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EFFICIENZA ENERGETICA DEGLI IMPIANTI ELETTRICI: AGGIORNAMENTI NORMATIVI

29/04/2020
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Una grande opportunità per la sostenibilità ambientale, il risparmio energetico ed economico.

Vincenzo Matera (Segretario CEI/CT 44)

Il PNIEC (Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima), del dicembre 2019, vede l’Italia concorrere a un’ampia trasformazione dell’economia, nella quale la decarbonizzazione, l’economia circolare, l’efficienza energetica e l’uso razionale ed equo delle risorse naturali, rappresentano un insieme di obiettivi e strumenti più rispettosi delle persone e dell’ambiente.

Il quadro legislativo nazionale su indirizzi della Commissione UE ha quindi degli evidenti benefit. Con una proiezione al 2030, un occhio di riguardo alla sostenibilità con la presenza di edifici “NZEB” (Nota 1) e con gli obiettivi di efficienza energetica (elettrica) (Nota 2), ciò potrà essere conseguibile attraverso l’uso di:

  • prodotti elettrici efficienti (per es. apparecchi utilizzatori, macchine);
  • sistemi di automazione (per es. BACS, TMB (Nota 3), Domotica) per gestire al meglio l’uso dell’energia elettrica attraverso misure, sistemi e piattaforme HW e SW intelligenti (EEMS – Efficiency Energy Management System), che comprendono contatori elettrici di seconda generazione (“Power Metering and monitoring device” e altri sensori) interconnessi tra loro e con la rete pubblica;
  • Fonti di Energia Rinnovabile (FER).

In termini elettrici parliamo di “EEE” (Electrical Energy Efficiency), cioè di un approccio di sistema per ottimizzare l’uso efficiente dell’elettricità tenendo conto del consumo (kWh), del costo (€/kWh), della tecnologia e dell’impatto ambientale.

Un approccio molto affine al DM 26-06-2015, che ha stabilito i requisiti minimi per gli edifici non residenziali, tra cui l’applicazione di un sistema di gestione automatica degli edifici e degli impianti conforme al livello B della Norma EN 15232 (Nota 4), e alla Direttiva 844/2018/UE sull’efficienza e prestazione energetica degli edifici da recepire entro il 10/03/2020 (Nota 5).

Direttiva che modifica il “sistema tecnico per l’edilizia” (art. 3) e aggiunge tra le soluzioni per l’efficienza (art. 3bis) il “sistema di automazione e controllo dell’edificio”, ossia il sistema comprendente tutti i prodotti, i software e i servizi tecnici che contribuiscono al funzionamento sicuro, economico ed efficiente sotto il profilo dell’energia dei sistemi tecnici per l’edilizia tramite controlli automatici e facilitando la gestione manuale di tali sistemi.

In questo contesto, e non solo in questo, nel 2018 e 2019 sono state pubblicate da IEC e CENELEC due interessanti Parti della normativa IEC o HD 60364 sugli impianti elettrici utilizzatori di Bassa Tensione (Tabella 1), da noi note come Norma CEI 64-8 e di prossima pubblicazione, il cui approccio, i requisiti e le raccomandazioni si applicano per nuove installazioni e modifica o aggiornamenti di installazioni esistenti.

Tabella 1 – Le nuove Parti della normativa IEC CENELEC e CEI sugli impianti elettrici di bassa tensione

Non ci si limita all’automazione dell’impianto di illuminazione, riscaldamento, condizionamento, produzione acqua calda, ventilazione, FER, già noti nella valutazione delle prestazioni energetiche dell’edificio e della propria classificazione (Attestazione Prestazione Energetica “APE” e Norma EN 15232), ma si va oltre prendendo in considerazione altre misure di efficienza che riguardano più da vicino l’impianto elettrico utilizzatore degli utenti per la riduzione delle perdite, per esempio il rifasamento, il posizionamento ottimale della cabina elettrica e dei quadri elettrici principali, le misure e la gestione ottimale e razionale dell’energia elettrica.

