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METODI INGEGNERISTICI DI DIAGNOSTICA ENERGETICA PER L’INDUSTRIA E IL FACILITY MANAGEMENT

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INDICE /

01 INTRODUZIONE COS’È UN AUDIT ENERGETICO

STRUTTURA DI UN SISTEMA ENERGETICO

02 PREPARAZIONE DELL’AUDIT

03 RACCOLTA DATI

04 VISITA DEL SITO

05 ANALISI ANALISI DELLE BOLLETTE

-Descrizione

-EMOs

-Grafici

ANALISI DELLA DOMANDA

-Descrizione

-EMOs

-Grafici

BREAKDOWN DEFINIZIONE E STRUTTURA DEI CONTATORI (MONITORAGGIO)

06 MODELLI ENERGETICI CARTE CUSUM

07 BENCHMARKING

08 OPPORTUNITÀ DI ENERGY MANAGEMENT

09 VALUTARE COSTI E BENEFICI: PAYBACK PERIOD, ROI, BUDGETING

10 REPORT LAYOUT DI ESEMPIO

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ESCLUSIONE DI RESPONSABILITÀ:

Le informazioni contenute in questo do-cumento sono state realizzate a scopi educativi e informativi, in modo da for-nire alle aziende e ai singoli professionisti uno strumento che permetta di ave-re una visione generale dell’argomento diagnosi energetica industriale. Queste informazioni non possono essere consi-derate completamente esaustive: per la realizzazione di un audit energetico oc-corre una più approfondita preparazione ed esperienza. Questo documento è una buona base da utilizzare come linea guida di un audit o come introduzione alla ma-teria. Il metodo riportato è uno tra i di-versi approcci che vengono utilizzati nel condurre audit energetici.

L’efficienza energetica è una materia complessa e come tale, se si vogliono raggiungere importanti risul-tati in termini di riduzione dei consumi e quindi dei costi energetici, è necessario adottare un approccio sistematico.

La Diagnosi Energetica, in tutte le sue declinazioni, rappresenta il primo passo di un percorso che ha come suo naturale punto di arrivo l’implementazione di un Sistema di Gestione dell’Energia.

La DE, infatti, è definita nel D.Lgs.115-08 come una “procedura sistematica volta a fornire un’a-deguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici, di una attività o impianto industriale o di servizi pubblici o privati, ad individuare e quantificare le opportunità di risparmio energetico sotto il pro-filo costi-benefici e riferire in merito ai risultati”.

Per semplicità, possiamo usare un parallelo del mondo sanitario pensando di fornire delle cure senza aver ben chiaro quali siano i problemi, o addi-rittura senza conoscere minimamente il paziente.

Sempre mantenendo valido questo tipo di con-fronto possiamo affermare che la maggior par-te dei “pazienti” conosce molto poco della pro-pria realtà in ambito di consumi energetici ed il più delle volte interviene con azioni di risparmio senza ottenere il massimo beneficio previsto.

Ad oggi possiamo affermare anche attraver-so molti casi di successo, che seguire il percor-so che inizia dalla DE e si completa con l’SGE, passando per le misure e gli interventi tecnolo-gici, c’è la garanzia di successo, che è alla base proprio dei contratti di servizio energetico.

Prefazione

L’importanza della DE è anche confermata dalle recenti disposizioni di legge che obbligano le azien-de a svolgere questo tipo di attività proprio per su-perare quelle barriere (prima tra tutte quella cul-turale) che ad oggi ne hanno limitato la diffusione.

Questa guida può rappresentare un va-lido aiuto per capire quali siano i pas-si da seguire, rimandando alle norme tecniche, nazionali ed internazionali, in materia e soprat-tutto tenendo conto che l’esperienza è un fat-tore determinante per la corretta riuscita del la-voro di miglioramento dell’efficienza energetica.

Michele Santovito Presidente AssoEGE

Michele Santovito: Svolge l’attività di libero professionista in qua-lità di Chimico ed Esperto Gestione Energia (EGE), dopo dieci anni di esperienza come Re-sponsabile Ingegneria Impianti e Project Mana-ger presso un’azienda multinazionale operante nel settore dei semiconduttori.Ricopre dal 2012 la carica di Presidente di AS-SOEGE, unica associazione italiana che acco-glie gli Esperti Gestione Energia (EGE) certifi-cati da terza parte accreditata.

