La norma EN15193

La norma EN15193
Requisiti energetici per l’illuminazione
Linee guida per la progettazione degli impianti con
sistemi di controllo dell’illuminazione
www.tcolight.com
Sommario
Introduzione
Scenario normativo ...................................................................
LENI - Lighting Energy Numeric Indicator ...........................
TCO - Total Cost of Ownership ...............................................
Tecnologie per il controllo dell’illuminazione ......................
Tecnologie per la regolazione degli apparecchi ................
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Linee guida per la progettazione
Criteri per la scelta di apparecchi e sistemi ......................... 8
Come calcolare LENI e TCO .................................................... 15
Con TCOlight puoi calcolare
il consumo energetico del
tuo impianto utilizzando
l’indicatore LENI (Lighting
Energy Numeric Indicator)
definito dalla norma EN15193.
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La norma EN15193
Componenti energetiche dell’impianto ...............................
L’indicatore LENI ed il modello di calcolo dell’energia .......
Fattori correttivi introdotti dai sistemi di controllo .............
Valori di riferimento ...................................................................
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
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Introduzione
Scenario normativo
La situazione economica, le previsioni di aumento dei costi dell’energia
nei prossimi anni e l’attenzione per l’ambiente impongono una
maggior attenzione a tutte le soluzioni tecnologiche che permettono
la qualificazione energetica degli edifici. In quest’ottica già nel 2002
l’Unione Europea aveva emanato la direttiva conosciuta come “EPBD
Energy Performance of Buildings Directive”. Successivamente la
questione del consumo energetico relativo agli immobili è stata ripresa
dal CEN (European Committee for Standardisation) al fine di elaborare
precise norme di calcolo che permettessero di valutare l’effetto
dell’automazione e della gestione tecnica sui consumi energetici degli
edifici.
EN15232 - Prestazione energetica degli edifici
Nel 2007 è stata emanata la normativa europea EN15232 che si riferisce alla “Prestazione energetica degli
edifici – Incidenza dell’automazione e della gestione tecnica sui consumi energetici degli immobili”. Nella
norma vengono valutati gli effetti delle tecnologie BACS (Building Automation and Control Systems) e
TBM (Technical Building Management) sui consumi e viene presentata una metodologia di calcolo del loro
impatto sulla prestazione energetica dell’edificio. Tale metodo utilizza a sua volta normative di riferimento
specifiche per ogni tipologia di impianto.
EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
Per l’illuminazione è stata sviluppata la Normativa Europea EN15193 “Requisiti energetici per l’illuminazione”
che specifica la metodologia di calcolo per stimare il consumo energetico degli impianti d’illuminazione
all’interno degli edifici, considerando sia le caratteristiche degli apparecchi sia i sistemi di automazione
eventualmente presenti. Al suo interno viene definito l’indicatore LENI (Lighting Energy Numeric Indicator)
che esprime l’energia consumata in un edificio riferita ad un m2 in un anno.
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
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LENI - Lighting Energy Numeric Indicator
La norma EN15193 specifica la metodologia di calcolo per stimare il consumo energetico degli impianti
d’illuminazione all’interno degli edifici. Per ogni categoria di edificio, classificato in base alla sua destinazione
d’uso, vengono definite le varie tipologie di locali che lo compongono ed il valore dei parametri utili
al calcolo. L’indicatore in questione è il LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) ed esprime l’energia
consumata in un edificio per l’illuminazione riferita ad un m2 in un anno.
Le variabili che determinano il valore del LENI dipendono a loro volta da vari fattori.
Pn
Esprime la 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
Esprime il numero di ore annue in cui l’impianto lavora in presenza di luce naturale
Tn
Esprime il numero di ore annue in cui l’impianto lavora in assenza di luce naturale
Area
Esprime la superficie dell’area illuminata
Quando l’area è occupata in modo discontinuo ed è presente un sistema di controllo in grado di gestire in
modo automatico la presenza si ottengono valori di Fo tanto migliori quanto minori di 1. Questo parametro
determina il tempo in cui gli apparecchi d’illuminazione rimangono spenti, con conseguente riduzione dei
consumi ed aumento della durata di vita delle sorgenti, il che determina quindi anche un risparmio nei
costi di manutenzione e relamping.
Se l’impianto d’illuminazione è dotato di apparecchi regolabili ed il sistema di controllo permette la
gestione automatica della luminosità in relazione al contributo di luce naturale il parametro Fd è minore
di 1. La riduzione dei consumi dovuta alla capacità di sfruttare la luce naturale dipende chiaramente
dall’ubicazione dell’edificio (latitudine) e dalle sue caratteristiche costruttive, come ad esempio gli indici
geometrici delle finestre. Il controllo della luminosità permette inoltre di limitare la potenza dell’impianto
dovuta al sovradimensionamento iniziale (fattore di manutenzione), permettendo un risparmio energetico
anche in assenza di contributo di luce naturale.
Con TCOlight puoi calcolare il consumo
energetico del tuo impianto utilizzando
l’indicatore LENI (Lighting Energy
Numeric Indicator) definito dalla norma
EN15193.
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TCO - Total Cost of Ownership
Il costo totale di possesso di un impianto d’illuminazione (TCO - Total Cost of Ownership) include i costi di
natura diversa relativi a materiali, consumi energetici ed attività di installazione e manutenzione calcolati
su tutto il suo ciclo di vita. Alcuni di questi costi vengono sostenuti all’atto della realizzazione (costi iniziali)
mentre gli altri vengono sostenuti nel tempo e sono variabili in quanto si riferiscono alla gestione energetica
e manutentiva dell’impianto.
Nella valutazione dei costi iniziali è necessario
considerare gli importi relativi all’acquisto ed
all’installazione degli apparecchi d’illuminazione e
dell’eventuale sistema di controllo.
Per la manutenzione dell’impianto si dovranno
invece sostenere costi relativi ai materiali di
ricambio ed alla manodopera.
La voce probabilmente più importante nella
valutazione del TCO riguarda i consumi energetici,
stimabili grazie alle indicazioni fornite dalla norma
Europea EN15193. Tramite l’indicatore LENI
è possibile definire l’efficienza di un impianto
d’illuminazione eventualmente dotato di sistema
di controllo automatico.