I requisiti e le raccomandazioni della Parte 8-1 non sono prioritari rispetto alla conformità alla regola dell’arte (sicurezza) di cui alle Norme IEC della serie 60364-8 (ovvero CEI 64-8); quelli della Parte 8-2 (e della futura Parte 8-3), fermo restando il rispetto delle Regole Tecniche nazionali vigenti sulle connessioni degli utenti alla rete pubblica (Norme CEI 0-16 e 0-21), vanno ad ampliare il progetto dell’impianto elettrico dei Prosumer’s collettivi e condivisi. L’autoconsumo individuale e collettivo e le comunità energetiche che condivideranno l’energia prodotta da fonti rinnovabili, sarà regolato da contratti che i clienti finali associati stipuleranno tra loro e con il distributore di energia elettrica (Nota 6).

In ogni caso, e vale per tutti i settori, la gestione dell’efficienza energetica non deve ridurre la disponibilità e/o i servizi elettrici al di sotto del livello desiderato dall’utente.
La seconda edizione della Parte 8-1 sostituirà l’attuale Norma CEI 64-8/8-1:2016, mentre la Parte 8-2 è una nuova edizione e sono in corso i lavori per una seconda edizione prevista nel 2022.

La Norma IEC 60364-8-1 Ed.2

La nuova Parte 8-1 ha introdotto interessanti novità rispetto all’edizione 1 in vigore.
Ha trasformato l’allegato B sul metodo di valutazione dell’efficienza energetica dell’impianto elettrico da informativo a normativo, dando un importante riconoscimento a come deve essere effettivamente svolta l’efficienza energetica.
Per raggiungere la classe di efficienza bisogna convalidare con misure e calcoli ogni misura (parametri) applicata, come con l’edizione 1 in vigore.

Questo nuovo criterio di convalida della valutazione non è solo qualitativo (quali scelte, con quali tecnologie e quale percentuale), ma anche quantitativo, perché i risultati che si ottengono con le misure scelte sono comparati ai consumi energetici risparmiati, ai rendimenti delle apparecchiature (trasformatori), oppure a quanti criteri sono stati applicati per l’efficienza rispetto a quelli applicabili (per esempio nella scelta delle maglie). Un nuovo metodo che, insieme alla “lunghezza del percorso medio”, rappresenta a mio avviso una delle novità più importanti.

Per ogni misura di efficienza adottata (Tabelle B.2 Parametri per non Residenziale e B.30 per Residenziale della Norma), si calcola e seleziona il relativo coefficiente (dove previsto) e si attribuisce il corrispondente punteggio variabile in base alla destinazione d’uso dell’edificio. Al termine si sommano tutti i punti corrispondenti ad ogni parametro convalidato e si trova la classe di efficienza energetica dell’impianto elettrico:

Si passa da cinque a sei classi di efficienza.
Se si potessero convertire i risultati in W/m2 e Wh/m2 per un certo periodo di tempo (anno), e allineare i risultati della valutazione di efficienza energetica (IEC 60364-8-1:2019) con quelli della prestazione energetica (Norma EN 15232), si potrebbe introdurre nei progetti e nelle varie attestazioni (per es. APE “Attestazione Prestazione Energetica”), anche la quota parte dell’impianto elettrico mancante. Ma questo è un altro tema.

In ogni caso, il metodo della Parte 8-1 è collocabile in due scenari:

  • impianto nuovo, dove i consumi energetici sono calcolati, e in cui il ritorno dell’investimento (payback) per implementare la tecnologia può essere valutato rispetto ai risparmi presunti;
  • impianto esistente, dove i consumi sono invece misurabili e il payback si basa sui risparmi energetici certi.

Nel seguito si riporta qualche esempio sulle novità normative dell’Allegato B.

Metodo della lunghezza del percorso medio (A.3)

Con il metodo dell’allegato A art. A.3 (Nota 7) si ha una seconda possibilità per calcolare la posizione baricentrica (ottimale) del quadro elettrico di distribuzione principale dal quale derivare i cavi (o condotti sbarre) che alimentano l’impianto elettrico di tre reparti (DB) posti in una determinata area dell’edificio, calco- lando la lunghezza media del percorso dei cavi “Iavg”.

