trattato illuminazione ( iteressante )

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
2
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
Ing. Simone D’Ambrosio
Ore 17,50
Utilizzo della luce naturale
Ing. Federico Valeri
Ore 18,30
Dibattito
Sistema di controllo luci tradizionale
3
Interruttore meccanico
Singolo punto
di comando
Tutta la corrente che scorre nel carico scorre anche nell’interruttore
Sistema di controllo luci tradizionale
4
Doppio o triplo
punto di comando
L’alternativa a relè
5
Relè normali
o passo-passo
Il relè come base per la domotica
6
Interruttore
o pulsante
Controllo
Potenza
Sull’interruttore scorre solo la piccola corrente necessaria ad eccitare la bobina mobile del relè
Il relè come base per la domotica
7
Interruttori
o pulsanti
Array di relè
Bobine dei relè
Separazione fisica
potenza/controllo
Sistema di
Controllo
Il sistema di controllo
8
Interruttori
o pulsanti
Array di relè
controllati da PLC
Bobine dei relè
Bobine dei relè
Separazione logica
Bobine dei relè
potenza/controllo
Sistema di
Controllo
Comunicazione con il controllore
9
?
Relè e Dimmer
programmabili
Comunicazione mediante BUS
10
Relè e Dimmer
programmabili
Bus
Tastierino
programmabile
Struttura tipo di un sistema su BUS
11
Relè
Tastierino
Bus
Bus
Dimmer
Bus
Bus
Carico elettrico
Sistema a logica distribuita
Sensore
di presenza
e/o luminosità
Impianto elettrico tradizionale
12
Impianto elettrico tradizionale
13
Impianto elettrico domotico su bus
14
BUS
Impianto elettrico domotico su 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
Impianto elettrico domotico su bus
17
Sistema di controllo luci integrato
18
Circuito 1
Circuito 2
Timeclock
(automazione e
programmazione)
Tastierino
(interfaccia di comando
con feedback)
Circuito 3
Carichi da controller
(uscite)
Circuito 4
Unità di Controllo
(gestione carichi e
risparmio energetico)
Bus
Network Bridge
(gateway
programmabile)
Sensore Multifunzione
(movimento, luminosità,
ricezione IR)
Interfaccia
(Ethernet,
Seriale, USB)
Dorsali o altri bus/protocolli
PC o Laptop
(programmazione,
supervisione,
manutenzione remota)
Grandi edifici
19
In caso di edifici a
più piani prevedere
una dorsale e degli
isolatori di bus,
meglio se dotati di
“filtraggio dei
messaggi”
Dimmer o Relè?
20
Il dimming come elemento chiave per
bilanciare risparmio energetico e comfort
21
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.
Gli albori: Dimming con reostati
22
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.
Come varia la tensione sul filamento
23


Il Reostato altera solo l’ampiezza della sinusoide, senza
modificarne la fase o introdurre armoniche.
Viene dissipata parte della potenza non inviata alla lampada
Dimming con trasformatori variabili
24
Un altro tipo di dimmer del passato era il trasformatore
variabile, anche conosciuto come Variac.
Dimming con trasformatori variabili
25
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
Come varia la tensione sul filamento
26


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
Dimming con transistor SRC/TRIAC/IGBT
27
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%).
Tecnologia dei Dimmer attuali
28
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.
NB: Non tutte le lampade possono essere dimmerate a taglio di fase!
Come varia la tensione sul filamento
29
on
on
on
80%
on
on
Trailing Edge
Leading Edge
off
on
off
off
20%
Il dimmer a taglio di fase introduce numerose armoniche (=disturbi E.M.)
