Come implementare i sistemi BACS negli impianti tecnologici

La normativa UNI EN ISO 52120, che ha sostituito la UNI EN 15232, permette di valutare la classe di efficienza energetica di un edificio, residenziale o non residenziale, attraverso due possibili metodi: quello tabellare detto fattore BAC o quello dettagliato che risulta però più complicato e di difficile attuazione.

In questo articolo andremo ad analizzare nello specifico il primo procedimento, illustrando con degli esempi pratici come poter adempiere alle richieste delle differenti classi BACS; ottenendo come output il fabbisogno energetico dell’edificio, secondo la classificazione di automazione e controllo scelta.

  Classificazione BACS

• Classe D (non energy efficient): la classe più bassa, nella quale rientrano gli impianti tradizionali non performanti dal punto di vista energetico, senza possibilità di controllo e automazione;
• Classe C (standard): ovvero la classe di riferimento per la valutazione, con automazione tramite sistemi tradizionali o bus con funzioni base;
• Classe B (advanced): classe con un livello avanzato di BACS dotati anche di funzioni di gestione TBM (Technical Home and Building Management) coordinati centralmente;
• Classe A (high energy performance): la più avanzata in termini di BACS e TBM.

La valutazione di tutti i contributi per i servizi di riscaldamento, acqua calda sanitaria, raffrescamento, ventilazione, illuminazione, oscuranti e gestione impianti tecnici (TBM) porta alla definizione della classe BACS dell’edificio.

In riferimento alla tipologia di destinazione d’uso (residenziale o non) e all’intervento edilizio in essere, quale nuova costruzione, ristrutturazione eccetera, si può incorrere in una classe minima BACS richiesta.

La procedura di asseverazione dei BACS, definiti dalla norma UNI EN ISO 52120-1, è fornita dalla norma UNI/TS 11651:2023.

Il metodo tabellare

Nel metodo “BAC factors” il sistema impiantistico viene suddiviso in sette tipologie:

• Riscaldamento;
• Acqua calda sanitaria;
• Raffrescamento;
• Ventilazione;
• Illuminazione;
• Oscuranti;
• Gestione impianti tecnici (TBM)

Ognuna di queste categorie si compone di svariati servizi, con diverse funzionalità operative con cui possono essere gestiti; vediamo alcuni esempi.

Controllo del sistema di emissione

Se non è presente il controllo dell’emissione di calore, come già spiegato, si rientra nella classe D. Qualora ci fosse una regolazione sul generatore tramite sonda di temperatura esterna, curva climatica e regolazione del circolatore di distribuzione, questa non sarebbe comunque sufficiente per rientrare nella classe superiore.

Sarebbe invece necessaria una regolazione più raffinata d’ambiente che può avvenire con:

• valvole termostatiche installate sui radiatori che, grazie a un sensore termo-sensibile agente su un otturatore, regolano il flusso del fluido termovettore in funzione della temperatura ambiente;
  
• termostato ambiente con sonda di temperatura agente su elettrovalvola d’ambiente;

tali configurazioni consentirebbero pertanto di rientrare nella classe C. Il risparmio energetico sarà garantito dalla capacità del sistema di accendersi solamente quando la temperatura interna, dipendente dall’occupazione e dagli apporti interni e solari, avrà superato il set point ambiente.

Qualora fosse necessario accedere alla classe B, o superiore, occorrerà prevedere un regolatore che tramite comunicazione digitale (wireless o a filo) sarà in grado di regolare la temperatura e trasmettere lo stato di funzionamento dell’organo controllato. Se si installassero dei dispositivi di rilevazione, quali sonde ambiente, sensori di presenza, CO2 e contatti apertura serramenti, questi, interagendo con dei controllori elettronici, consentirebbero di variare le portate del fluido termovettore in funzione dei parametri monitorati.

Pertanto, il riscaldamento/raffrescamento potrebbe essere interrotto in tempo reale se non ci fosse occupazione e/o i serramenti fossero aperti, evitando pertanto sprechi energetici. Il sistema potrà essere raggiungibile da un supervisore centrale per il controllo e la gestione dell’edificio, secondo i profili di utilizzo desiderati dall’utenza.

Bilanciamento idronico della distribuzione del calore (incluso il contributo al bilanciamento in emissione)

Come per l’altra sezione, si può spaziare da un livello base senza controllo automatico riferito alla classe D, migliorandolo con l’installazione di bilanciamenti statici sugli emettitori (classe C) e con un eventuale bilanciamento statico lungo le linee di distribuzione (classe B), consigliato per impianti a portata costante.

Un bilanciatore statico sui radiatori può essere il tipico detentore, mentre sulla rete si possono adottare delle valvole di bilanciamento statiche a orifizio fisso o variabile. Qualora il circuito fosse a portata variabile, dovuto a una modulazione dei corpi scaldanti e/o dei circolatori, si potrebbero adottare dei bilanciamenti dinamici sulla rete e statici per emettitore (classe B); oppure solamente dinamici per emettitore (classe A).

Sicuramente la soluzione con bilanciamento dinamico risulterà più efficiente poiché consentirà di seguire linearmente la richiesta del carico termico e di conseguenza, della rimodulazione delle perdite di carico in funzione della variazione di portata.