Per valutare un investimento si procede considerando varie soluzioni progettuali, ognuna composta
da differenti voci di costo per ciò che riguarda l’importo iniziale, quello di manutenzione e quello per i
consumi energetici. Per ogni ipotesi progettuale è possibile calcolare il tempo di ritorno dell’investimento
paragonandola ad una soluzione di riferimento, ad esempio l’impianto esistente o la soluzione descritta
da un progetto di capitolato.
Payback Time
L’indicatore utilizzato per valutare il tempo di ritorno dell’investimento è il Payback Time, 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. Il Payback Time è ottenuto dividendo la differenza dell’investimento iniziale per il
risparmio annuo sui costi di energia e manutenzione ed è espresso in anni.
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Tecnologie per il controllo dell’illuminazione
Il mondo dell’illuminazione sta evolvendo rapidamente verso soluzioni ad elevato valore aggiunto in
termini di efficienza energetica ed impatto emozionale, soprattutto grazie alle nuove tecnologie LED.
Oggi più che in passato è necessario poter gestire la luce in modo efficiente e dinamico. Oltre ad un
accurato progetto illuminotecnico sono richieste opportune soluzioni di controllo degli apparecchi in
modo da garantire risparmio energetico e gestione integrata delle scenografie statiche e dinamiche,
salvaguardando allo stesso tempo le esigenze degli utilizzatori.
Grazie ai sistemi di controllo dell’illuminazione possiamo ottenere importanti vantaggi non solo in termini di
risparmio energetico ma anche come aumento del comfort visivo, automazione e flessibilità dell’impianto
ed impatto emozionale. Tali sistemi permettono l’interazione automatica tra gli apparecchi d’illuminazione,
l’ambiente e l’utente. Tramite sensori in grado di rilevare la presenza e l’intensità luminosa questi sistemi
gestiscono in modo automatico ed intelligente l’accensione, lo spegnimento e la regolazione del livello e
del colore degli apparecchi.
La gestione automatica dell’impianto avviene secondo varie modalità di lavoro, a seconda della presenza
di opportuni sensori di movimento/luminosità e la disponibilità di apparecchi dimmerabili.
Motion Detection (MD)
Grazie ad opportuni sensori questa modalità permette l’accensione e lo spegnimento degli apparecchi in
base alla rilevazione di movimento. E’ possibile adottare questa soluzione con qualsiasi tipo di apparecchio,
anche non regolabile. Alcuni sistemi in commercio, se abbinati ad apparecchi dimmerabili, permettono la
diminuzione graduale del flusso luminoso prima dello spegnimento completo.
DayLight Regulation (DLR)
Quando gli apparecchi sono dimmerabili è possibile variare la loro intensità in relazione al contributo
di luce naturale proveniente dall’esterno. L’obiettivo di questa modalità è quello di mantenere un livello
luminoso costante sul piano di lavoro degli utenti o in generale negli ambienti che dispongono di un
buon contributo di luce naturale. Il sensore del sistema è generalmente posto in posizione tale da rilevare
la somma dei contributi di luce naturale ed artificiale, utilizzata poi per un confrontato con il valore di
riferimento (es. 500 Lux negli uffici). In tal modo il sistema adatta la componente artificiale (apparecchi) in
base alla variazione di quella naturale.
DayLight Switch (DLS)
Questa modalità, chiamata comunemente “crepuscolare”, permette l’accensione e lo spegnimento degli
apparecchi in base all’intensità di luce esterna ed è tipicamente utilizzata per il controllo di apparecchi
non regolabili outdoor. Tuttavia è disponibile anche su alcuni sistemi di controllo indoor e permette di
mantenere spenti gli apparecchi quando il contributo di luce naturale proveniente dall’esterno garantisce
un livello d’illuminamento sufficiente per le attività degli utenti.
Scene Setting (Preset)
In alcuni ambienti è necessario modificare in modo statico e/o dinamico lo scenorio luminoso generato dagli
apparecchi, al fine di adeguarlo alle varie attività svolte all’interno dell’area. Le motivazioni possono essere
energetiche (ad esempio per risparmiare energia in una palestra durante le pulizie) oppure scenografiche
(si pensi alle variazioni necessarie in una sala conferenza in cui viene proiettata una presentazione).
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Tecnologie per la regolazione degli apparecchi
Gli apparecchi d’illuminazione negli impianti tradizionali vengono semplicemente accesi e spenti,
tipicamente tramite un interruttore su cui l’utente impartisce un comando manuale. I nuovi apparecchi,
soprattutto quelli sviluppati con sorgenti LED, permettono anche la regolazione dell’intensità luminosa
(dimmerazione) o la selezione del colore tramite tecnologie analogiche e digitali.
La regolazione degli apparecchi per luce funzionale avviene normalemente tramite segnale analogico 1/10V
oppure tramite protocollo digitale DALI o DSI. Quando si devono controllare apparecchi per l’illuminazione
scenografica, tipicamente sviluppati con sorgenti LED RGB, si preferisce utilizzare il protocollo digitale DMX
molto più veloce e con una capacità di controllo elevata in termini di indirizzi gestiti contemporaneamente.
Le tecnologie standard di regolazione degli apparecchi presenti sul mercato sono le seguenti.
Dimmer Leading & Trailing Edge
Molti apparecchi d’illuminazione possono essere accesi, spenti e regolati in intensità modulando la loro
alimentazione tramite taglio di fase. I componenti elettronici che realizzano questa modulazione sono
chiamati comunemente dimmer. Mentre le sorgenti tradizionali, ad esempio le alogene, sono compatibili
con dimmer a controllo di fase (Leading Edge), i nuovi apparecchi LED richiedono dispositivi a taglio di
fase (Trailing Edge).
Controllo analogico 1/10 V
Questa tecnologia permette la regolazione degli apparecchi d’illuminazione tramite un segnale analogico
di tensione compreso tra 1V, corrispondente al livello di luminosità minimo, e 10V corrispondente al livello
di luminosità massimo. L’accensione e lo spegnimento degli apparecchi avviene agendo sull’alimentazione.