L’ EGE è una figura professionale definita nel D.L-gs.115/08, che recepisce la Direttiva Europea 2006/32/CE (efficienza degli usi finali dell’e-nergia e i servizi energetici). Le caratteristiche dell’EGE sono indicate nella norma tecnica UNI-CEI 11339.

The Energy Audit è una start-up con sede a Salò. Il nostro obiettivo è quello di supportare gli Energy Manager, i consulenti energetici, le aziende e le pubbliche amministrazioni in fase di diagnosi energetica, individuazione di inefficienze e nell’intraprendere un percorso di efficientamento energetico. Offriamo il nostro aiuto diffondendo know-how, attraverso una serie di corsi formativi e di eventi che hanno lo scopo di promuovere l’efficienza energetica e le conoscenze dell’Energy Management. Mettiamo a disposizione un software progettato per il supporto della diagnosi energetica in campo industriale e civile.

Nessuna azione e decisione deve es-sere presa a seguito della sola lettu-ra di questo documento, ma deve essere accompagnata da una propria approfondita for-mazione o dalla consulenza di esperti del settore.

The Energy Audit non è responsabile di qual-siasi danno o perdita causato dall’inesattez-za o dalla non completezza delle informazioni contenute in questo testo. Inoltre le informazioni fornite non intendono rimpiazzare normative, indicazioni, consigli e metodologie fornite dal-le normative internazionali, europee o nazio-nali, né dagli enti e dalle federazioni nazionali.

Per tanto consigliamo in particolare lo stu-dio delle normative: UNI CEI EN ISO 50001, sistemi di gestione dell’energia; UNI CEI TR 11428:2011, diagnosi energetiche; UNI CEI EN 16247-1:2012, “Diagnosi energetiche – Parte 1: Requisiti generali”; UNI CEI EN 16231:2012, metodologia di benchmarking dell’efficien-za energetica; UNI CEI EN 16212:2012, cal-coli dei risparmi e dell’efficienza energetica.

Eroghiamo servizi di audit energetici appoggian-doci ad un network di consulenti energetici certifi-cati. I nostri servizi includono audit energetici con diversi gradi di accuratezza e profondità: da “vir-tual audit” che non comportano la visita dello sta-bilimento, fino a diagnosi energetiche sul campo.

Questo documento è stato realizzato per mettere a disposizione delle linee guida per chiunque voglia intraprendere un audit energetico. Questa guida vi darà un metodo da seguire e degli spunti per iniziare da subito ad ottenere risparmi sulle vostre fornitu-re energetiche. É importante ricordare che svolgere il ruolo di Energy Manager è un compito non sem-plice, ed è necessaria oltre che una buona e costan-te formazione, un’importante dose di esperienza, che si può acquisire solamente nel corso degli anni.

01. Introduzione

Cos’è un audit energetico?Un audit energetico è il primo passo nello sviluppo di un pia-no di energy management. Il suo scopo è quello di compren-dere come viene utilizzata l’energia all’interno dell’azienda e di identificare eventuali sprechi, in modo da poter ridurre i costi e aumentare la propria efficienza.

Esistono diverse tipologie di audit energetico, che hanno differenti gradi di complessità e di dettaglio nell’analisi, ma si possono individuare alcuni punti comuni a tutte le metodo-logie di audit:• Reperimento dei dati e analisi per individuare le modalità

e i costi dell’utilizzo energetico• Capire quali tipologie di energia vengono utilizzate e

come• Ispezione del sito, osservazione delle pratiche operative e

studio di un sistema di monitoraggio

• Calcolo delle attuali performance energetiche e defini-zione della baseline di riferimento

• Identificazione di potenziali inefficienze e sprechi nell’u-tilizzo dei vettori energetici

• Proposte di miglioramento delle procedure di gestione e attraverso l’introduzione di nuove tecnologie

• Analisi economica preliminare relativa alle misure di effi-cientamento proposte

Riassumendo, l’audit energetico deve rispondere a queste domande: come, dove, quando e perché viene utilizzata l’e-nergia all’interno dell’azienda.Avere un’idea precisa dei propri consumi, una fotografia, è il primo passo da compiere prima di intraprendere azioni di efficienza energetica, ed è imprescindibile da qualsiasi lavoro di efficientamento.