Per ogni impianto (DB), che ha origine da un proprio sotto-quadro elettrico di zona (o reparto), si misura (o si stima) il consumo energetico annuo e si misura la lunghezza del percorso dei cavi dal quadro principale ai sottoquadri ipotizzando quattro scenari (V1…V4 – Location 1…3).

I risultati conseguiti nell’esempio evidenziano che, in termini di efficienza energetica, V1 è la strada migliore, mentre V4 può essere un buon compromesso se rispetto a V1 l’investimento è inferiore e l’efficienza è simile (Figura 1).



Figura 1 – Esempio di calcolo dell’efficienza energetica con il metodo della lunghezza del percorso medio

Parametro II01: Determinazione del consumo di energia

La determinazione del profilo di carico è il punto di partenza sui cui si basano le scelte per fare efficienza energetica sull’impianto elettrico degli utenti e per individuare in che modo alimentare i PEI individuali, collettivi e condivisi che la Parte 8-2 ci presenta (per es. alimentazione dalla rete pubblica, dall’impianto privato collettivo o condiviso tra PEI).

Si considerano i consumi annuali dei circuiti divisi in maglie e in zone (parametro EM01 e EM04) facenti parte della gestione dell’energia misurati alla propria origine.

Suddividendo in zone e maglie si ha il maggior beneficio in termini di efficienza, perché i circuiti sono più gestibili dal punto di vista dei consumi energetici; possono essere controllati (monitoraggio = misure), e comandati (per es. distacco dei carichi in un determinato periodo).

Si raggiunge il massimo punteggio se l’impianto elettrico è diviso in tante più maglie possibili che coprono tutte le zone dell’edificio e i consumi energetici rispetto al totale dell’impianto elettrico sono superiori al 90% (Figura 2).

Figura 2 – Calcolo per la determinazione del consumo di energia

Parametro EM07 E PM07 Monitoraggio e gestione energia (EEMS)

In funzione delle grandezze elettriche misurate e calcolate dai dispositivi per la misura ed il controllo delle prestazioni (PMD da “Performance measuring and monitoring devices”) e in funzione dello scopo per cui si misura (per es. esigenze contrattuali, stime energetiche, calcolo preciso del costo di un prodotto), si decide dove posizionare i PMD (PMD-I, PMD-II e PMD-III) e quale accuratezza (classe di precisione e incertezza strumentale)
devono avere questi dispositivi.
La Figura 3 illustra un esempio di scelta e posizione dei dispositivi.

Figura 3 – Esempio di scelta e posizione dei dispositivi

Parametro MA01 e MA02 – Prestazioni manutentive

I provvedimenti presi non possono ignorare il mantenimento delle prestazioni di efficienza energetica nel tempo (Prestazioni manutentive).

I sistemi di monitoraggio e supervisione tipo SCADA, DCS ed altre piattaforme HW e SW che permanentemente controllano l’impianto elettrico offrono indiscutibilmente maggiori prestazioni manutentive e determinano il maggior punteggio nella classificazione impiantistica.

Si raccomanda una frequenza di verifica:

  • quinquennale per edifici commerciali;
  • triennale per edifici industriali e infrastrutture.

Peccato ciò non sia normativamente applicabile anche al settore residenziale, ambito in cui il risparmio energetico non è affatto trascurabile.

BS01: Renewable Energy Source e storage (Bonus)

I parametri bonus consentono di ottenere punti aggiuntivi come incentivo per il miglioramento dell’efficienza energetica
complessiva (Figura 4).

Figura 4 – Parametri bonus

IEC 60364-8-2 Ed.1

L’utente (Prosumer) parteciperà attivamente allo scambio energetico della rete elettrica.
Il suo impianto elettrico “PEI” potrà essere alimentato dal distributore e da altri impianti di utenti che a sua volta potrà alimentare. Una infrastruttura di rete elettrica pubblica e privata tutta interconnessa nel modello concettuale delle “Smart Grid” che condivide e coopera con le proprie fonti energetiche per ridurre l’importazione di energia dall’estero, potrà dipendere sempre meno dai combustibili fossili e quindi inquinare meno e risparmiare sulla bolletta.

