corrente che scorre nel carico scorre anche nell’interruttore

Sistema di controllo luci tradizionale

4

Doppio o triplo

punto di comando

5

Relè normali

o passo-passo

L’alternativa a relè

Potenza

Controllo

6

Il relè come base per la domotica

Interruttore o pulsante

Sull’interruttore scorre solo la piccola corrente necessaria ad eccitare la bobina mobile del relè

Sistema di Controllo

Il relè come base per la domotica

7

Separazione fisica

potenza/controllo

Array di relè

Interruttori o pulsanti

Bobine dei relè

Sistema di Controllo

Il sistema di controllo 8

Separazione logica

potenza/controllo

Interruttori o pulsanti

Bobine dei relè

Array di relè

controllati da PLC

Bobine dei relè

Bobine dei relè

Relè e Dimmer

programmabili

?

Comunicazione con il controllore

9

Bus

Tastierino

programmabile

Comunicazione mediante BUS 10

Relè e Dimmer

programmabili

Bus

Dimmer

Bus

Bus

Bus

Struttura tipo di un sistema su BUS

Relè Tastierino

Sensore

di presenza

e/o luminosità

Carico elettrico

11

Sistema a logica distribuita

Impianto elettrico tradizionale 12

Impianto elettrico tradizionale 13

Impianto elettrico domotico su bus

14

BUS

15


Come cambiano i quadri elettrici 16

Scegliere tipologia e posizione dei

dimmer in base ai carichi da gestire,

ricordando che alcune tipologie scaldano

17


Sistema di controllo luci integrato

Bus

Circuito 1

Circuito 2

Circuito 3

Circuito 4

Unità di Controllo

(gestione carichi e

risparmio energetico)

Carichi da controller

(uscite) Tastierino

(interfaccia di comando

con feedback)

Timeclock

(automazione e

programmazione)

Sensore Multifunzione

(movimento, luminosità,

ricezione IR)

Network Bridge

(gateway

programmabile)

Dorsali o altri bus/protocolli

PC o Laptop

(programmazione,

supervisione,

manutenzione remota)

Interfaccia

(Ethernet,

Seriale, USB)

18

In caso di edifici a

più piani prevedere

una dorsale e degli

isolatori di bus,

meglio se dotati di

“filtraggio dei

messaggi”

19

Grandi edifici

Dimmer o Relè? 20

Il dimming come elemento chiave per

bilanciare risparmio energetico e comfort

Sostituire i relè con i dimmer è l’unico modo per poter coniugare

risparmio energetico, comfort ambientale ed ergonomia d’uso in

un sistema di controllo luci.

Attualmente, però, progettare o realizzare un sistema di controllo

per i moderni corpi illuminanti dimmerabili

equivale a ragionare come

farebbe un “system integrator”.

Inoltre occorre avvalersi di

prodotti e conoscenze adeguate.

21

Aumentando la resistenza aumenta la caduta di tensione ai capi

del reostato, pertanto la tensione sulla lampada diminuisce.

Questo metodo è molto inefficiente e si spreca anche più

potenza di quanta non ne arrivi al carico.

Gli albori: Dimming con reostati 22

Come varia la tensione sul filamento

Il Reostato altera solo l’ampiezza della sinusoide, senza

modificarne la fase o introdurre armoniche.

Viene dissipata parte della potenza non inviata alla lampada

23

Un altro tipo di dimmer del passato era il trasformatore

variabile, anche conosciuto come Variac.

Dimming con trasformatori variabili

24

Il Variac è pesante e

ingombrante.

È anche relativamente

inefficiente, dato che parte

della potenza viene usata per

magnetizzare l’avvolgimento e

parte viene persa in calore

dalla resistenza del filo

Dimming con trasformatori variabili

25


Il Variac altera solo l’ampiezza della sinusoide, senza (o quasi)

modificarne la fase o introdurre armoniche.

La potenza non inviata alla lampada NON viene dissipata

26

La tecnologia attuale dei dimmer di potenza

impiega dispositivi di commutazione allo

stato solido in silicio (SRC/TRIAC/IGBT).

Analogamente ad un alimentatore PWM,

operano interrompendo periodicamente

l’alimentazione del carico.

In tal modo di riduce la tensione media di

alimentazione della lampada e si realizza il

dimming.

Dato che l’energia viene bloccata e non

dissipata, questo tipo di dimming è molto

efficiente (rendimento >95%).

Dimming con transistor SRC/TRIAC/IGBT

27

Il dimmer allo stato solido impiega la

tecnica chiamata taglio di fase.

Vi sono due tipi di dimmerizzazione a

taglio di fase:

• Leading Edge

• Trailing Edge

I due tipi di taglio di fase sono usati

per differenti tipi di carico.