Schema operativo di diagnosi secondo il rapporto tecnico UNI CEI TR 11428: 2011

Struttura di un sistema

energetico

L’audit energetico studia i flussi di energia. Pos-siamo considerare uno stabilimento come un sistema termodinamico e seguendo la prima legge della termodinamica sappiamo che l’ener-gia al suo interno non si crea e non si distrugge, ma viene trasformata. Allo stesso modo dun-que noi possiamo sapere quanta energia è sta-ta consumata e dovremo capire come, dove e perché. L’equivalente dell’energia entrante, sarà pari all’energia direttamente utilizzata, trasfor-mata o dispersa.

É importante dunque capire la struttura dell’a-zienda e capire da quali componenti questa è composta. L’audit energetico può essere rivolto a sistemi molto diversi tra loro e non per forza dovrà essere rivolto all’intero sistema. Nel caso di audit realizzati su sottosistemi sarà importan-te definire i confini di misura e la relazione del sottosistema con il resto dell’azienda. É fonda-mentale quindi avere le idee chiare su cosa ver-rà concentrato l’audit, definendolo in maniera concordata con il committente prima di iniziare l’attività.

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Prima di ogni audit è necessario effettuare un collo-quio con il committente. In questo step si procederà con la preparazione di un piano di audit e si andranno ad evidenziare le aree che verranno coperte dall’audit, il grado di dettaglio e gli obiettivi. Alcune domande consentiranno anche di capire da subito qual è il livel-lo della gestione dell’energia all’interno dell’azienda.

Questo piano se pur preciso, potrà essere flessi-bile, e dovrà tenere considerazione l’eventualità di modifiche nel programma o eventuali aggiusta-menti. Questo documento sarà uno strumento molto importante in quanto assicura il commit-tente sulla serietà dell’analisi e sugli output che verranno generati. Questo garantisce una reci-proca fiducia sul lavoro che si sta per compiere.

In questa fase si comincia a delineare il siste-ma energetico su cui si andrà ad effettuare l’au-dit, già in questo step può essere richiesto il layout di stabilimento e in caso di sistemi complessi o multi-sito si stabilisce se l’audit verrà effettuato su tutta l’azienda o se solamente una parte di essa.Si definiscono i dati che verranno raccolti e gli eventuali strumenti che verranno utilizzati du-rante la futura ispezione. Un primo elenco di in-put e di output può dare delle informazioni pre-liminari sul sistema energetico che si andrà ad analizzare, così come i vettori energetici utilizzati.

Il seguente programma di audit dovrà fornire diverse informazioni tra cui:• Le persone responsabili dell’audit o i membri del

team che lo effettuano.• L’autorizzazione all’eventuale ispezione del sito

e il contatto dell’azienda a cui bisognerà fare sempre riferimento.

• I tempi di realizzazione dell’audit e le relative scadenze.

• La possibilità di effettuare misure strumentali su macchine e impianti

• Dettagli sull’organizzazione e sulla struttura dell’azienda.

• Elementi dell’audit che hanno una priorità ele-vata.

• Il formato del report d’audit e che cosa conterrà.• Obiettivi dell’audit.

02. Preparazione dell’audit

• Energy drivers, o fattori di aggiustamen-to, ovvero qualsiasi fattore che può avere una certa influenza nei consumi aziendali. Soli-tamente vengono considerate le ore di la-voro, la quantità di unità prodotte, la tem-peratura esterna, ore di buio, gradi giorno.

• Posizione geografica e dati meteorologici. Que-ste informazioni, se non già presenti in azienda e quindi raccolte tra gli Energy Driver, possono es-sere ottenute tramite una stazione locale del me-teo. Si possono trovare numerosi siti internet che forniscono queste informazioni gratuitamente. Energy driver come i gradi giorni possono essere molto utili per l’analisi della richiesta di riscalda-mento e condizionamento del sito. Alcuni ener-gy driver molto utilizzati sono i Heating Degree Days (HDD) e i Cooling Degree Days (CDD).