Una gestione ottimale degli impianti di “comunità energetiche” che in modo collettivo e condiviso produrranno e consumeranno energia elettrica offrendola alla rete pubblica secondo precisi accordi utente – distributore e i cui PEI dovranno adattarsi in sicurezza e funzionalità ai repentini cambi delle modalità di funzionamento diretta, inversa e in isola.

La prima edizione della Parte 8-2 pone l’attenzione sulla compatibilità funzionale e sicura tra i PEI (Prosuming Electrical Installations) (Figura 5) e la fornitura di energia elettrica.

Figura 5 –Esempio di impianto PEI (IEC 60364-8-2)

Se i Prosumer sono gli utenti attivi/passivi, il PEI, vale a dire il suo impianto elettrico, deve tener conto sia dei vincoli connessi con il DSO (per es. la disponibilità di energia e vincoli contrattuali), sia delle necessità espresse dall’utente finale.

È un sistema elettrico che utilizza le tecnologie di scambio e controllo delle informazioni, il calcolo distribuito e sensori e attuatori associati, allo scopo di:

  • integrare il comportamento e gli interventi degli utenti della rete e delle altre parti interessate,
  • fornire in modo efficace una fornitura elettrica sostenibile, economica sicura.

Il PEI può essere:

  • individuale, quando si riferisce a un impianto singolo di consumo e/o produzione di energia elettrica dotato di un sistema di gestione per il proprio funzionamento (EEMS), grazie al quale può decidere, conformemente al contratto con il DSO, quando deve rendere disponibile la produzione locale di energia per l’immagazzinamento locale, l’uso locale o per il trasferimento alla rete pubblica;
  • collettivo, quando diverse alimentazioni elettriche possono alimentare tutti gli utenti attivi interessati attraverso il sistema di distribuzione interno al PEI o quello del DSO, se così concordato con quest’ultimo. Più utenti attivi possono cooperare e coordinare le proprie risorse in modo da realizzare un’alimentazione elettrica comune. Per la comunità dei consumatori viene gestita una sola unità separata che genera l’energia elettrica;
  • condiviso, quando diversi impianti di consumo e/o produzione di energia elettrica, simili ad un PEI individuale, collegati alla stessa rete di distribuzione pubblica a bassa tensione o al sistema di distribuzione interno del PEI, condividono tra loro le singole alimentazioni elettriche e le apparecchiature di immagazzinamento dell’energia.

Il PEI può funzionare in modalità diretta, inversa o in isola (All. B informativo).

In funzione del tipo di PEI e del proprio modo di funzionamento, varia il punto di connessione con il DSO (“POD”), varia la possibilità di alimentare l’impianto elettrico dalle diverse fonti, di immettere in rete l’energia autoprodotta e di alimentare altri utenti sfruttando la rete pubblica o l’impianto elettrico del PEI.

Un PEI può in qualsiasi momento modificare il proprio modo di funzionamento, anche in modo frequente, e a tale scopo devono sempre essere garantite adeguate misure di protezione.

Più nello specifico, tali provvedimenti possono riguardare:

  • i contatti elettrici che risentono in modo determinante del sistema di collegamento a terra del neutro e delle masse (TT, TN, IT) quando si adotta la protezione mediante interruzione automatica del circuito;
  • le sovracorrenti, caso in cui, ferma restando la conformità alla Norma CEI 64-8/4 Cap.43 (IEC 60364-4-43), la scelta dei dispositivi di protezione deve tenere in considerazione il livello massimo e minimo di cortocir- cuito, assai diversi da una modalità di funzionamento diretta ad una in isola, e tutte le possibili direzioni dei flussi di corrente e delle loro polarità. Il funzionamento di tali dispositivi di protezione deve corrispondere alla direzione al flusso di corrente;
  • l’interruzione della rete pubblica (gli utenti attivi devono in tal caso azionare i propri PEI individuali privati nel modo isola o scollegare automaticamente tutte le alimentazioni elettriche locali). Dal momento che il funzionamento dei carichi può essere comandato e controllato in modo continuo ed essere alimentato da diverse fonti, l’impianto elettrico deve adattarsi alle rapide condizioni di domanda/risposta (resilienza).