Controllo digitale DSI
DSI (Digital Signal Interface) è una tecnologia digitale proprietaria in grado di impostare il livello luminoso
degli apparecchi tra 0% (OFF) e 100%. Questo protocollo è unidirezionale e non permette di indirizzare i
singoli apparecchi. In pratica offre le stesse potenzialità del controllo 1/10V con l’unico vantaggio di poter
spegnere gli apparecchi con il solo segnale di controllo.
Controllo digitale DALI
DALI (Digital Addressable Lighting Interface) è una tecnologia standard basata su un segnale digitale in
grado di indirizzare in modo univoco fino a 64 apparecchi collegati su uno stesso bus. La comunicazione
con il sistema è bidirezionale e gli apparecchi possono fornire un feedback sul loro stato. Ogni apparecchio
può quindi essere gestito in modo distinto dagli altri, cosa che permette anche la riconfigurazione del
layout di utilizzo dell’impianto tramite software.
Controllo digitale DMX
DMX (Digital MultipleX signal) è una tecnologia digitale standard che permette di gestire fino a 512 indirizzi
distinti su uno stesso bus. Ad esempio per ogni apparecchio RGB sono attribuiti 3 indirizzi DMX, uno per
ogni canale di colore. Per ogni indirizzo DMX viene impostato un valore compreso tra 0 (sorgente spenta)
e 255 (sorgente a livello massimo). La gestione del colore avviene quindi modulando le intensità delle varie
componenti di colore.
L’estensione RDM (Remote Device Management) del protocollo permette il controllo bidirezionale dei vari
apparecchi aggiungendo la capacità di ricezione di informazioni dal campo e di impostare tramite un PC
gli indirizzi DMX ed altri parametri utilizzati dagli apparecchi.
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Linee guida per la progettazione
Criteri per la scelta di apparecchi e sistemi
La progettazione di un impianto segue criteri dettati da varie
motivazioni: economiche, ecologiche, estetiche ecc. Ognuno
di questi driver richiede un’analisi illuminotecnica, economica
ed energetica del progetto al fine di capire quale soluzione
impiantistica (apparecchi e sistemi di controllo) soddisfa
maggiormente i desiderata della committenza.
Queste analisi sono ancora più importanti oggi in quanto
il mercato offre soluzioni altamente diversificate in termini
di efficienza energetica i cui costi sono chiaramente molto
diversi tra loro. Si pensi ad esempio agli apparecchi LED ed
alle soluzioni di Building Automation dedicate al controllo
dell’illuminazione.
Tra i criteri più utilizzati in fase di progettazione troviamo:
Minor costo iniziale
Minor costo di gestione (energia e manutenzione)
Minor tempo di rientro dall’investimento
Minor consumo energetico e conseguente produzione di CO2.
Mentre per il primo criterio è sufficiente valutare i costi di materiale e manodopera, per gli altri è necessario
eseguire un’analisi dei consumi energetici e dei costi di manutenzione. Questo è possibile grazie alla
norma EN15193 che specifica la metodologia di calcolo (stima) del consumo energetico di un impianto
tramite l’indicatore numerico LENI (Lighting Energy Numeric Indicator). I dettagli sul modello matematico
proposto sono descritti nel capitolo successivo.
Tra i fattori che determinano il valore del LENI troviamo il parametro Fa (fattore d’assenza) che identifica la
frazione del periodo di utilizzo dell’impianto per la quale la zona o l’ambiente è senza occupanti. La norma
classifica gli edifici in varie categorie all’interno delle quali troviamo specifiche tipologie di locali. Per ogni
tipo di locale viene definito un valore di Fa compreso tra 0 ed 1: più alta è la probabilità che il locale sia
sempre presidiato dagli utilizzatori, come nel caso di una reception, più il valore di Fa tende a 0.
Questo parametro fornisce informazioni utili a capire se e dove utilizzare apparecchi energicamente
performanti (ad esempio LED) e/o sistemi di controllo. Nei paragrafi seguenti vengono proposte delle
riflessioni circa l’impatto di tali soluzioni sui consumi energetici dei vari ambienti. E’ importante notare
che tali osservazioni, basate sui valori di default dei parametri proposti dalla norma, sono da considerarsi
puramente indicative e che quindi è sempre importante valutare la situazione specifica del progetto.
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Linee guida
Se un ambiente è poco presidiato è opportuno utilizzare un sistema di gestione automatica
dell’accensione e dello spegnimento in base alla presenza (MD).
Minore è la probabilità che il locale sia occupato e minore sarà l’impatto sui consumi di apparecchi
efficienti e sistemi di regolazione automatica del flusso luminoso (DLR), a causa del basso numero
di ore in cui l’impianto resta effettivamente acceso.
Maggiore è la probabilità che il locale sia occupato e maggiore sarà l’impatto sui consumi di
apparecchi efficienti e sistemi DLR, visto l’elevato numero di ore di lavoro. Inoltre maggiore sarà
il contributo di luce naturale e più elevato sarà il risparmio energetico ottenibile.
Anche in assenza totale di luce naturale l’utilizzo di apparecchi dimmerabili e sistemi di gestione
costante del flusso permette un risparmio energetico del 10% (con MF=0,8 - si veda nel prossimo
capitolo il paragrafo dedicato al calcolo del fattore Fc).
Soluzioni che includono il solo controllo automatico dell’accensione/spegnimento (MD)
permettono di utilizzare apparecchi non dimmerabili (anche quelli esistenti) ed hanno quindi
generalmente un basso impatto economico sull’investimento iniziale.
Soluzioni che prevedono apparecchi LED e/o includono la regolazione automatica del flusso
luminoso (DLR), che impone l’utilizzo di apparecchi dimmerabili, hanno generalmente un impatto
economico importante sull’investimento iniziale.