Una volta raccolti questi dati, bisognerà richiedere al committente ulteriori informazioni riguardo ai fattori comportamentali e alle abitudini che possono avere un impatto sui consumi energetici. Queste informa-zioni vengono in genere raccolte in fase di sopralluogo o tramite la compilazione di questionari e checklist.

Dopo avere stabilito il piano di audit, e prima di effettuare l’ispezione del sito, è necessario raccogliere i dati storici dello stabilimento e le informazioni relative ai processi e alle abitudini che possono avere una qualche influenza sull’utilizzo dell’energia. Se non si fosse già chiesto nella fase preliminare, sarà neces-sario richiedere i layout di stabilimento. Per lo studio delle dinamiche termiche dell’edificio saranno utili informazioni relative alle dimensioni del sito, al numero di piani e alle altre caratteristiche costruttive come ad esempio i muri, le finestre, le porte.

Di seguito sono riportarti i dati da raccogliere:

• Le fatture, almeno dell’ultimo anno, ma sa-rebbe ottimale ottenere quelle relati-ve agli ultimi due o tre anni, in modo da poter effettuare delle comparazioni.

• I dati di consumo al quarto d’ora, ottenibili richie-dendoli al fornitore di energia, relativi agli ultimi tre mesi (Il servizio viene offerto in Italia dai prin-cipali fornitori di energia per i clienti con punto di consegna in media o alta tensione). I dati di consumo potranno essere riconducibili ai punti di prelievo presenti nell’azienda, se sono più di uno. Inoltre, se l’azienda dispone già di un sistema di monitoraggio, l’analisi dei dati di consumo di det-taglio relativi all’ultimo anno permetterà la defi-nizione accurata dei profili di consumi aziendali.

• • L’elenco delle utenze presenti all’interno dell’a-

zienda e i relativi dati di targa e potenze nominali, oltre che i dettagli di utilizzo di ciascuno forniti dal committente. Per poter stimare correttamente il consumo atteso per ogni carico si devono racco-gliere informazioni circa gli orari di attivazione, gli orari di utilizzo effettivo del macchinario e, dove possibile, un’indicazione del carico medio.

03. Raccolta dati

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Dopo che ciascun sistema energetico è esaminato, le domande successive dovrebbero essere:

Durante l’ispezione dello stabilimento sarà possibile rivolgere l’attenzione su alcuni aspetti importanti e individuare i reparti dove l’energia è chiaramente sprecata, dove sono necessari lavori di manutenzione e dove i macchinari sono in cattive condizioni, dove si potrebbe investire del capitale per miglio-rare l’efficienza energetica. La visita ha quindi diversi obietti-vi, tra i quali: identificare opportunità di risparmio energetico implementabili a costo nullo o quasi nullo. Identificare le aree che richiedono maggiori analisi e avere un idea generale dello stabilimento, identificando i maggiori utilizzatori di energia e i fattori di influenza.

É importante avere un approccio completo e sistematico du-rante l’ispezione. Si può pianificare un sistema a punteggio, nonostante la natura qualitativa delle informazioni, in modo da determinare più efficacemente la priorità delle azioni cor-

rettive. É bene ricordare che la priorità d’intervento deve an-che tenere in considerazione la realtà produttiva dell’azienda. In generale, si deve considerare l’impatto di ogni proposta da un punto di vista produttivo. Se un’azione richiede l’interru-zione delle attività produttive o può modificare la qualità e le prestazioni degli impianti di produzione è necessario discute-re queste problematiche con l’azienda e valorizzarle all’inter-no dell’analisi.

É necessario ispezionare i maggiori sistemi energivori dello stabilimento, eventualmente anche con l’utilizzo di strumenti portatili e verificarne lo stato, le modalità di utilizzo e i set-point utilizzati. Questi sistemi possono essere ad esempio: sistemi HVAC, sistemi di illuminazione, sistemi di aria com-pressa, i motori, sistemi di produzione, l’involucro dell’edificio.

04. Visita del sito

1) Che processi e servizi fornisce questo sistema?