Tecnologia dei Dimmer attuali 28

NB: Non tutte le lampade possono essere dimmerate a taglio di fase!


on

on

on

off

off

off

on

on

on

Leading Edge Trailing Edge

80%

20%

Il dimmer a taglio di fase introduce numerose armoniche (=disturbi E.M.)

29

Questione

di feeling…

Ogni tipologia di

lampada

richiede una

ben precisa

tipologia di

dimmer

Compatibilità tra dimmer e carico 30

Famiglie di sorgenti luminose più usate per scopi

di illuminazione (residenziali e non):

1. ad incandescenza - tradizionali e alogene

2. fluorescenti - lineari e compatte

3. al vapore di sodio - a bassa ed alta pressione

4. agli alogenuri

5. a LED

6. fibre ottiche

Classificazione in base al metodo di generazione

della luce

– a incandescenza (1)

– a scarica in gas (2, 3, 4)

– elettroluminescenza (5)

Le tipologie di lampade in commercio

31

Lampade a incandescenza

Efficienza luminosa:

10-15 lumen/W

(2% del limite teorico)

Alimentate

direttamente a

tensione di rete

(230V)

Durata 2.000 ore

32

Lampade alogene 33


15-25 lumen/W

(dal 2,5% al 3,5%

del limite teorico)

Alimentate

direttamente a

tensione di rete

(230V) o mediante

trasformatore

230V-12/24V

• Le caratteristiche di

funzionamento delle lampade ad

incandescenza variano

notevolmente variando la tensione

di alimentazione.

• Un aumento della tensione

determina un incremento della

corrente che passa attraverso il

filamento e perciò un aumento della

temperatura di funzionamento.

• Tale aumento di temperatura

determina una maggiore produzione

di luce, ma la durata di vita della

lampada diminuisce.

• Una diminuzione ne aumenta la vita

Effetto della variazione di tensione di

alimentazione sulle lampade ad incandescenza 34

Leading Edge:

- lampade incandescenti e alogene

a 230V (=carichi resistivi)

- trasformatori magnetici

(=carichi induttivi)

- Alcuni trasformatori elettronici

dichiarati compatibili

-

Trailing Edge

- lampade incandescenti e alogene

a 230V (=carichi resistivi)

- solo trasformatori elettronici

(=carichi capacitivi)

- mai trasformatori magnetici!

Dimming a taglio di fase per

incandescenti 35

Incompatibilità tra induttanza del

trasformatore e tecnologia Trailing Edge 36

Curva ideale di risposta alla dimmerazione di una lampada

37

A B C D

1

2

3

4

Dimmer output %

Lam

p lig

ht

outp

ut

A B C D

1

2

3

4 Point A = 20%

Point 1 = 4%

Diff = 16%

Dimmer output %

Point B = 40%

Point 2 = 14%

Diff = 26%

Point C = 60%

Point 3 = 62%

Diff = 2%

Point D = 80%

Point 4 = 93%

Diff = 13%

Lam

p lig

ht

outp

ut

38

Curva reale di risposta alla dimmerazione di una lampada

ad incandescenza

Lampade fluorescenti 39


50-100 lumen/W

(dall’8% al 15% del

limite teorico)

Alimentate mediante

trasformatore

elettronico

(HF Ballast)

Durata: 10.000 ore

A) 0-10V o 1-10V: Semplice controllo in tensione

analogico a due fili

B) DSI: Digital Serial Interface, controllo digitale a due

fili non indirizzabile, velocità 1.200 bit/sec

C) DALI: Digital Addressable Lighting Interface,

controllo digitale bidirezionale a due fili

indirizzabile (1 universo = 64 indirizzi), velocità

1.200 bit/sec

Protocolli standard per il dimming delle

lampade Fluorescenti 40

Potenzialità del DALI

Etc.

Canali

fisici

Canali

logici

41

40 Amp Single

Phase and Neutral

Supply

DBC410 Mains Rated

2 Core and Earth

Switched Supply

DIMTEK DBC410

FEED

CH 1

CH 3

CH 4

CH 2

INSTALLATION DETAILS

1

2

3

4

Mains Rated

Figure8 (polarised)

1-10volt or DSI Control

Output 1Output 2

Output 4Output 3

Output 1Output 2Output 3Output 4

DPN881

1

2

3

OFF

5

6

7

4

72mm

11

5m

m

DUS704C1

02

mm

DUS704C

10

2m

m

DUS704C

10

2m

m

DUS704C

10

2m

m

To other Dynet Devices

Dynet CAT5

Dynet CAT5Dynet CAT5

Dynet CAT5

Dyn

et C

AT

5

(Maximum 63 Ballasts)