L’adattamento può comportare frequenti distacchi dei carichi, dove compatibili con le necessità del “Prosumer” e altrettanto frequenti commutazioni tra i diversi modi di funzionamento. Il continuo “stacca – attacca” porta alla scelta di dispositivi di controllo e di protezione con un ciclo di vita elevato in termini di funzionamento elettrico e meccanico (per es. numero di cicli o operazioni consentite prima che si verifichi un’avaria o un guasto):

  • le sovratensioni transitorie, di breve durata, di pochi millisecondi o inferiore, oscillatoria o non oscillatoria. In genere, sovratensioni di origine atmosferica;
  • l’immagazzinamento dell’energia con particolare attenzione alle correnti di spunto e ad altre caratteristi-che, specialmente nel modo di funzionamento in isola;
  • la ricarica dei veicoli;
  • la selettività (combinata o back-up) tra i diversi dispositivi di protezione (monte-valle), caso in cui è importante conoscere la posizione dell’alimentazione;
  • l’interazione con la rete pubblica per soddisfare tutti i requisiti di alimentazione (per es. il controllo della tensione e della frequenza) e il programma di riduzione dei carichi attraverso un EEMS e secondo esigenze del DSO.

IEC TS 60364-8-3 Ed.1 Low-voltage electrical installation – Part 8-3: Operation of prosumer’s electrical installations

Accenniamo, infine,ad una prossima specifica tecnica, ossia il progetto della prima edizione IEC TS 60364-8-3 votato positivamente nel gennaio scorso e di prossima pubblicazione; non c’è un corrispondente progetto CENELEC.

La Parte 8-2 ha dato ai progettisti alcuni importanti avvertenze che la Parte 8-3 completerà a meno che tutto possa confluire nella Parte 8-2 per dare immediato valore normativo a requisiti di sicurezza.

Sempre con riferimento alla serie di Norme IEC o HD 60364 (CEI 64-8), i requisiti e le raccomandazioni serviranno agli utenti e ai gestori di impianti elettrici a bassa tensione per la sicurezza e il corretto funzionamento dei PEI.

Lo scopo è quello di far ben funzionare l’installazione elettrica di Prosumer (PEI), individuando i parametri tecnici e i valori limite che influenzanola sicurezza e il corretto funzionamento, fornendo modelli di scambio di dati, prove e procedure per il PEI che potrebbero includere generatori locali, unità di accumulo dell’energia, carica BEV (Battery Electric Vehicle), Prosumer’s Measurement Unit (PMU).


NOTE

1 Edifici a energia quasi zero (Nearly Zero Emission Building).

2 La compensazione è possibile solo per i fabbisogni del medesimo vettore energetico (elettricità con elettricità, energia termica con energia termica, ecc.) ed è possibile solo fino a copertura dei fabbisogni energetici considerati nella prestazione (ad es. autoproduzione). L’eccedenza di energia rispetto al fabbisogno mensile, prodotta in situ e che viene esportata, non concorre alla prestazione energetica dell’edificio, ma al bilanciamento della rete elettrica che concorre alla sostenibilità ambientale ed economica (per es. riduzione dipendenza dai combustibili fossili e dall’importazione di energia elettrica.

3 BACS “Building Automation and Control Systems”; TBM “Technical Home and Building Management”.

4 Si veda anche Guida CEI 205-18:2017-04.

5 Una bozza di decreto attuativo è stato approvato il 29 gennaio scorso dal CdM.

6 Il DL n. 162/2019 , che consente di attivare l’autoconsumo collettivo da fonti rinnovabili per condividere l’energia prodotta, ovvero di realizzare comunità energetiche rinnovabili secondo le modalità e alle condizioni stabilite dall’art. 42 bis, è stato convertito con modifiche dalla Legge del 28/02/2020 n. 8 (S.O. G.U. n. 51 del 29/02/2020).

7 Invariato rispetto alla prima edizione il metodo del baricentro del carico (A.1).

8 Utente attivo (Prosumer: entità o parte, che può essere sia un produttore che un consumatore di energia elettrica (art.3.6).


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