2) Come svolge le sue funzioni il sistema?

3) Qual è il consumo di questo sistema?

4) Che indicatori posso utilizzare per comprendere il buon funzionamento di questo sistema?

5) In caso di malfunzionamento del sistema, come può essere riportato ad un buon funzionamento?

6) Come posso ridurre il consumo e i costi energetici di questo sistema?

7) La modifica dei parametri di questo sistema può influenzare i parametri di produzione?

8) Come può essere mantenuto efficiente questo sistema?

9) Chi ha diretta responsabilità per il mantenimento e miglioramento delle operazioni e dell’efficienza energetica del sistema?

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OPPORTUNITÀ DI ENERGY MANAGEMENT NELL’ANALISI DELLE FATTURE

Durante questa fase delle analisi, possono presen-tarsi alcune opportunità per ottenere dei risparmi.

Di seguito una lista di possibili analisi per identificare opportunità di energy management.

• Studio del profilo del fattore di utilizzo per la verifica o il dimensionamento delle cabine di trasformazione.

• Identificazione dei consumi nelle fasce orarie per identificare anomalie di consumo rispetto ai cicli produttivi

• Analisi dei consumi nelle fasce orarie per la ve-rifica di convenienza della tipologia di contratto utilizzata

• Verifica dell’andamento dell’energia reattiva e del rischio di penali associate per la proposta di sistemi di rifasamento

• Verifica della variabilità e del rapporto medio tra richieste termiche ed elettriche per lo studio di sistemi di cogenerazione

ANALISI DELLE BOLLETTE

Uno dei primi step nella fase analitica dell’audit, è l’analisi delle fatture. Come detto in precedenza sa-rebbe ottimale avere le fatture relative almeno ai precedenti 24 mesi, in modo da poter confrontare due anni differenti e verificare la presenza di schemi ripetitivi o stagionalità dei consumi.Questa fase consente di comprendere l’andamento dei consumi e dei costi energetici di impianto a livello globale. In questa fase, disponendo di informazioni complete relative a consumi e costi, può anche essere fatta una valutazione preliminare delle tariffe. Esistono infatti alcuni fattori che determinano il costo dell’energia per un impianto. Di seguito un esempio per quanto riguarda l’energia elettrica:

• Consumo totale di energia Quanta energia è consumata Qual è la variabili-tà mensile dei consumi? (kWh) Sei un utilizzatore piccolo/medio/grande?

• Picco di potenza Quali sono le potenze massime richieste dall’a-zienda e a cosa sono dovute?

• Fasce orarie Quando è utilizzata l’energia nella giornata?

• Fattore di potenza Qual è l’utilizzo medio di energia rispetto alla massima potenza richiesta?

• Tensione alla quale l’energia viene prelevata Qual è il costo addebitato a causa delle perdite di rete?

• Capacità previsionale Quanta energia hai consumato rispetto a quanto avevi pianificato?

• Andamento del costo del petrolio Una tariffa indicizzata è conveniente rispetto alle modalità di consumo aziendali?

• Altri incentivi e penali contrattualIi

Per la determinazione della tariffa più appropriata sono necessarie tuttavia valutazioni più approfondi-te, l’analisi dei profili di consumo e una previsione dei consumi futuri.

05. Analisi dei dati

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GRAFICI DI ESEMPIO:

ANALISI DELLE DOMANDAInformazioni chiave possono essere ottenute leggendo e interpretando il profilo della domanda. Il profilo finale è il risultato della combinazione di consumi relativi a carichi che operano senza sosta e che non possono essere spenti, carichi variabili che non contribuiscono necessariamente al picco della domanda, e carichi con andamento molto varia-bile o impulsivo, che operano in modo non normale.Molti carichi elettrici lasciano segni molto evidenti di come operano. Riconoscendo i patterns associati a ciascun com-ponente, è possibile identificare il contributo di vari carichi al profilo di domanda globale.

L’interpretazione di un profilo della domanda non è una scienza esatta, ma implica un buona capacità di interpre-tazione. Una buona conoscenza dello stabilimento, dei suoi carichi, delle procedure operazionali e l’esperienza base rappresentano il miglior punto di partenza per la compren-sione di queste dinamiche; per questo motivo l’attività di energy audit deve essere svolta con il massimo supporto dei referenti tecnici dell’azienda osservata.