DLIII Server

Multiple Work Stations

IP Network

Sw

itch

ed

Supply





Switched Supply

Switched Supply

Switched Supply

Cablaggio nel caso di dimming 1-10V

42

Mains Rated

2 Core and Earth

Switched Supply

DALI Control

Signal

Output 1

Output 1

DPN881

1

2

3

OFF

5

6

7

4

72mm

11

5m

m

DUS704C1

02

mm

DUS704C

10

2m

m

DUS704C

10

2m

m

DUS704C

10

2m

m

To other Dynet Devices

Dynet CAT5

Dynet CAT5Dynet CAT5

Dynet CAT5

Dynet C

AT

5

(Maximum 64 Ballasts)

per output

DLIII Server

Multiple Work Stations

IP Network

DALI Signal Control

Switched Supply

DDBC320-DALI controller

0.1 Amp Single

Phase & Neutral

DDBC320-DALI

Cablaggio nel caso di dimming DALI

43

44

A B C D

1 2

3

4

Point A = 20%

Point 1 = 5%

Diff = 15%

Dimmer output %

Point B = 40%

Point 2 = 10%

Diff = 30%

Point C = 60%

Point 3 = 23%

Diff = 37%

Point D = 80%

Point 4 = 49%

Diff = 31%

Lam

p lig

ht

outp

ut


fluorescente 44

Lampade e faretti a LED 45


20-150 lumen/W

(in continua

evoluzione)

Con trasformatore

elettronico integrato

o driver esterno

Durata: 50.000 ore

Trailing Edge

- i driver dei Led sono sempre trasformatori elettronici

(=carichi capacitivi)

Dimming a taglio di fase per

Lampade e faretti a LED 46

NB: non tutte le lampade a LED sono dimmerabili.

L’assenza di standardizzazioni sui corpi illuminanti è causa di frequenti problemi di

compatibilità tra dimmer e lampada, con conseguenti flickering, ronzii o non

linearità di dimmerazione.

Occorre inoltre prestare molta attenzione al carico minimo gestibile dal dimmer.

Strisce e Spot a LED

luce bianca o RGB 47


20-150 lumen/W

(in continua

evoluzione)

Alimentate mediante

driver esterno in

corrente o tensione

Durata: 50.000 ore

Dimming LED in corrente (“current mode”)

48

Dimming LED in tensione (“voltage mode”)

49

A) 0-10V o 1-10V: Semplice controllo in tensione

analogico a due fili

B) DALI: Digital Addressable Lighting Interface,

controllo digitale bidirezionale a due fili

indirizzabile (1 universo = 64 indirizzi), velocità

1.200 bit/sec

C) DMX-512: Digital MultipleX, controllo digitale a

512 ch

Protocolli standard per il dimming delle

strisce e spot a LED 50

51

A B C D

1

2

3

4 Point A = 20%

Point 1 = 65%

Diff = 45%

Dimmer output %

Point B = 40%

Point 2 = 79%

Diff = 39%

Point C = 60%

Point 3 = 81%

Diff = 21%

Point D = 80%

Point 4 = 95%

Diff = 15%

Lam

p lig

ht

outp

ut


a LED 51

Fibre ottiche 52

Non sono vere e proprie,

lampade ma mezzi di

trasmissione della luce

generata da alogene,

fluorescenti o Led.

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Responsabile Commerciale

E-mail: [email protected]

Architetture dei Sistemi di Controllo

53

Intermark Sistemi srl

Indice

• Confronto tra sistemi centralizzati, distribuiti e misti

• Esempi di impiego dei tre sistemi

• Il BMS e il supervisore di controllo luci “specializzato”

54


Architettura Generale di un Sistema di Controllo nella Building Automation

55


3 Tipologie

• Sistemi Centralizzati

• Sistemi Distribuiti (DCS o P2P)

• Sistemi Misti o Ibridi

56


Sistemi Centralizzati

Il sistema di controllo è concentrato in una singola unità. Le unità di attuazione in campo sono prive di intelligenza.

CPU

Sensore1

Attuatore1

Attuatore2

Sensore2

57


Sistemi Centralizzati - Esempio 58


Sistemi Centralizzati – Pro e Contro

Pro

Velocità di reazione del sistema (no gerarchia)

Pochi protocolli di comunicazione

Periferiche di campo semplici e rimpiazzabili senza programmazione

Programmazione e manutenzione concentrata nell’unità di controllo

Contro

Sistemi proprietari e chiusi

Cablaggio sia per la rete di potenza che per quella di comando

Sistema soggetto a total-fail

Costo totale di sistema (sopratutto per piccoli progetti)

59


Sistemi Distribuiti – dal P2P al DCS al Misto

I sistemi P2P (Peer-to-Peer) sono sistemi distribuiti puri, nei quali ogni nodo è sia client che server. Ciascun nodo non ha potenza di calcolo elevata ma contribuisce alle prestazioni totali. Ogni nodo aggiunge prestazioni, ridondanza e bandwidth al network. Utilizzati in ambito informatico.