Componenti dell’impianto
MD
Motion Detection
Sistema di gestione automatica dell’accensione/spegnimento in base alla presenza persona
DLR
DayLight Regulation
Sistema di gestione costante del flusso luminoso in base al contributo di luce naturale
LED
Apparecchi efficienti
Apparecchi performanti in termini di efficienza energetica (non solo LED)
Contributo dei componenti MD e LED al risparmio energetico
Nessun apporto al risparmio energetico
Basso apporto al risparmio energetico
Buon apporto al risparmio energetico
Ottimo apporto al risparmio energetico
Contributo del componente DLR al risparmio energetico
Basso apporto, indipedentemente dal contributo di luce naturale
L’apporto dipendente dal contributo di luce naturale
Buon apporto, indipedentemente dal contributo di luce naturale
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Uffici
In questa tipologia di edifici troviamo locali con destinazioni d’uso molto diverse tra loro, il che si riflette
sui valori assegnati al parametro Fa. Se i locali sono ben illuminati dalla luce naturale l’utilizzo di sistemi di
gestione costante del flusso luminoso permette di ottenere importanti risparmi energetici.
Tipologia di area
Fa
Ufficio singolo 1 persona
0,4
Ufficio singolo 2-6 persone
0,3
Ufficio open space > 6 persone/30 m2
0
Ufficio open space > 6 persone/10 m2
0,2
Corridoio (dimmerato)
0,4
Hall d'ingresso
MD
DLR
LED
0
Showroom/esposizione*
0,6
Bagno
0,9
Toilet
0,5
Deposito/guardaroba
0,9
Locale impianti tecnici
0,98
Locale fotocopie/server
0,5
Sala riunione*
0,5
Archivio
0,98
* In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset)
personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (convegni, presentazioni, pulizia, ecc.) o dell’ora della giornata.
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Edifici scolastici
In questa tipologia di edifici i locali sono mediamente sempre occupati quando lo stabile è utilizzato
e quindi si hanno valori di Fa quasi esclusivamente inferiori a 0,5. Se i locali sono ben illuminati dalla
luce naturale l’utilizzo di sistemi di gestione costante del flusso luminoso permette di ottenere importanti
risparmi energetici.
Tipologia di area
Fa
Aula didattica*
0,25
Locale per attività di gruppo
0,3
Corridoio (dimmerato)
0,6
Locale comune junior
0,5
Sala conferenze
0,4
Locale inservienti
0,4
Palestra**
0,3
Refettorio
0,2
Sala insegnanti
0,4
Locale fotocopie/deposito
0,4
Cucina
0,2
Biblioteca
0,4
MD
DLR
LED
* La norma propone un valore di Fa pari a 0,25 il che significa che tale tipologia di locale è quasi sempre occupata. Ciò non è
sempre vero per tutte le aule didattiche in quanto in alcuni edifici potrebbero essere utilizzate in modo discontinuo durate l’arco
della giornata e/o della settimana. In tal caso l’utilizzo di un sistema di gestione automatica dell’accensione (MD) permetterebbe
sicuramente un buon apporto al risparmio energetico.
** In alcune strutture potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset)
personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (allenamenti, gare ufficiali, pulizie, ecc.).
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Ospedali
In questa tipologia di edifici i locali sono utilizzati per la gran parte della giornata. Per tale motivo è molto
utile utilizzare apparecchi performanti e sistemi di gestione costante del flusso luminoso. In alcune zone
comuni, come i corridoi e le sale di attesa, possono essere utilizzati anche sistemi di controllo in grado di
richiamare livelli luminosi (preset) personalizzati a seconda delle varie ore della giornata.
Tipologia di area
Fa
Corsia/degenza
0
Sala esami/trattamento
0,4
Sala pre-operatoria
0,4
Ricovero pediatria
0
Sala operatoria
0
Corridoio
0
Cavedio/condotti (dimmerato)
MD
DLR
LED
0,7
Sala d'attesa
0
Hall d'ingresso
0
Locale day-hospital
0,2
Laboratorio
0,2
Edifici industriali
Nelle aree industriali la presenza di personale è praticamente costante durante le ore di utilizzo dello
stabile. Per tale motivo è molto utile utilizzare apparecchi performanti e sistemi di gestione costante del
flusso luminoso.
Tipologia di area
Fa
Area assemblaggio
0
Area assemblaggio piccola
0,2
Magazzino con scaffali*
0,4
Magazzino senza scaffali*
0,2
Reparto verniciatura
0,2
MD
DLR
LED
* Il controllo della presenza (MD) nei magazzini può essere particolarmente utile se le varie corsie possono essere dotate di un
sensore dedicato ed il sistema permette la gestione indipendente degli apparecchi per ogni corsia.
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Hotels e ristoranti
In questa tipologia di edifici i locali hanno destinazioni d’uso molto diverse tra loro. Alcune aree hanno un
gran numero di punti luce e sono illuminate costantemente per gran parte della giornata e quindi l’utilizzo
di apparecchi performanti permette di ottenere importanti risparmi energetici.
Tipologia di area
Fa
Sala d'ingresso*
0
Corridoio (dimmerato)
0,4
Stanza di hotel**
0,6
Sala ristoro/caffeteria*
0
Cucina
0
Sala conferenze*
0,4
Dispensa cucina
0,5
MD
DLR
LED
* In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset)
personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (convegni, presentazioni, pulizia, ecc.) o dell’ora della giornata.
** Tipicamente per le stanze di albergo si utilizzano sistemi di Building Automation che gestiscono oltre all’illuminazione anche
altri impianti (controllo accesso, climatizzazione, ecc.). Tali soluzioni permettono di spegnere gli apparecchi quando l’utente
abbandona la camera.
Edifici commerciali
In questa tipologia di edifici i locali hanno destinazioni d’uso molto diverse tra loro. Alcune aree hanno un
gran numero di punti luce e sono illuminate costantemente per gran parte della giornata e quindi l’utilizzo
di apparecchi performanti permette di ottenere importanti risparmi energetici.
Tipologia di area
Fa
Area vendita*
0
Magazzino
0,2
Magazzino/cella frigorifera
0,6
MD
DLR
LED
* In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset)
personalizzati a seconda dell’ora e/o del giorno della settimana. Per le aree particolarmente esposte alla luce naturale, come
ad esempio le vetrine, il concetto di regolazione dell’intensità luminosa degli apparecchi segue la logica inversa rispetto al DLR.