Compatibilità tra dimmer e carico
30
Questione
di feeling…
Ogni tipologia di
lampada
richiede una
ben precisa
tipologia di
dimmer
Le tipologie di lampade in commercio
31
Famiglie di sorgenti luminose più usate per scopi
di illuminazione (residenziali e non):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
ad incandescenza - tradizionali e alogene
fluorescenti - lineari e compatte
al vapore di sodio - a bassa ed alta pressione
agli alogenuri
a LED
fibre ottiche
Classificazione in base al metodo di generazione
della luce
– a incandescenza (1)
– a scarica in gas
– elettroluminescenza
(2, 3, 4)
(5)
Lampade a incandescenza
32
Efficienza luminosa:
10-15 lumen/W
(2% del limite teorico)
Alimentate
direttamente a
tensione di rete
(230V)
Durata 2.000 ore
Lampade alogene
33
Efficienza luminosa:
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
Effetto della variazione di tensione di
alimentazione sulle lampade ad incandescenza
34
• 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
Dimming a taglio di fase per
incandescenti
35
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!
Incompatibilità tra induttanza del
trasformatore e tecnologia Trailing Edge
36
Curva ideale di risposta alla dimmerazione di una lampada
37
Lamp light output
4
3
2
1
A
B
C
Dimmer output %
D
Curva reale di risposta alla dimmerazione di una lampada
ad incandescenza
38
Point A = 20%
Point 1 = 4%
Diff = 16%
4
Point B = 40%
Point 2 = 14%
Diff = 26%
Lamp light output
3
Point C = 60%
Point 3 = 62%
Diff = 2%
2
Point D = 80%
Point 4 = 93%
Diff = 13%
1
A
B
C
Dimmer output %
D
Lampade fluorescenti
39
Efficienza luminosa:
50-100 lumen/W
(dall’8% al 15% del
limite teorico)
Alimentate mediante
trasformatore
elettronico
(HF Ballast)
Durata: 10.000 ore
Protocolli standard per il dimming delle
lampade Fluorescenti
40
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
Potenzialità del DALI
41
Canali
fisici
Canali
logici
Etc.
Cablaggio nel caso di dimming 1-10V
42
7
OFF
102mm
6
4
102mm
5
1
2
3
To other Dynet Devices
Dynet CAT5
102mm
102mm
115mm
Dynet CAT5
72mm
DPN881
DUS704C
DUS704C
DUS704C
DUS704C
Switched Supply
DBC410
40 Amp Single
Phase and Neutral
Supply
1
2
DIMTEK DBC410
3
4
INSTALLATION DETAILS
FEED
CH 1
CH 2
CH 3
Mains Rated
2 Core and Earth
Switched Supply
Output 1
Output 2
Output 3
Output 4
Switched Supply
Dynet CAT5
Switched Supply
Switched Supply
CH 4
(Maximum 63 Ballasts)
Output 4
Output 3
Output 2
Output 1
Dynet CAT5
Mains Rated
Figure8 (polarised)
1-10volt or DSI Control
1-10volt or DSI Control
1-10volt or DSI Control
1-10volt or DSI Control
1-10volt or DSI Control
DLIII Server
IP Network
Dynet CAT5
Multiple Work Stations
Cablaggio nel caso di dimming DALI
43
6
7
OFF
102mm
5
4
102mm
2
To other Dynet Devices
Dynet CAT5
102mm
1
3
102mm
115mm
Dynet CAT5
72mm
DPN881
DUS704C
DUS704C
DUS704C
DUS704C
Dynet CAT5
Switched Supply
0.1 Amp Single
Phase & Neutral
DDBC320-DALI
Mains Rated
2 Core and Earth
Switched Supply
Output 1
DDBC320-DALI controller
(Maximum 64 Ballasts)
per output
Output 1
DALI Control
Signal
Dynet CAT5
DALI Signal Control
DLIII Server
IP Network
Dynet CAT5
Multiple Work Stations
Curva reale di risposta alla dimmerazione di una lampada
fluorescente
44
Point A = 20%
Point 1 = 5%
Diff = 15%
Lamp light output
44
Point B = 40%
Point 2 = 10%
Diff = 30%
4
Point C = 60%
Point 3 = 23%
Diff = 37%
3
Point D = 80%
Point 4 = 49%
Diff = 31%
2
1
A
B
C
Dimmer output %
D
Lampade e faretti a LED
45
Efficienza luminosa:
20-150 lumen/W
(in continua
evoluzione)
Con trasformatore
elettronico integrato
o driver esterno
Durata: 50.000 ore
Dimming a taglio di fase per
Lampade e faretti a LED
46
Trailing Edge
- i driver dei Led sono sempre trasformatori elettronici
(=carichi capacitivi)
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
Efficienza luminosa:
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
Protocolli standard per il dimming delle
strisce e spot a LED
50
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
Curva reale di risposta alla dimmerazione di una lampada
a LED
51
51
Point A = 20%
Point 1 = 65%
Diff = 45%
4
3
2
Point B = 40%
Point 2 = 79%
Diff = 39%
Lamp light output
1
Point C = 60%
Point 3 = 81%
Diff = 21%
Point D = 80%
Point 4 = 95%
Diff = 15%
A
B
C
Dimmer output %
D
Fibre ottiche
52
Non sono vere e proprie,
lampade ma mezzi di
trasmissione della luce
generata da alogene,
fluorescenti o Led.