I sistemi DCS (Distribuited Control System) sono derivati dalla automazione industriale. Sono gerarchicamente definiti in nodi client/server e richiedono un network di comunicazione tra i nodi. Sistema preferito dal mercato nella Building Automation

60


Sistemi distribuiti – (DCS) – Pro e Contro

Pro

Ridondanza di sistema

Riduzione del cablaggio: minori costi di installazione e manutenzione

Autodiagnosi e capacità di elaborazione locale

Eterogeneità di funzioni

Personalizzazioni

Contro

Programmazione di ogni unità distribuita

Bus di campo a volte proprietario

Necessità di conoscere protocolli e interfacce (System Integration)

Prestazioni generalmente inferiori rispetto al sistema centralizzato

61


“network”

Sistema Semidistribuito o Misto 62


Sistema Misto/Ibrido - Esempio 63


Sistemi Misti – Pro e Contro

Pro

Gli stessi del DCS

Maggiore flessibilità client/server rispetto al DCS

Personalizzazioni di impianti e Servizi a valore aggiunto

Contro

Gli stessi del DCS

Figure professionali e competenze richieste

L’architettura “Networked” non significa che si basa su un unico protocollo

64


Esempio: DALI per uffici

Cubicle

15.20m

Cubicle Cubicle

Cubicle Cubicle Cubicle











65


Layout di Cablaggio

Per un utilizzo efficiente dell’energia occorre

considerare un sistema di illuminazione per zone

con sensori di luce e presenza, e si possono

impiegare uno dei seguenti layout di cablaggio:

•Un cablaggio fisso dove gruppi di lampade sono

cablati al sistema di controllo. Il ballast è 0-10V, DSI

o DALI broadcast

•Un cablaggio utilizzando un numero di controller

DALI. Il ballast è DALI indirizzabile

66


Cablaggio a schema FISSO

Office

St

OfficeStorage

Office

Office

Office

Office

Office

Office

Office

Office

Storage

Office

Office

Office

Office

Office

Storage

Men

Women

Storage

Kitchen

Conference

Office

Office

Office

Office

OfficeOfficeOfficeOfficeOfficeOfficeOfficeOffice

Mech

15.20m

p

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

1416

1547

21

22

24

19

17

18

35

34

36

33

38

39

40

41

42

43

44

45 30

31

29

2823

46

48

49

37

2025

26

27

32

•Utilizzo del controllo

010V, DSI o DALI

broadcast

•125 lampade

•49 circuiti di potenza

•49 circuiti di controllo

ballast

•Aree per controllo con

luce naturale

•Aree per il controllo di

presenza

67


* linee 240v & bus verso i QE

Dettaglio di cablaggio per lampade HF

QE

68


Terminazioni sui cavi nrcessarie:

QE

* linee 240v & bus verso i QE

69


Cablaggio BUS – Dynet (RS485)

44 sensori multifunzione

5 interfacce utente: tastierino o Touchscreen

1 network di comunicazione (RS485)

1 alimentatore per network

70


Controllo puntuale delle lampade

1 2 3

1 2 3

11% 24%

20%

11% 54%

60%

24%

45% 78%

68% 81%

92%

81%68%54%

71


Numero di terminazioni necessarie in

questo schema a cablaggio FISSO

Collegamenti di potenza alle lampade = 614

Collegamenti del segnale di dimmerizzazione = 424

Collegamento di potenza ai controller = 147

Collegamenti del segnale dimming ai controler = 98

Collegamenti necessari per bus RS485 = 499

Totale dei cablaggi richiesti in cantiere = 2880 + 499 =

3379

72


Layout DALI

Office

St

OfficeStorage

Office

Office

Office

Office

Office

Office

Office

Office

Storage

Office

Office

Office

Office

Office

Storage

Men

Women

Storage

Kitchen

Conference

Office

Office

Office

Office

OfficeOfficeOfficeOfficeOfficeOfficeOfficeOffice

Mech

15.20m

p

1

2 3

•125 lampade

•3 circuiti di

alimentazione

•3 Universi DALI

•Lampade

indirizzabili

individualmente per

sensore lux

•Lampade

indirizzabili

individualmente per

sensore presenza

73


Cablaggio per lampade DALI e Alimentazione

QE

DALI

Signal Cable

74


Cablaggi richiesti - DALI

QE

DALI

Signal Cable

3 6 9 12 1518

2022 24

2628 30

75


Numero di terminazioni richieste con

Layout DALI

Cablaggi di potenza alle lampade = 753

Cabalggi DALI alle lampade = 502

Cablaggi di potenza ai controller = 9

Cablaggi DALI ai controller = 6

Cablaggi per bus RS485 = 499

Numero totale di cablaggi richiesti in cantiere = 1270 + 499 = 1769

Confronto con sistema FISSO = 2880 + 499 = 3379 (+91%)

