stato dell`arte e prospettive degli smart building

STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE
DEGLI SMART BUILDING
arch. G. Fasano, ENEA
Convegno FIRE
L’efficienza energetica negli edifici:
opportunità e ruoli per gli Energy Manager
Milano 11-12 novembre 2004
Centro Congressi Palazzo delle Stelline
Corso Magenta, 61
Energy consumption in the
buildings sector
Energy demand in 2000
Residential
and
Tertiary
41%
31%
Transport
28%
Industry
Energy consumption by end
use in EU tertiary buildings
Energy consumption by end
use in EU residential
buildings
Water heating Cooking Lighting
5%
14%
9%
Cooling 4%
Water heating 25%
Cooking 7%
Other16%
Space heating 52%
Space heating 57%
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
Electric 11%
Appliances
Heating : potential savings
EU wide thermal insulation regulations have potential
Comparison of consumption applying the model building regulation
in Denmark in each Member State (climate-corrected)
35
30
25
20
15
10
5
0 B
Consumption if
Danish
regulation
applied
Existing
consumption
DK D
EL E
F
IRL I
L
NL A
P FIN S
UK
[kWh/ m³a]
Extreme differences exist in thermal building regulations
Promoting thermal insulation regulations to a level already attained by
some Member States could result in substantial energy savings
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
DIRETTIVA 2002/91/CE
PARLAMENTO EUROPEO E
DEL CONSIGLIO
SUL RENDIMENTO ENERGETICO IN
EDILIZIA
SINTESI DEGLI ASPETTI
SIGNIFICATIVI
DIRETTIVA 2002/91/CE
allegato
• Ai fini del calcolo è necessario classificare adeguatamente
gli edifici secondo categorie quali:
• a) abitazioni monofamiliari di diverso tipo;
• b) condomini (di appartamenti);
• c) uffici;
• d) strutture scolastiche;
• e) ospedali;
• f) alberghi e ristoranti;
• g) impianti sportivi;
• h) esercizi commerciali per la vendita all'ingrosso o al
dettaglio;
• i) altri tipi di fabbricati impieganti energia.
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
DIRETTIVA 2002/91/CE
allegato
a) caratteristiche termiche dell'edificio (murature esterne e divisioni interne,
ecc.). Tali caratteristiche possono anche includere l'ermeticità;
b) impianto di riscaldamento e di produzione di acqua calda, comprese le relative
caratteristiche di coibentazione;
c) sistema di condizionamento d'aria;
d) ventilazione;
e) impianto di illuminazione incorporato (principalmente per il settore non
residenziale);
f) posizione ed orientamento degli edifici, compreso il clima esterno;
g) sistemi solari passivi e protezione solare;
h) ventilazione naturale;
i) qualità climatica interna, incluso il clima degli ambienti interni progettato.
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
Space heating, useful energy per square m etre
Source: National energy studies, building surveys, LBN L
STATO DELL'ARTE E
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Space heating, useful energy per square metre per degree day
Source: National energy studies, building surveys, LBNL
STATO DELL'ARTE E
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CONSUMI NEL CIVILE
Valori in kTep
Consum i totali nel civile
80000,00
70000,00
60000,00
50000,00
40000,00
30000,00
20000,00
10000,00
0,00
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
GPL
CH4
Gasolio
Olio
Carbone
Legna
Energia elettrica
Consumi tot. In termini primari
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PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
SITUAZIONE CIVILE
•
Domanda in crescita qualitativa: molti elettrodomestici, illuminazione,
riscaldamento, raffrescamento, servizi igienici, qualità dei materiali,
comunicazioni con l’esterno, elettronica per il tempo libero
•
Parco abitativo nazionale stazionario, parco terziario poco noto e mutevole
nel tempo
•
Residenziale: 27.9 milioni unità abitative (dato 2001), 150.000 nuove/anno,
21 milioni di famiglie
•
Necessità del recupero (63% edifici con età > 30 anni e nessun intervento da
oltre 20 anni)
•
Ottimizzazione delle risorse: unire interventi architettonici con impiantistici e
funzionali
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PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
FATTORI CAMBIAMENTO
•
Consumi energetici nel civile rapportati al PIL diminuiti del 30%
nell’ultimo ventenni Motivi: maggiore coscienza, costi, isolamento
degli involucri, riscaldamento individuale, inasprimento normativa
•
Miglioramento della qualità della vita
•
Edificio sempre più integrato nelle reti urbane energetiche e
informatiche, economie di scala, mobilità virtuale (telelavoro)
•
Modificazioni in atto nell’uso degli edifici e negli orari di operatività
•
Casa del prossimo futuro: automatizzata, connessa alle reti, situata in
uno spazio urbano migliorato nel paesaggio, nei servizi, nella qualità
della vita. Edificio Intelligente tecnologia del futuro
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SMART BUILDING
UNA NUOVA TECNOLOGIA
PER L’EFFICIENZA ENERGETICA
E LA QUALITÀ DELLA VITA
SMART BUILDING
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
• Tutte le funzioni sono controllate da un sistema informatico
collegato in rete a sensori ed attuatori sull’intero edificio,
che, a sua volta, fa parte del sistema. Interfacce
ergonomiche per ogni utenza
• Integrazione, molto più di una somma di automazioni.