53
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Architetture dei Sistemi di Controllo
Ing. Simone D’Ambrosio
Responsabile Commerciale
E-mail: [email protected]
Indice
54
Intermark Sistemi srl
•
Confronto tra sistemi centralizzati, distribuiti e misti
•
Esempi di impiego dei tre sistemi
•
Il BMS e il supervisore di controllo luci
“specializzato”
Architettura Generale di un Sistema di
Controllo nella Building Automation
55
Intermark Sistemi srl
3 Tipologie
56
Intermark Sistemi srl
•
Sistemi Centralizzati
•
Sistemi Distribuiti (DCS o P2P)
•
Sistemi Misti o Ibridi
Sistemi Centralizzati
57
Intermark Sistemi srl
Il sistema di controllo è concentrato in una singola
unità. Le unità di attuazione in campo sono prive di
intelligenza.
Attuatore1
Sensore1
CPU
Attuatore2
Sensore2
Sistemi Centralizzati - Esempio
58
Intermark Sistemi srl
Sistemi Centralizzati – Pro e Contro
59
Intermark Sistemi srl
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 totalfail
Costo totale di sistema
(sopratutto per piccoli
progetti)
Sistemi Distribuiti – dal P2P al DCS al Misto
60
Intermark Sistemi srl
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
Sistemi distribuiti – (DCS) – Pro e Contro
61
Intermark Sistemi srl
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
Sistema Semidistribuito o Misto
62
Intermark Sistemi srl
“network”
Sistema Misto/Ibrido - Esempio
63
Intermark Sistemi srl
Sistemi Misti – Pro e Contro
64
Intermark Sistemi srl
Pro
Gli stessi del DCS
Contro
Gli stessi del DCS
Maggiore flessibilità
client/server rispetto al
DCS
Figure professionali e
competenze richieste
Personalizzazioni di
impianti e Servizi a
valore aggiunto
L’architettura
“Networked” non
significa che si basa su
un unico protocollo
Esempio: DALI per uffici
65
Intermark Sistemi srl
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
Cubicle
15.20m
Layout di Cablaggio
66
Intermark Sistemi srl
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
Cablaggio a schema FISSO
67
•Utilizzo del controllo
010V, DSI o DALI
broadcast
Intermark Sistemi srl
1
Office
2
3
4
5
6
7
Office
Office
Office
Office
Office
Office
9
8
Office
10
Office
•125 lampade
•49 circuiti di potenza
p
•49 circuiti di controllo
ballast
49
35
38
Office
36
39
Office
33
Storage
Office
11
Office
34
Office
18 Kitchen
37
17
40
Office
Conference
12
Office
13
Office
19
41
Office
Men
26
42
Office
•Aree per controllo con
luce naturale
43
Office
14
Women
25
32
St
20
15.20m
24
44
Office
Storage
31
46
47
16
27
Mech
48
•Aree per il controllo di
presenza
Storage
45
Office
28
Storage
23
29
Office
30
Office
21
Office
Office
22
Office
15
Dettaglio di cablaggio per lampade HF
68
Intermark Sistemi srl
QE
* linee 240v & bus verso i QE
Terminazioni sui cavi nrcessarie:
69
Intermark Sistemi srl
QE
* linee 240v & bus verso i QE
Cablaggio BUS – Dynet (RS485)
70
44 sensori
multifunzione
5 interfacce utente:
tastierino o
Touchscreen
1 network di
comunicazione
(RS485)
1 alimentatore per
network
Intermark Sistemi srl
Controllo puntuale delle lampade
71
Intermark Sistemi srl
1
11%
20%
11%
24%
2
24%
45%
54%
68%
1
68%
78%
60%
54%
3
81%
92%
81%
2
3
72
Intermark Sistemi srl
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
Layout DALI
73
•125 lampade
Intermark Sistemi srl
1
Office
Office
Office
Office
Office
Office
Office
Office
Office
•3 circuiti di
alimentazione
•3 Universi DALI
Office
Office
Office
Storage
Kitchen
Office
p
Office
Conference
Office
•Lampade
indirizzabili
individualmente per
sensore lux
•Lampade
indirizzabili
individualmente per
sensore presenza