76


Sistema Misto + DALI 77

Esempio di sistema distribuito + DALI

125 lampade

15 controller DBC905

4 alimentazioni a cascata

1 DyNet data network

Controllo individuale delle lampade

Feedback individuale per lampada

Aree luminose gestite da sensore lux

Aree luminose gestite da sensore di presenza

78


Collegamento punto-punto per ogni lampada 79


Numero di collegamenti richiesti utilizzando

15 controller DBC905

Collegamenti alimentazione alle lampade = 0

Collegamenti DALI alle lampade = 0

Collegamenti alimentazione ai controller = 0

Collegamenti DALI ai controller = 0

Terminazioni di alimentazione dal QE : 4x3 = 12

Connessioni a spina, alimentazioni e carichi al DBC905 =

265

80


Analisi di un sistema distribuito

• Il supervisore

• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

• BMS (Building Management System)

• Le unità di controllo in campo: RTU/PLC

• Barra DIN e WallMount

• I sensori e attuatori in campo

• Modbus e altro

81


Il supervisore – SCADA, BMS o specializzato ?

• Il BMS è derivato dallo SCADA dell’automazione industriale

• È specializzato per i sistemi di controllo luce?

• E’ il nodo “intelligente” del sistema. Effettua log dei

dati e mostra lo stato dell’impianto. Al BMS sono collegati i sistemi che utilizzano dal 40% al 70% dell’energia del building.

• Consente manovre automatiche o manuali sull’impianto elettrico. Test lampade emergenza?

• Traccia il comportamento dell’utilizzatore (richiede login per riconoscimento allarmi).

82


Funzioni di un BMS

Sistemi di Alimentazione Elettrica

Sistemi di Illuminazione

Sistemi di controllo della Potenza

HVAC

Antincendio

EVAC

Sistemi di Sicurezza

Sistemi di controllo accessi

Ascensori, montacarichi

Sistemi idraulici

CCTV

Gestione sensori e allarmi

Sistemi multimediali

83


Supervisore Lighting Specializzato

• Molto diffuso per illuminazione esterna/pubblica (grandi aree)

• Consente test lampade emergenza in automatico con report

• Consente misure dirette e indirette dell’energia impiegata per l’illuminazione

• Consente manutenzione preventiva e predittiva delle lampade

• Gestione grafica e puntuale delle lampade, dei gruppi e delle parzializzazioni di impianto.

84


Esempio di interfaccia grafica 85


Mappa vettoriale e collegamenti tra i nodi 86


Zooming 87


Controllo puntuale delle zone 88


Monitoraggio stati delle lampade (DALI o sistemi bidirezionali)

Sul DALI passano informazioni in più rispetto all’indirizzo del ballast e al valore di dimmerizzazione della lampada

89


Manutenzione a colpo d’occhio.

La semplicità è molto importante nella gestione di sistemi complessi…

90


Database delle lampade

Codice d’ordine e informazioni tecniche

Posizione di installazione

Ore di funzionamento effettivo e di targa

91


Test Lampade di Emergenza DALI

I 92


Monitoraggio, Misure e Report

93

93


Le RTU: unità di controllo

Le RTU sono delle unità elettroniche dotate di processori e di porte digitali e analogiche. Simili al PLC (impiegato nell’automazione industriale) ma impiegano differenti standard di comunicazione e di programmazione.

Le RTU utilizzano standard proprietari definiti dai produttori. Esempio dei controllori FAN COIL

Esistono alcuni standard di fatto o di mercato (KNX, LON, BacNet, Modbus etc…)…

… ma per utilizzare il TCP/IP occorrono sempre interfacce di traduzione di protocollo.

94


Sensori e Attuatori

I sensori devono sottostare spesso ad alcuni requisiti non tecnici ma estetici. Dimensioni, colore, invisibilità.

La posizione è di fondamentale importanza per il funzionamento e per le prestazioni di impianto.

I comandi manuali sono in ‘collisione’ con i comandi automatici e di supervisione (esempio delle tende motorizzate). Necessità di prevedere un ‘reset’ di impianto ad un’ora stabilita per ripristinare gli automatismi.

Possibilità di integrare funzioni diverse in un’unica interfaccia utente (sensori tripli, tastierini multicolonna…)

95


Un approccio non proprio integrato…. 96 96

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• Gestione delle Utenze.

• Sistemi di controllo delle Utenze

• Misure dirette e indirette dei carichi

Gestione Carichi Elettrici

97

97


• In ambito residenziale:

• I carichi sono pochi, le prese dei carichi principali stabilmente impegnate.

• Obiettivo: evitare interruzioni di corrente avvertendo l’utente del sovraccarico in atto e/o forzando l’interruzione dei carichi secondo un ordine scelto

• Basta un misuratore di corrente per tutto l’appartamento

• Idealmente l’obiettivo è quello di stipulare contratti meno onerosi (più sentito per progetti residenziali più grandi)

Gestione delle Utenze 98


• Impiego di un misuratore di corrente (TA) con relais di stacco integrati nel controller.