Infatti in queste zone si vuole aumentare il livello per diminuire il contrasto tra luce naturale (esterna alla vetrina) ed illuminazione
artificiale (interna alla vetrina) al fine di mantenere un’ottima visibilità dei prodotti esposti. Durante le ore notturne quindi sarà
possibile diminuire il livello degli apparecchi e quindi risparmiare energia.
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Altre aree
Queste tipologie di locali hanno caratteristiche molto diverse e quindi l’analisi deve essere fatta considerando
il caso specifico.
Tipologia di area
Fa
Area d'attesa
0
Scale (dimmerate)
Auditorium e palco teatrale*
Sala congressi/sala esposizione*
MD
DLR
LED
0,2
0
0,5
Museo/sala esposizione
0
Biblioteca/sala lettura
0
Biblioteca/archivio
0,9
Palestra**
0,3
Parcheggio auto ufficio - privato
0,95
Parcheggio auto - pubblico
0,8
* In queste aree potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset)
personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (convegni, presentazioni, pulizia, ecc.) o dell’ora della giornata.
** In alcune strutture potrebbe essere vantaggioso utilizzare un sistema di controllo in grado di richiamare livelli luminosi (preset)
personalizzati a seconda delle attività eseguite nel locale (allenamenti, gare ufficiali, pulizie, ecc.).
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Come calcolare LENI e TCO
La norma EN15193 definisce il modello matematico per il calcolo del LENI: questo indicatore ci permette di
stimare i consumi energetici degli impianti esistenti e di nuova realizzazione. Per valutare economicamente
ed energeticamente un progetto e confrontarlo con eventuali alternative è indispensabile utilizzare uno
strumento software come TCOlight, disponibile all’indirizzo www.tcolight.com.
In pochi e semplici passaggi è possibile
valutare LENI, TCO e Payback Time di
soluzioni impiantistiche alternative.
Grazie ad un’interfaccia grafica intuitiva
è possibile inserire tutti i parametri
necessari alle valutazioni. TCOlight guida
l’utente proponendo i valori di default
contenuti nella norma e permette di
impostare in modo semplificato anche
quelli particolarmente difficili da reperire,
come i dati necessari alla valutazione del
contributo di luce naturale.
La sezione dedicata al calcolo del periodo di esercizio semplifica inoltre la determinazione delle ore con
e senza presenza di luce naturale, grazie ad algoritmi che tengono conto della latitudine e di quanto
l’impianto viene utilizzato ogni giorno.
Le soluzioni impiantistiche sono componibili considerando una o più tipologie di apparecchi (per una
stessa zona), ognuna delle quali può essere associata ad una data modalità di controllo. Tutti i prodotti
selezionati possono essere caratterizzati da parametri tecnici ed economici utili a definire in dettaglio le
componenti energetiche del LENI ed economiche del TCO.
TCOlight permette di eseguire il confronto con i valori di benchmark del LENI proposti dalla norma,
calcolati secondo i criteri adottati per la progettazione illuminotecnica, e fornisce quindi indicazioni utili
per la certificazione energetica dell’impianto.
I risultati possono essere presentati sia per singola zona che per l’intero edificio. TCOlight permette inoltre
di esportare il progetto come documento PDF personalizzabile con logo e riferimenti del redattore.
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La norma EN15193
Componenti energetiche dell’impianto
La norma europea EN15193 ha come obiettivo quello di standardizzare all’interno dell’UE convenzioni e
procedure per il calcolo delle prestazioni energetiche degli impianti d’illuminazione in edifici già esistenti,
in fase di ristrutturazione o in fase di progettazione. La norma specifica la metodologia di calcolo del
consumo energetico e definisce un indicatore numerico (LENI) utile per la classificazione energetica degli
impianti considerati. Oltre al modello matematico ed alle tecniche per la misurazione diretta del consumo
vengono forniti anche valori energetici di riferimento per ogni categoria di edificio.
Il modello matematico proposto per il calcolo dei consumi energetici degli impianti d’illuminazione
considera contributi e parametri dovuti a vari fattori.
Potenza ed energia
Per stimare il consumo energetico di un impianto viene considerata sia la potenza dissipata durante il
tempo d’esercizio sia quella dissipata quando l’impianto non è utilizzato e quindi gli apparecchi sono
spenti. La potenza totale viene quindi suddivisa in due contributi:
Pn - Potenza per l’illuminazione [W]: somma delle potenze dissipate da ogni punto luce dell’ambiente
considerato, dai relativi sistemi di controllo e dalle componenti parassite durante il periodo d’esercizio.
Pp - Potenza parassita [W]: somma delle potenze dissipate dai dispositivi di controllo e dalle componenti
parassite associate ad ogni punto luce durante il periodo di non esercizio (Ppc ), a cui si aggiungono anche
le potenze dissipate per la carica dei sistemi d’emergenza (Pem).
I diversi contributi energetici si ottengono moltiplicando le potenze per i relativi periodi di tempo.
Considerando il tempo d’esercizio annuale to, che indica il numero di ore nelle quali l’impianto è in esercizio
durante un intero anno, si cacola il contributo energetico annuale Wlanno espresso in kWh:
Wlanno = Pn * to [kWh]
In modo analogo è possibile trovare l’energia parassita annuale Wpanno:
Wpanno = Pp * (ty - t o) [kWh]
dove ty rappresenta il numero totale di ore in un anno. L’energia totale consumata in un anno sarà quindi
la somma dei due contributi calcolati precedentemente:
Wanno = Wlanno + Wpanno [kWh]
Tutte le componenti energetiche fin qui calcolate con periodi di riferimento annuali possono essere
ricalcolate con qualsiasi periodo, ad esempio mensile, settimanale o giornaliero.
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L’indicatore LENI ed il modello di calcolo dell’energia
L’energia impiegata per l’illuminazione può essere calcolata secondo il modello proposto oppure determinata
tramite misura diretta (solo per impianti esistenti). Dato questo valore è poi possibile calcolare un indicatore
numerico che consente la classificazione dell’edificio in termini di efficienza energetica. Tale indicatore è
detto LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) ed è calcolato come rapporto tra l’energia totale utilizzata
in un anno e l’area illuminata, intesa come l’intera superficie dentro e fuori le mura dell’edificio, escluse le
zone non abitabili o non illuminate:
LENI = Wanno / Area [kWh/(m2 * anno)]
L’indicatore numerico LENI indentifica quindi l’energia richiesta per l’illuminazione per metro quadro in un
anno. Per calcolarlo è quindi necessario conoscere l’energia totale consumata nel periodo di riferimento.