Office
Office
Office
Men
Storage
Office
Mech
Women
Office
St
Storage
15.20m
Storage
Office
Office
Office
Office
2
Office
Office
Office
3
Cablaggio per lampade DALI e Alimentazione
74
Intermark Sistemi srl
QE
DALI
Signal Cable
Cablaggi richiesti - DALI
75
Intermark Sistemi srl
3
6
15 18
9 12
QE
20
22
DALI
Signal Cable
24
26
28
30
76
Intermark Sistemi srl
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%)
Sistema Misto + DALI
77
Intermark Sistemi srl
Esempio di sistema distribuito + DALI
78
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
Collegamento punto-punto per ogni lampada
79
Intermark Sistemi srl
80
Intermark Sistemi srl
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
Analisi di un sistema distribuito
81
Intermark Sistemi srl
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
Il supervisore – SCADA, BMS o specializzato ?
82
Intermark Sistemi srl
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).
Funzioni di un BMS
83
Intermark Sistemi srl
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
Supervisore Lighting Specializzato
84
Intermark Sistemi srl
•
•
•
•
•
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.
Esempio di interfaccia grafica
85
Intermark Sistemi srl
Mappa vettoriale e collegamenti tra i nodi
86
Intermark Sistemi srl
Zooming
87
Intermark Sistemi srl
Controllo puntuale delle zone
88
Intermark Sistemi srl
Monitoraggio stati delle lampade (DALI o sistemi
bidirezionali)
89
Intermark Sistemi srl
Sul DALI passano
informazioni in più
rispetto all’indirizzo del
ballast e al valore di
dimmerizzazione della
lampada
Manutenzione a colpo d’occhio.
90
Intermark Sistemi srl
La semplicità è molto importante nella gestione di sistemi
complessi…
Database delle lampade
91
Intermark Sistemi srl
Codice d’ordine e informazioni
tecniche
Posizione di installazione
Ore di funzionamento effettivo e
di targa
Test Lampade di Emergenza DALI
92
Intermark Sistemi srl
I
Monitoraggio, Misure e Report
93
Intermark Sistemi srl
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Le RTU: unità di controllo
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Intermark Sistemi srl
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.
Sensori e Attuatori
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Intermark Sistemi srl
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…)
Un approccio non proprio integrato….
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Gestione Carichi Elettrici
•
•
•
Gestione delle Utenze.
Sistemi di controllo delle Utenze
Misure dirette e indirette dei carichi
Gestione delle Utenze
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Intermark Sistemi srl
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 - residenziale
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Intermark Sistemi srl
•
Impiego di un misuratore di corrente (TA) con relais
di stacco integrati nel controller.
•
Sistema semplice, veloce e integrato nel QE
• Lo stacco avviene sulla
base di un elenco di
priorità e il numero di
uscite controllate è
limitato (1-8)
• Ripristino in
automatico
Gestione delle Utenze - residenziale
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Intermark Sistemi srl
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
Gestione delle utenze – Terziario
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Intermark Sistemi srl
•
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
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Intermark Sistemi srl
•
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.