• Sistema semplice, veloce e integrato nel QE

Gestione delle Utenze - residenziale

• Lo stacco avviene sulla base di un elenco di priorità e il numero di uscite controllate è limitato (1-8)

• Ripristino in automatico

99


Gestione delle Utenze - residenziale

Cosa avviene se si staccano le prese sulla base della priorità e non sul reale consumo di ciascuna?

• Attraverso l’uso di relè con bobina TA per ogni uscita è possibile intervenire non solo in base alla priorità ma al reale consumo delle prese monitorate

100


• L’obiettivo non è quello di evitare black-out ma di ridurre gli sprechi di energia.

• L’etereogenità delle tipologie di carichi controllabili è elevata: illuminazione, motori e azionamenti, pompe, fancoil etc..

• Si opta per soluzioni low-cost di input-output nei QE:

• INPUT: lettura dello stato dei magnetotermici

• OUTPUT: riarmo dei magnetotermici e/o interruttore luci per aree poco importanti (corridoi)

Gestione delle utenze – Terziario 101


• Attraverso l’integrazione dei sistemi è possibile sfruttare informazioni di un sistema per il controllo dell’energia: esempi sono il conteggio persone calcolate dalle telecamere di sorveglianza per modificare il setpoint di temperatura, il livello della diffusione sonora e l’illuminazione.

Gestione delle utenze – Terziario 102


Misure Dirette e Indirette

L’analisi dei consumi avviene tramite lettura delle correnti con appositi misuratori diretti.

Direttiva MID 2004/22/CE del 31/03/2004 sugli Strumenti di Misura

Figura dell’Energy Manager / Esperto in Gestione dell’Energia EGE

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Misure indirette

Conoscendo lo stato di ciascuna uscita e dei carichi a valle di ciascuna di esse (Database relazionale) possiamo indirettamente risalire al consumo istantaneo.

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Software di supervisione

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Gestione delle utenze - Hospitality 108


Gestione carichi integrata e flessibile 109


Installazione tipica

Rete LAN

dimmer

tastierino

bus

Mains

Postazioni di lavoro con PC

sensore

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Installazione tipica

Rete LAN

dimmer

tastierino

bus

Mains


sensore

In questo scenario l’utente interagisce con il tastierino o con il sensore (se

installati)

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Gestione carichi tramite BMS

Rete LAN

bus

Mains

Interfaccia di comunicazione

Collegamento alla LAN

SERVER PC


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Il controllo dell’isola di lavoro… dal PC 113

Progettare con la luce naturale

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Sistemi di gestione delle motorizzazioni

Motori per tende e

tapparelle, con fine

corsa integrati

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Sistemi di gestione delle motorizzazioni

I sistemi per schermare la luce solare posti all’esterno

dell’edificio minimizzano l’introduzione di energia all’interno.

Possono essere fissi o motorizzati.

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Sistemi di gestione degli automatismi

Lift per televisori e videoproiettori

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Controllo diretto:

Motori “a 3 fili” a 230V

Occorre prevedere 2 relè,

possibilmente dotati di

“interlocking”

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Sbagliato

Giusto

Controllo diretto:

motori a 2 fili a 12/24 Vcc 119

Essendo presenti solo 2 morsetti di alimentazione in questi motori, non c’è il rischio di danneggiarli in

caso di errori di programmazione o cablaggio

Controllo indiretto:

contatto di “consenso” 120

Controllo dei motori dotati di bus

RS485 4ILT Remote control of 4 motors

121

Gli encoder ottici

integrati

forniscono

feedback su stato

e posizione della

tenda/tapparella

Vantaggi dei motori dotati di bus ed encoder ottici

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•La posizione della tenda/tapparella diventa una grandezza nota

•Cablaggio estremamente semplificato e ridotto

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Standard Motor Interface

SMI

Concetto similare al DALI: fino

a 16 motori sullo stesso bus

possono essere controllati

indipendentemente.

Comunicazione bidirezionale

Sta cominciando ad affermarsi

in Germania e la maggiorparte

dei principali brand supporta o

supporterà questo standard

Tipologia e posizionamento frangisole

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Interni:

Possono essere fissi

oppure a singola o

doppia regolazione.

Fanno entrare parte

dell’energia termica

solare

Esterni:

Possono essere fissi

oppure a singola

regolazione.

Migliore schermatura

dell’energia termica

solare

La luce naturale: diretta, riflessa e diffusa

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A causa dell’elevato numero di

variabili in gioco (tra cui le

preferenze dei singoli individui),

non è facile coniugare risparmio

energetico e comfort

automatizzando integralmente la

gestione degli automatismi per il

filtraggio della luce naturale.