Come anticipato l’energia può essere determinata tramite misura diretta oppure, come avviene in fase di
progettazione di nuovi edifici, stimata attraverso il modello di calcolo proposto.
Nel primo caso, a seconda della tipologia di impianto esistente, è possibile misurare direttamente l’energia
utilizzando appositi strumenti di misura (wattmetri, amperometri e voltmetri) posizionati sui circuiti preposti
alle sole funzioni d’illuminazione.
Nel caso in cui il consumo energetico deve essere stimato è possibile utilizzare un modello di calcolo
che tiene conto di opportuni fattori, stimati in base alle caratteristiche specifiche dell’impianto in esame e
calcolati per un qualsiasi periodo di riferimento (annuale, mensile, settimanale etc.). Le formule adottate
per il calcolo dei diversi contributi energetici sono quelle mostrate in precedenza a cui vanno aggiunti i
seguenti fattori correttivi:
Fc - Fattore d’illuminazione costante: fattore che determina la quantità di potenza utilizzata per l’illuminazione
quando sono operativi sistemi di controllo che assicurano un’illuminazione costante.
Fd - Fattore di luce naturale: fattore che determina la frazione di potenza utilizzata per l’illuminazione di
zone o ambienti con disponibilità di luce naturale.
Fo - Fattore di occupazione: fattore che determina la frazione di potenza utilizzata per l’illuminazione di
zone o ambienti occupati.
Le formule vengono così modificate.
Wlt - Energia totale per l’illuminazione [kWh]: somma di tutti i contributi di energia utilizzati per l’illuminazione
(Wlt,n), dove l’aggiunta del pedice n indica il contributo energetico riferito alla zona o all’ambiente ennesimo.
I singoli contributi sono calcolati mediante la seguente formula:
Wlt,n = {( Pn*Fc )*[( td*Fo*Fd )+( tn*Fo )]}/1000
Wpt - Energia parassita totale [kWh]: somma di tutti i contributi di energia parassita (Wpt,n) dove l’aggiunta
del pedice n indica il contributo energetico riferito alla zona o all’ambiente ennesimo. I singoli contributi
sono calcolati mediante a seguente formula:
Wpt,n = {{ Ppc *[ ty -( td+tn )]}+( Pem*te)}/1000
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
17
dove la potenza parassita Ppt,n è esplicitamente divisa in potenza dissipata dagli apparecchi e dai sistemi
di controllo durante il periodo di non esercizio (Ppct,n) e potenza dissipata per il caricamento dei sistemi
d’emergenza (Pemt,n).
Wt - Energia totale consumata [kWh]: somma dell’energia totale per l’illuminazione (Wlt) e dell’energia
parassita totale (Wpt).
Wt = Wlt + Wpt
A questo punto si giunge facilmente al calcolo del LENI utile all’analisi comparativa della prestazione
energetica delle funzioni d’illuminazione di un edificio:
LENI = Wt / Area [kWh/(m2 * anno)]
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
18
Fattori correttivi introdotti dai sistemi di controllo
Grazie alle tecnologie relative al controllo dell’illuminazione viste nei capitoli precedenti l’energia consumata
dall’impianto può essere sensibilmente ridotta. Per tenerne conto nel calcolo del LENI sono stati quindi
introdotti dei fattori correttivi all’interno del modello di calcolo dell’energia. Consideriamo la formula
precedentemente descritta in cui si possono vedere varie componenti:
Wlt,n = {( Pn*Fc )*[( td*Fo*Fd )+( tn*Fo )]}/1000
Componente (Pn*Fc)
Questo termine è costituito dalla potenza nominale dei dispositivi presenti nella zona considerata scalata
del fattore d’illuminazione costante Fc. Avendo a disposizione un sistema di regolazione automatica
del flusso degli apparecchi d’illuminazione (dimmerabili) è possibile diminuire la potenza impegnata,
evitando lo spreco iniziale di energia dovuto al sovradimensionamento dell’impianto causato dal fattore di
manutenzione MF. Chiaramente il sistema aumenterà la potenza impegnata durante il periodo di utilizzo
al fine di compensare il degrado prestazionale delle sorgenti. In conclusione il termine Pn*Fc tiene conto
di questo comportamento e calcola quindi l’energia effettivamente consumata durante il periodo in cui gli
apparecchi sono accesi.
Componente “temporale diurna” (td*Fo*Fd)
Questo termine considera il numero di ore in cui è presente la luce diurna (td) scalato per i due fattori
correttivi Fo e Fd. In questo modo posso trovare un numero di ore opportuno, da moltiplicare per il termine
di potenza sopra descritto, che tiene conto dell’effetto dell’utilizzo di un sistema di controllo automatico
dell’accensione e/o dello spegnimento in base alla presenza di utilizzatori nella zona o ambiente. Il fattore
Fo considera infatti quante delle ore di utilizzo dell’impianto comportano effettivamente l’accensione degli
apparecchi dovuti alla presenza degli utilizzatori. Avendo a disposizione anche un sistema di regolazione
automatica del flusso degli apparecchi d’illuminazione (dimmerabili) è possibile diminuire la potenza
impegnata quando la luce naturale contribuisce ad illuminare la zona. Il fattore Fd considera proprio
questo effetto e riduce ulteriormente il fattore temporale diurno al fine di restituire un adeguato numero
di ore che tenga conto del comportamento complessivo dell’impianto.
Componente “temporale notturna” (tn*Fo)
Questo termine considera il numero di ore in cui non è presente la luce diurna (tn) scalato per il solo
fattore correttivo Fo poiché non esiste alcun contributo di luce naturale (Fd=1). Analogamente a quanto
descritto in precedenza il fattore Fo considera gli effetti dell’utilizzo di un sistema di controllo automatico
dell’accensione e/o dello spegnimento in base alla presenza di utilizzatori nella zona o ambiente.