Sistema olistico.
• CIB (Computer Integrated Building), rivolto al terziario dei
servizi (banche, centri direzionali, servizi tecnologici),
domotica, rivolta alla gestione delle abitazioni, teleservizi
in rete, diversificati, crescenti nel tempo
• Modularità (HW e SW), flessibilità, affidabilità e
standardizzazione a garanzia dell’utenza; competizione
degli standard (EIBA, ECHELON, ecc.)
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
SMART BUILDING
• Presenza sul mercato proveniente dal filone dell’automazione
industriale e da quello degli antifurti. Conflitto
economia/qualità/affidabilità.
• Monitoraggio e controllo in tempo reale di tutte le funzioni del
sistema edificio/impianto/utenza/clima in tempo reale,
considerando tutte le interazioni e ottimizzando le prestazioni
secondo criteri prefissati o perfezionabili nel tempo
• Riduzione dei consumi energetici e miglioramento
dell’efficienza energetica dell’ordine del 25%.
• Miglioramenti di qualità della vita. Sicurezza e protezione,
IAQ, BOFD (Building optimization and fault detection,ecc.)
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PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
SMART BUILDING
POTENZIALITA’ 1
• Potenziale accesso al mercato dei teleservizi:
manutenzione,
amministrazione,
acquisti,
banca,
telescuola, telemedicina, teleassistenza
• Nicchie privilegiate come rapporto costi/benefici: anziani
soli, sempre più numerosi nella nostra società,
contenimento dei consumi di climatizzazione annuale,
specie estiva, ecc.
• Aspetti economici non trascurabili. L’arma tariffaria viene
usata per contenere i consumi. Esiste anche un problema di
monopoli, forse in fase di superamento.
• Si valutano risparmi sui consumi di energia nell’ordine del
25% con costi accettabili del sistema rispetto al nostro di
realizzazione dell’intero intervento.
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SMART BUILDING
POTENZIALITA’ 2
• Risponde ed adatta i sistemi in modo
automatico con le esigenze dell’utenza e con
l’operatività energetico-ambientale
• Flessibilità e contenimento dei costi nella
riconfigurazione del sistema e degli spazi per
es. modifica delle destinazioni d’uso o degli
spazi lavorativi, nuove tipologie di lavoro etc.
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SMART BUILDING
APPLICAZIONI
-
Gestione energia
Comfort
Sistemi di sicurezza
Citofonia e videocitofonia
Automazione e controllo illuminazione e
ventilazione (naturale, artificiale e mista)
- Teleservizi
- Apparecchiature domestiche bianchi e bruni
- ecc.
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SMART BUILDING
• Prestazioni negli ambiti della:
– Salute, sicurezza, produttività energia e impatti
ambientali, comfort, teleservizi etc.
• Ambiente:
– microclima, occupabilità, destinazione d’uso, servizi
• Utenza interessata:
– Occupanti, proprietari, agenti di mercato, società di
servizi ecc.
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BUILDING ENERGY
MANAGEMENT SYSTEMS -BEMS
• Studi di mercato del BEMS nel settore
civile e tendenze
STATO DELL'ARTE E
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BEMS NELLA EU15
IL MERCATO NELLA EU 15 (elaborazione ENEA al
1999)
350
300
200
150
100
50
Lu
x
O
la
nd
a
N
or
ve
gi
a
Po
rto
ga
llo
Sp
ag
na
Sv
ez
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ca
Fi
nl
an
di
G
a
er
m
an
ia
G
re
ci
a
0
Au
st
ria
MEURO
250
STATO DELL'ARTE E
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MEURO/year
TREND DEL MERCATO BEMS
Previsione al 2010
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
STATO DELL'ARTE E
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1995 : 1560 M€ (EU ATLAS REPORT on Building Management Systems)
Aus
34
Italy
244
B el
42
Lux
2
D en
21
N eth
63
UK
Fin
20
N or
17
Aus
Bel
Fra
239
Port
38
G er
340
Spa
164
Den
Fin
Fra
Swe
Spa
Port
Ger
Nor
Neth
Lux
Italy
Irel
Gre
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
G re
42
Sw e
37
MERCATO IN ITALIA
FONTE ANCISS-ENEA
Electronic components
Automation & measurements
15
3
21
Security & buildingautomation
Electromedicals
11
Telecomunication
Informationtec.