Se nel settore terziario

l’automazione di tende e

frangisole è sempre

consigliabile, nel

residenziale può essere

controproducente ai fini del

comfort o della ergonomia di

un ambiente.

Meglio quindi lasciare

scegliere all’utente.

Stazioni meteorologiche

Una stazione meteorologica fornisce dati relativi alla

intensità e direzione dei raggi solari e consente al

sistema di controllo di prendere “decisioni” per una

corretta gestione automatizzata e integrata delle luci e

delle motorizzazioni.

126

Analoghe letture per vento e pioggia possono costituire ulteriori parametri sui quali basare la

programmazione del comportamento del sistema (chiusura tende esterne in caso di vento

forte, chiusura tapparelle in caso di pioggia ecc.).

Sensori luminosità e presenza locali

L’alternativa alla gestione

automatizzata sulla base di soli

parametri globali è costituita

dall’impiego di sensori di

luminosità in ogni ambiente,

meglio ancora se a doppia

tecnologia (luminosità +

presenza).

Aumentano i costi del sistema di

gestione (molti sensori) ma anche

la qualità/efficacia della

regolazione, a vantaggio del

risparmio energetico e del comfort.

127

Aumentare il risparmio energetico

integrando più sistemi

Il sole immette sia

luce che calore

negli ambienti.

Per ottimizzare i

consumi energetici

è indispensabile

poter controllare

armonicamente luci,

tende/tapparelle e

climatizzazione

(sistemi integrati)

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Compensazione luce diurna, automatismi

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• Esistono sensori di movimento

(PIR) e sensore di luminosità

ambientale (PE) in un unico

dispositivo.

• Il posizionamento va valutato con

molta attenzione!

Gestione dell’energia:

Sensori da muro o soffitto 130

Luce bianca dinamica

Utilizzo di corpi illuminanti con due o

più sorgenti bianche di temperatura di

colore diverse, in abbinamento ad un

opportuno sistema di dimmerazione,

per riprodurre l’andamento della

temperatura di colore della luce

naturale (calda-fredda).

Miglioramento del comfort visivo e ambientale,

aumento produttività e benessere dipendenti.

Ad oggi però non ci sono ancora in commercio

sensori integrabili negli impianti in grado di

rilevare la temperatura di colore della luce in

un ambiente (solo livello luminoso), peranto il

controllo può essere fatto solo su base

temporale, senza feedback.

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Energy Management Solutions 132

• Dimmerare – controllo di fase, 0-10V, DSI, DALI, DMX

• Usare la luce del giorno – sostituire/integrare

strategicamente le luci artificiali con la luce naturale

• Usare sensori di luminosità e timer

• Usare sensori di presenza – per aree a bassa

circolazione (corridoi, bagni, magazzini…)

• Integrare col sistema di controllo luci la gestione di

tende, tapparelle e climatizzazione – approccio organico

• La combinazione di più strategie di controllo può

incrementare notevolmente il risparmio energetico

Risparmio energetico: strategie di progetto

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1. Rapido incremento

dell’assorbimento prima che la

maggior parte dei dipendenti sia

arrivato.

2. Nessuna riduzione apprezzabile

di assorbimento intorno all’ora

di pranzo, quando invece la

maggior parte dei dipendenti è

fuori dagli uffici.

3. L’eccesso di consumo continua

a fine giornata anche dopo che

la maggior parte dei dipendenti

è andato via.

Consumi tipici in una installazione non controllata

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Risparmio energetico con Philips Dynalite Risparmio energetico Utilizzo sensori e programmazioni orarie per automatizzare l’impianto ed ottenere importanti risparmi energetici. Utilizzo l’indicatore LENI descritto nella norma EN 15193 per valutare il consumo dell’impianto ed il risparmio energetico ed economico rispetto ad un sistema tradizionale.

Ingegneria per il controllo dell’illuminazione

Impianto con sensore luminosità

Impianto con sensore presenza

Impianto tradizionale

Impianto con sensore presenza + luminosità

Normative Unione Europea in tema di Risparmio Energetico


2010/31/UE - Energy Performance of Buildings Directive

UNI EN 15232 Si riferisce alla prestazione energetica degli edifici e permette di valutare l’effetto dell’automazione e della gestione tecnica sui consumi energetici degli immobili

UNI EN 15193 Specifica la metodologia di calcolo del consumo energetico degli impianti d’illuminazione presenti in un edificio, definendo l’indicatore numerico LENI

Fonte: www.schneider-electric.it > Soluzioni > Efficienza energetica > Leggi e Regolamenti > L’Efficienza Energetica Attiva negli Edifici - standard UNI EN 15232

Questa normativa dovrà essere recepita a livello nazionale e regionale dai rispettivi organi preposti: anche i sistemi di controllo dell’illuminazione dovranno essere obbligatoriamente utilizzati nel prossimo futuro! NOTA La Regione Emilia Romagna ha già recepito la direttiva con il Decreto Regionale 1362 del 30/09/2010.