Misure Dirette e Indirette
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Intermark Sistemi srl
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
Misure indirette
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Intermark Sistemi srl
Conoscendo lo stato di ciascuna uscita e dei carichi a
valle di ciascuna di esse (Database relazionale)
possiamo indirettamente risalire al consumo
istantaneo.
Software di supervisione
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Intermark Sistemi srl
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Intermark Sistemi srl
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Intermark Sistemi srl
Gestione delle utenze - Hospitality
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Intermark Sistemi srl
Gestione carichi integrata e flessibile
109
Intermark Sistemi srl
Installazione tipica
110
Intermark Sistemi srl
Mains
dimmer
sensore
bus
Rete LAN
tastierino
Postazioni di lavoro con PC
Installazione tipica
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Intermark Sistemi srl
Mains
dimmer
sensore
bus
Rete LAN
tastierino
In questo scenario l’utente interagisce
con il tastierino o con il sensore (se
installati)
Postazioni di lavoro con PC
Gestione carichi tramite BMS
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Intermark Sistemi srl
Mains
bus
Interfaccia di
comunicazione
Rete LAN
SERVER PC
Collegamento alla LAN
Postazioni di lavoro con PC
Il controllo dell’isola di lavoro… dal PC
113
Intermark Sistemi srl
Progettare con la luce naturale
114
Sistemi di gestione delle motorizzazioni
115
Motori per tende e
tapparelle, con fine
corsa integrati
Sistemi di gestione delle motorizzazioni
116
I sistemi per schermare la luce solare posti all’esterno
dell’edificio minimizzano l’introduzione di energia all’interno.
Possono essere fissi o motorizzati.
Sistemi di gestione degli automatismi
117
Lift per televisori e videoproiettori
Controllo diretto:
Motori “a 3 fili” a 230V
118
Occorre prevedere 2 relè,
possibilmente dotati di
“interlocking”
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
121
RS485 4ILT
Remote control of 4 motors
Gli encoder ottici
integrati
forniscono
feedback su stato
e posizione della
tenda/tapparella
Vantaggi dei motori dotati di bus ed encoder ottici
122
•La posizione della tenda/tapparella diventa una grandezza nota
•Cablaggio estremamente semplificato e ridotto
Standard Motor Interface
123
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
124
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
125
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
126
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.
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
127
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.
Aumentare il risparmio energetico
integrando più sistemi
128
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)
Compensazione luce diurna, automatismi
129
Gestione dell’energia:
Sensori da muro o soffitto
130
• Esistono sensori di movimento
(PIR) e sensore di luminosità
ambientale (PE) in un unico
dispositivo.
• Il posizionamento va valutato con
molta attenzione!
Luce bianca dinamica
131
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.
Energy Management Solutions
132
Risparmio energetico: strategie di progetto
133
• 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
Consumi tipici in una installazione non controllata
134
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.
135
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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.
Impianto tradizionale
Impianto con sensore luminosità
Impianto con sensore presenza
Impianto con sensore presenza + luminosità
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
Normative Unione Europea in tema di Risparmio Energetico
2010/31/UE - Energy Performance of Buildings Directive
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.
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
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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
Fc
Fo
Fd
Td
Tn
Area
potenza nominale dell’impianto d’illuminazione
dipende dal sovradimensionamento della potenza dell’impianto
dipende dal grado di occupazione dell’area illuminata
dipende da come il sistema di controllo sfrutta la luce naturale
ore di funzionamento dell’impianto in presenza di luce naturale
ore di funzionamento dell’impianto in assenza di luce naturale
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.
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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.
Costi di gestione
Ricambi e manodopera
Energia
Investimento iniziale
Costo degli apparecchi e del
sistema di controllo,
dell’installazione e della
configurazione e collaudo
dell’impianto.
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.
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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.
Project Designer
Applicazione web-based
Acceso tramite web-browser
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)
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)
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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.
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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.
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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).
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
Valutazioni energetiche
Il software calcola i consumi utilizzando il LENI. Da questo dato viene valutato il Risparmio
Energetico e la quantità di CO2 prodotta.
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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.
Ingegneria per il controllo dell’illuminazione
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