Vediamo in dettaglio da cosa dipendono i fattori correttivi utilizzati.
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
19
Fc - Fattore d’illuminazione costante
Questo fattore identifica la quantità di potenza utilizzata per l’illuminazione quando sono operativi sistemi
di controllo che assicurano un’illuminazione costante. Tale parametro dipende a sua volta dal fattore di
manutenzione MF che tiene conto della perdita media di efficienza luminosa delle sorgenti durante il
periodo d’utilizzo. Poichè l’impianto deve garantire un livello d’illuminamento adeguato anche al termine
della vita utile delle sorgenti ciò impone un sovradimensionamento della potenza ad impianto nuovo o
dopo la sostituzione delle sorgenti. Avendo a disposizione un sistema di regolazione automatica del flusso
degli apparecchi d’illuminazione (dimmerabili) è possibile quindi diminuire la potenza impegnata, evitando
lo spreco iniziale di energia. Con riferimento alla figura seguente si può vedere graficamente che durante
il periodo di utilizzo il sistema aumenterà la potenza impegnata (3) al fine di compensare il degrado
prestazionale delle sorgenti (2) per mantenere costante il livello d’illuminamento (1).
Si noti che quando la potenza impegnata (3) eguaglia la potenza installata l’impianto d’illuminazione
necessita di manutenzione (pulizia degli apparecchi, sostituzione delle sorgenti, pulizia delle superfici della
stanza ecc.).
Il fattore Fc può quindi essere calcolato considerando un periodo pari ad un ciclo completo di manutenzione:
Fc = ( 1+MF )/2
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
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Fd - Fattore di luce naturale
Questo fattore identifica la frazione di potenza utilizzata per l’illuminazione di zone o ambienti con
disponibilità di luce naturale. Il suo valore può variare da 0 a 1 e dipende dai fattori Fds ed Fdc secondo la
relazione:
Fd = 1-( Fds*Fdc )
Il fattore Fds (fattore disponibilità luce naturale) quantifica la disponibilità di luce naturale mentre Fdc (fattore
di controllo) quantifica l’efficienza del sistema di controllo nello sfruttare tale contributo.
Il valore di Fds viene definito per ognuna delle varie zone coinvolte dal contributo di luce naturale. Ciò
determina così una segmentazione dell’ambiente considerato in zone illuminate e non illuminate dalla
luce del giorno. Le “fonti” di luce naturale considerate dalla norma sono classificate in finestre verticali e
lucernari, i cui rispettivi contributi di luce naturale vengono determinati con diverse regole e convenzioni.
Le caratteristiche che influenzano il valore di Fds sono legate alle dimensioni ed alle geometrie delle
strutture attraverso le quali penetra la luce. Ad esempio considerando due finestre con stessa larghezza ma
differente altezza è facile rendersi conto che la finestra con altezza maggiore garantirà una zona illuminata
più ampia a fronte di una maggiore penetrazione della luce naturale all’interno dell’ambiente considerato.
Si noti però che quanto appena detto non è vero in assoluto. Potrebbe accadere che la profondità massima
di penetrazione della luce della finestra più bassa sia uguale o maggiore della profondità dell’ambiente
considerato, rendendo quindi identico il contributo apportato dalle due ipotetiche finestre.
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
21
Per considerare gli altri fattori che influenzano l’apporto di luce naturale nelle varie zone vengono
considerati i seguenti indici:
IT - Indice di trasparenza: definito come il rapporto tra l’area della finestra in m2 e l’area totale del piano di
lavoro che beneficia del contributo della luce naturale in m2.
ID,e - Indice di penetrazione: definito come rapporto tra profondità di penetrazione della luce in m e
altezza della finestra in m.
IO - Indice d’ostruzione: tiene conto della riduzione di luce incidente sulle finestre a causa della presenza
d’ostacoli come altri edifici, montagne, alberi, sporgenze orizzontali dell’edificio stesso, tendaggi o doppi
vetri ecc. Il valore dell’indice d’ostruzione è calcolato attraverso la determinazione di altri sotto-indici che
fanno riferimento alla diversa natura degli ostacoli considerati. Per la determinazione dei sotto-indici si
adottano diverse convenzioni a seconda del caso in esame, ma è possibile identificare due classi principali
d’ostacoli: opachi e quasi trasparenti. Gli ostacoli opachi sono semplicemente quegli oggetti che non fanno
passare nessun quantitativo di luce incidente mentre gli ostacoli quasi trasparenti, quando colpiti dalla
luce, ne trasmettono una frazione. Per il calcolo dei sotto-indici riferiti ad ostacoli opachi come edifici o
montagne, si considerano solo le condizioni geometriche del sistema finestra/ostacolo. Per ostacoli quasi
trasparenti, come nel caso di tendaggi o vetri doppi, oltre alla geometria si considerano anche i coefficienti
di trasmissione, grado di pulizia della superficie e angolo d’incidenza della luce sull’ostacolo.
Oltre alla relazione di Fds rispetto alle sole peculiarità costruttive delle fonti di luce naturale è ovvio che
l’ubicazione geografica dell’edificio è di grande rilevanza. Per questo motivo la norma fornisce delle tabella
con diversi valori di Fds in funzione del grado di penetrazione della luce e della latitudine del sito.
Il fattore di controllo Fdc identifica invece l’efficienza del sistema di controllo nello sfruttare la disponibilità
dell’apporto di luce naturale. Il suo valore è determinato dal grado di penetrazione della luce all’interno
dell’ambiente e dalla tipologia del sistema di controllo (manuale o automatico). Fdc sarà tanto più prossimo
ad 1 quanto più la luce naturale penetra all’interno dell’ambiente e quanto più efficientemente il sistema
di controllo adegua l’intensità luminosa degli apparecchi. Si inutisce quindi che un sistema di gestione
automatica del flusso garantisce un valore di Fdc più elevato rispetto ad una soluzione di gestione manuale.
In conclusione si può notare che valori di Fd tendenti a 0 sono indice di un impianto altamente efficiente
nello sfruttare il contributo della luce naturale, il che impatta sul consumo d’energia per illuminare l’ambiente
durante le ore diurne. Al contrario valori di Fd tendenti a 1 indicano che non c’è nessun risparmio energetico
dovuto all’illuminazione diurna.