LENI


La norma UNI EN 15193 definisce una modalità di calcolo molto dettagliata per la valutazione dei consumi energetici. L’indicatore LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) esprime l’energia consumata in un edificio per l’illuminazione riferita ad un m2 in un anno.

Pn potenza nominale dell’impianto d’illuminazione

Fc dipende dal sovradimensionamento della potenza dell’impianto

Fo dipende dal grado di occupazione dell’area illuminata

Fd dipende da come il sistema di controllo sfrutta la luce naturale

Td ore di funzionamento dell’impianto in presenza di luce naturale

Tn ore di funzionamento dell’impianto in assenza di luce naturale

Area superficie dell’area illuminata.

Tramite apparecchi regolabili e sensori di presenza e luminosità posso ottenere valori di Fc, Fo ed Fd minori di 1, quindi diminuire il LENI rispetto ad un impianto tradizionale.

Costo totale di proprietà dell’impianto (TCO)


Il costo totale di proprietà dell’impianto, indicato per brevità come TCO (Total Costo of Ownership), include i costi di natura diversa relativi a materiali, energia consumata ed attività di installazione e manutenzione calcolati su tutto il ciclo di vita un impianto d’illuminazione. Nella valutazione di un investimento si paragonano quindi due o più soluzioni, ognuna delle quali comporterà costi iniziali e di gestione diversi. E’ possibile calcolare il tempo di Pay-Back, un parametro che indica in quanti anni si ripaga una soluzione con un costo iniziale più alto ma più efficiente in termini di costi di gestione.

Investimento iniziale Costo degli apparecchi e del

sistema di controllo, dell’installazione e della

configurazione e collaudo dell’impianto.

Costi di gestione Ricambi e manodopera

Energia

Alcuni vantaggi economici indiretti, ad esempio relativi all’automazione, all’impatto emozionale o alla riconfigurazione via software del layout d’utilizzo di un’area, sono difficilmente calcolabili.


Software dedicati permettono di progettare un impianto d’illuminazione completo di sistema di controllo, calcolando il consumo energetico tramite l’indicatore LENI secondo la norma UNI EN 15193. Inoltre l’applicazione permette di confrontare soluzioni diverse considerando il Total Cost of Ownership (TCO) e verificando il tempo di ritorno dell’investimento.

Per ogni progetto realizzato esporto un documento PDF: • Dati generali del progetto e riferimenti dell’autore • Valutazione energetica delle soluzioni proposte • Valutazione economica delle soluzioni proposte • Descrizione di capitolato del sistema di controllo • Documentazione tecnica del sistema di controllo • Dettagli di calcolo del LENI • Altri allegati tecnici (es. schema a blocchi del sistema)

Project Designer Applicazione web-based

Acceso tramite web-browser

Sul server sono contenuti: • Database degli apparecchi d’illuminazione • Database del sistema di controllo Philips Dynalite • Algoritmi di calcolo del LENI, del TCO e del tempo di Pay-Back • Progetti di esempio (Template) • Progetti realizzati dagli utenti (no PDF)


Creare un progetto Il progetto può essere creato a partire da una libreria di esempi (progetti Template). Vengono richieste solo le informazioni principali normalmente a disposizione dell’utente. Per tutti gli altri parametri vengono proposti valori di default tipici per l’applicazione selezionata.


Parametri di calcolo Posso valutare il contributo di luce naturale in modo qualitativo anche senza sapere i dettagli costruttivi dell’edificio, normalmente non disponibili in fase di offerta commerciale. Tipicamente considero il caso peggiore per valutare il risparmio energetico minimo ottenibile con il sistema di controllo.


Comparazione di due o più soluzioni impiantistiche Il software permette di creare soluzioni progettuali multiple al fine di valutare quella più adatta al cliente (minor tempo di ritorno dell’investimento o maggior risparmio energetico).


Valutazioni energetiche Il software calcola i consumi utilizzando il LENI. Da questo dato viene valutato il Risparmio Energetico e la quantità di CO2 prodotta.


Valutazioni economiche Il software calcola il TCO ed il tempo di Pay-Back (indicato per brevità con ROI) delle varie soluzioni rispetto ad una selezionata come riferimento.


Esportazione del documento di progetto in formato PDF Posso selezionare quali informazioni esportare selezionando le varie opzioni nella sezione Report. Il documento PDF viene generato dinamicamente utilizzando i dati del progetto (salvati sul server) e deve essere archiviato sul PC dell’utente.

Questions 147

Domande?

Grazie per

l’attenzione

Sistemi di controllo e regolazione luce, motorizzazioni e...

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