Una tipologia di valvola che si potrà utilizzare è la PICV (Pressure Independent Control Valve) con controllo automatico di portata indipendente dalla pressione. Questi dispositivi avranno una taratura manuale sul regolatore automatico di portata, per limitare il valore massimo di progetto e un controllo automatico in abbinamento ad un attuatore proporzionale, (0 ÷ 10 V) o ON/OFF, in funzione delle esigenze del circuito da controllare.

Controllo intermittente dell’emissione e/o distribuzione

La regolazione della temperatura interna a una zona/ambiente può essere a programma orario fisso (classe C), gestita da un cronotermostato, scadenzato giornalmente o settimanalmente. Il tipico funzionamento tradizionale è a due punti con andamento a “gradini” dell’accensione e spegnimento con sovra/sotto elongazioni rispetto al set point di temperatura, con conseguenti sprechi energetici.

Il funzionamento è dipendente dalla temperatura misurata dalla sonda ambiente, che comunicando con il termostato gli consente di verificare se è necessario far partire la circolazione del fluido termovettore, in funzione del delta di temperatura ambiente e dell’orario di funzionamento.

Questa tipologia di regolazione non tiene in considerazione l’effettiva occupazione e il carico termico della zona. Il risparmio energetico è ottenuto spegnendo l’impianto al di fuori dell’orario previsto di utilizzo dei locali.

Per ottimizzare l’arresto e l’accensione dell’impianto si potrebbero usare dei sensori che, in funzione dei parametri settati all’interno di un software in fase di avviamento, in riferimento alla risposta inerziale dell’edificio e alle condizioni di confort richieste dagli occupanti, consentirebbero di variare il funzionamento dell’impianto (classe B).

L’ora d’inizio del periodo di riscaldamento verrà stimata in funzione della temperatura esterna, interna e dalla quantità di energia necessaria a portare lo spazio alla temperatura di set point.

Dal grafico seguente si può osservare come i fattori interni, quali gli occupanti, ed esterni, come la temperatura, se gestiti da un software, consentono di prevedere come l’impianto potrà essere attivato e spento in un giorno qualunque.

Un ulteriore miglioramento potrà essere l’ottenimento di queste ottimizzazioni in modo dinamico grazie al database storico del software, specifico per l’edificio e l’impianto in essere, in modo da prevedere la programmazione tramite autoapprendimento (classe A).

La gestione dell’impianto verrà corretta tramite un processo iterativo nel tempo, fino a raggiungere un’altissima precisione nel calcolo dell’orario di avviamento e fermata degli impianti specifico per un dato giorno, edificio ed occupazione. Inoltre, se si combinassero i dati dell’autoapprendimento, con quelli climatici futuri previsti, sarebbe possibile programmare in anticipo l’impianto in funzione di parametri variabili e specifici dell’edificio; quali le temperature esterne, l’occupazione futura e l’inerzia termica.

Controllo del generatore

I generatori, quali caldaie e pompe di calore, incrementano il loro rendimento se hanno un funzionamento continuo poiché lavorano nelle condizioni ottimali, specialmente nel caso delle pompe di calore.

La regolazione del generatore può essere impostata a temperatura di mandata del fluido termovettore costante (classe D), indipendentemente dalle condizioni al contorno; oppure con temperatura di mandata variabile in funzione della temperatura esterna misurata, secondo l’andamento della curva climatica interna al generatore, se presente (classe C).

Questa tipologia di regolazione non tiene in considerazione i carichi interni agli ambienti e le condizioni degli occupanti; pertanto, sarebbe preferibile variare la temperatura di mandata dal generatore in funzione della temperatura interna rilevata, dipendente dai carichi interni alla zona (classe A).

Controllo della carica del sistema di accumulo dell’energia termica (TES)

I puffer sono utili per stoccare l’energia termica e ridurre i cicli di accensione e spegnimento dei generatori garantendo sempre continuità del servizio.

Questi possono essere gestiti con sonde di temperatura, almeno una collocata in alto e una in basso, per assicurare acqua tecnica in temperatura durante i periodi di necessità. I sensori permettono di caricare l’accumulo solamente quando la temperatura scende sotto a una soglia limite e anche di non sovraccaricarlo oltre il necessario (classe B).

Quando le sonde rilevano una temperatura dell’accumulo insufficiente, mandano il segnale a un controllore che attiva la pompa di circolazione per alimentare il puffer. Un controllo più di fino potrà essere basato sulla previsione del prelievo tramite database storici del software e controllori che permetterebbero di avere l’accumulo carico termicamente solo per il periodo di effettiva necessità, limitando le dispersioni termiche e i consumi energetici (classe A).

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L'articolo continua con la trattazione di:

• Controllo della temperatura di accumulo di ACS
  
• Controllo del flusso d’aria di mandata in ambiente per condizionamento e ventilazione
  
• Controllo della temperatura dell’aria tramite sistema di ventilazione
  
• Raffrescamento per circolazione d’aria (free cooling)
  
• Controllo schermature solari
  
• Controllo luce diurna
  
• Rilevazione e diagnosi malfunzionamenti
  
• Classe BACS globale raggiunta