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
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Fo - Fattore di occupazione
Questo fattore identifica la frazione di potenza utilizzata per l’illuminazione di zone o ambienti occupati. Il
suo valore dipende da due parametri:
Fa - fattore d’assenza: fattore che identifica la frazione del periodo di utilizzo dell’impianto per la quale la
zona o l’ ambiente è senza occupanti. Ad esempio per un archivio avremo valori di Fa pari a 0,9 mentre
per una reception Fa sarà pari a 0.
Foc - fattore di controllo dell’occupazione: fattore che identifica la capacità del sistema di controllo nel
discriminare le situazioni di presenza/assenza degli utilizzatori nell’ambiente e gestire di conseguenza gli
apparecchi d’illuminazione. Ad esempio per un sistema in grado di accendere e spegnere automaticamente
gli apparecchi (Auto on/Auto off ) si avrà un valore di Foc pari a 0,9 mentre in assenza di sistemi automatici
(Manual on/Manual off ) Foc sarà pari a 1. Si noti che il valore più basso di Foc, pari a 0,8, si ottiene per
sistemi automatici che permettono l’accensione manuale e lo spegnimento automatico (Manual on/Auto
off ).
La relazione che lega Fo agli altri due fattori viene espressa con formule matematiche diverse a seconda
dei valori assunti da Fa. Ad esempio per valori di Fa compresi tra 0,2 e 0,9 si utilizza la seguente formula:
Fo = Foc + 0,2 - Fa
Il valore di Fo può quindi essere minore di 1 solo se viene utilizzato un sistema di controllo in grado di
rilevare la presenza o meno di occupanti in un ambiente o zona e gestire di conseguenza l’accensione
e/o lo spegnimento degli apparecchi. Si noti che questi ultimi possono anche non essere dimmerabili in
quanto il controllo agisce solo sui comandi di on/off.
Altre considerazioni
Accanto alle modalità sopra descritte ci sono altri metodi per conseguire significativi risparmi energetici. Ad
esempio il controllo individuale degli apparecchi, oltre ad assicurare un maggior confort nella postazione
di lavoro, permette di giungere ad un risparmio energetico anche del 40%. Ci sono anche sistemi tubolari
(daylight pipes) in grado di incanalare la luce naturale e dunque svincolare la possibilità di risparmio dalla
presenza o meno di finestre o lucernari.
Un altro caso non considerato in precedenza ma spesso utilizzato è costituito dal controllo delle scenografie
luminose (preset). Quando in un ambiente si svolgono attività che variano durante il corso della giornata,
l’illuminazione necessita di essere adeguatamente modificata. In questi casi, se il sistema lo consente, è
possibile predisporre scenari luminosi attivabili automaticamente (ad esempio tramite programmazioni
orarie) oppure da postazioni manuali. La potenza totale consumata in un generico periodo di riferimento
sarà quindi data dalla somma delle potenze medie assorbite da ogni scena, moltiplicata per il tempo
durante il quale la scena rimane attiva.
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
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Valori di riferimento
La tabella seguente indica i valori di riferimento proposti dalla norma relativi alle ore di utilizzo annue delle
varie tipologie di edificio.
Tipologia di edificio
td
tn
to
Uffici
2.250
250
2.500
Edifici scolastici
1.800
200
2.000
Ospedali
3.000
2.000
5.000
Hotels
3.000
2.000
5.000
Ristoranti
1.250
1.250
2.500
Centri sportivi
2.000
2.000
4.000
Edifici commerciali
3.000
2.000
5.000
Edifici industriali
2.500
1.500
4.000
Valori benchmark del LENI
La tabella F.1 dell’allegato H della norma indicata i valori limite del LENI per le varie tipologie di edificio.
Tali valori sono ottenuti considerando le ore di utilizzo proposte nella tabella precedente ed i valori Pem=1
kWh/(m2*year) e Ppc=5 kWh/(m2*year).
Il valori del LENI sono chiaramente influenzati dalla presenza di sistemi di controllo automatico degli
apparecchi e dai criteri utilizzati per la progettazione illuminotecnica.
La tabella riportata nella pagina seguente riassume in modo sintetico i concetti precedentemente esposti
riportando per ogni tipologia di edificio il range dei valori LENI di riferimento (benchmark).
Pn rappresenta la densità di potenza associata all’illuminazione per l’edificio in questione. Il parametro
Quality Class è indice dei criteri seguiti per la progettazione illuminotecnica, descritti nelle norme EN
12464-1 ed EN 12193 ed elencati nella tabella F.2 dell’allegato F della norma trattata in questo documento.
I valori di questo parametro indicano tre “modi” di soddisfare i lighting design criteria:
*
Basico adempimento dei requisiti
**
Buon adempimento dei requisiti
***
Completo adempimento dei requisiti.
Come già anticipato il range dei valori del LENI dipende anche dalla presenza di sistemi di controllo in grado
di gestire in modo automatico l’accensione e lo spegnimento degli apparecchi in relazione all’occupazione
dell’area e di variare la loro intensità in funzione del contributo di luce naturale.
La norma EN15193 - Requisiti energetici per l’illuminazione
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Tipologia di edificio
Uffici
Edifici scolastici
Ospedali
Hotels
Ristoranti
Centri sportivi
Edifici commerciali
Edifici industriali
Quality class
Pn
LENI range
[W/m2]
[kWh/(m2*year)]
*
15
32,2
42,1
**
20
41,4
54,6
***
25
50,6
67,1
*
15
24,8
34,9
**
20
31,4
44,9
***
25
38,1
54,9
*
15
50,7
70,6
**
25
82,3
115,6
***
35
114,0
160,6
*
10
34,6
38,1
**
20
65,1
72,1
***
30
97,6
108,1
*
10
27,1
29,6
**
25
60,8
67,1
***
35
83,3
92,1
*
10
37,9
43,7
**
20
72,1
83,7
***
30
106,3
123,7
*
15
70,6
78,1
**
25
115,6
128,1
***
35
160,6
178,1
*
10
37,5
43,7
**
20
71,2
83,7
***
30
105,0
123,7
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