41
3
Electronic consumables
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6
Francia
23%
BMS
24%
35%
10%
Services
11%
Control
65%
Heating
Cooling
BEMS
Services
Control
67%
65%
Total market in 2003: 280 million euro
17
3
Industry
Large Buildings
Small Buildings
Grecia
80
STATO DELL'ARTE E
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GRAN
BRETAGNA
Turnover (million £)
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1999
System Integrators
Manufacturers
2000
2001
2 002
Value of New Installation (million £)
350
300
250
200
150
100
50
0
1999
2000
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
2001
2002
PROGETTO INTEGRATO
CRITICITÀ
• Soluzioni progettuali possono entrare in conflitto tra loro
per soddisfare diverse richieste di utenza p.es.:
– comfort termico ed illuminotecnico
– architettura interna e uso dell’energia
– costi e finiture
• Necessità di armonizzazione:
– Approccio integrato (progetto, realizzazione e gestione)
– Modelli d’uso e richieste di utenza definiscono la
geometria dell’edificio ed I suoi componenti
architettonici
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
INDICATORI PRESTAZIONALI
• 6 indicatori prestazionali per E.I.:
–
–
–
–
–
–
Prestazioni energetico- ambientali
Prestazioni in rapporto alla destinazione d’uso
Affidabilità
Adattabilità
Facilità d’uso
Prestazioni economiche
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
IB Assessment Matrix
Building
features
1
2
… 12
Shell core Amenities … Control Other
space
systems method
Performance
indicators
1
2
3
4
5
6
Total Max
possible
Environmental
Business
Economic
Responsiveness
Adaptability
Ease of use
Total
Max possible
Normalised
score
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
Normalised
score
MODELLI ADATTIVI
• Comfort è un parametro soggettivo ma un E.I. Può
soddisfare differenti richieste adattando il sistema:
– Alle condizioni climatiche esterne
– Tipo di attività
– Tipologia di organizzazione aziendale
• I set point dei parametri microclimatici si adattano
alle condizioni di utenza
• L’applicazione di algoritmi flessibili possono
portare a risparmi nell’ordine del 25%
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PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
•LO STANDARD KONNEX
– BatiBUS Club International (BCI)
– European Installation Bus Association (EIBA)
– European Home Systems Association (EHSA)
un’unica organizzazione per promuovere uno standard
comune europeo KNX, che integra i protocolli: BatiBUS,
EIB and EHS.
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
Esempio applicativo Home automation
Fonte ing M. Dosio ANCISS
1 Comandi
2 Stato
3 Eventi
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PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
ADATTABILITÀ DEI SISTEMI
Fonte ing M. Dosio
ANCISS
230V
TP (Twisted Pair)
Main
distribution
Socket
230V
230V
Lighting
Sun blinds
Heating
Security
PL (Power-Line)
RF (Radio Frequency) or IR (Infrared)
STATO DELL'ARTE E
PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
Washing
machine
Oven
STATO DELL'ARTE E
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LABORATORIO
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VISTA SUD
PRESENTAZIONE EDO
IL LAB O R ATO R IO
Cubatura totale 900 mc
Sup. 85 Mq /piano
Costo 650 000 Euro
Descrizione dell’edificio
Piano seminterrato: locale
tecnologico e are box.
Piano terra: appartam ento
con predisposizione per
portatori di handicap
Piano prim o:
appartam ento tipo
Piano copertura: locale
tecnologico
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PROSPPETTIVE DEGLI S. B.
PREVISIONI DI R.E.
Il r is p a r m io e n e r g e tic o d o v u t o a ll’a p p lic a z io n e d i q u e s ti
s is te m i, c o m p e n s a u n a s p e s a in iz ia le c h e i n p o c o te m p o s i
r iv e la u n in v e s ti m e n t o .
C O S T I-B E N E F IC I:
%
1 00
S ist e m a
c o n v e n z io n a le
90
85
70
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F u n zio n i
C
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ve
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nz
io
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ca
le
le
60
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