É utile cominciare creando dei gruppi di carico, in modo da avere un inventario completo dei carichi dello stabilimento per ogni vettore, divisi per categoria o reparto.

Successivamente è utile durante lo studio della domanda, prendere nota di tutte le anomalie riscontrate, alcune di queste possono essere: cambiamenti di comportamento nella domanda, picchi di richiesta isolati o ripetuti, tratti a consumo costante, stagionalità o periodicità nei consumi, momenti di minima domanda, attività di efficientamento già realizzate; è fondamentale associare tali indicazioni a un periodo temporale ben definito.

Prendere nota di tutte le principali operazioni che vengono svolte durante la giornata e vedere che impatti hanno sul-la domanda: ad esempio pause, orario di pranzo, accendi-mento e spegnimento delle macchine.

OPPORTUNITÀ DI ENERGY MANAGEMENT NEL PROFILO DELLA DOMANDA

Analizzando il profilo della domanda, si possono incon-trare diverse opportunità per cominciare a risparmiare grazie a semplici azioni comportamentali o azioni a co-sto quasi nullo. Alcuni comuni esempi sono riportati di seguito:

1. La presenza di consumi notturni in uno stabilimen-to che non ha operazioni notturne, può presentare un’opportunità di efficientamento. Si può introdurre un migliore controllo manuale o automatico, attra-verso l’introduzione di procedure operative o timer di spegnimento.

2. Allo stesso modo una elevata richiesta durante le pause, o una mancata diminuzione, può essere segno che le macchine, anche se utilizzate al minimo hanno

elevati consumi e sarà quindi più indicato spegnerle du-rante questi periodi, oppure, qualora non sia tecnica-mente possibile, ridurre al minimo il tempo di inattività della macchina. Questo può comportare modifiche organizzative o produttive che vanno attentamente di-scusse. Le utenze dovrebbero essere accese e spente a seconda delle ore in cui devono essere effettivamente utilizzate, fare attenzione su questo punto può portare notevoli vantaggi economici.

3. Se si notano brevi periodi in cui la domanda di pic-co è molto più alta rispetto al resto del profilo, si può pensare a ridurla attraverso una ripianificazione. Que-sto è comune, ad esempio, nell’orario di accensione delle macchine. In questo caso si può prevedere una pianificazione della loro accensione che permetta di contenere i picchi legati agli spunti delle macchine e riducendo, quindi, i relativi costi tariffari associati.

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GRAFICI DI ESEMPIO:

BREAKDOWN

Chi effettua un audit energetico deve capire dove viene consumata l’energia, è utile quindi conoscere in quale modo l’energia totale è ripartita tra i vari sistemi.La ripartizione corretta e precisa dei consumi è possibile solo attraverso l’installazione di sistemi di misura o la realizzazione di una campagna di misure dettagliata che può durare anche alcuni mesi. Un’alternativa consiste nel desumere l’incidenza delle aree di consumo energivore tramite dati teorici e ve-rificarne l’attendibilità tramite un confronto del totale dei consumi mensile.

Quindi, è importante creare un inventario dei carichi, in modo da raccogliere e organizzare in maniera sistematica tutte queste informazioni. Questo censimento fornisce una reale possibilità di individuazione di sprechi e inefficienze. Realizzando un inventario dei carichi e creando gruppi di carico è possibile visualizzare graficamente tale ripartizione.

Il censimento delle utenze e la ripartizione dei consumi, per-mettono di fare delle previsioni sui consumi. Si può così effet-tuare un confronto tra i consumi fatturati e i consumi previsti.Una grande differenza tra questi due valori, implica una scarsa conoscenza delle proprie utenze e del modo nel quale l’energia viene consumata. Uno scarto ridotto, al contrario, è sinonimo di una buona conoscenza dei consumi ed è quindi una garanzia di affidabilità della ripartizione effettuata.

Questo tipo di attività deve essere svolta con una elevata ca-pacità critica, soprattutto quando bisogna identificare i fattori di utilizzo e i carichi medi delle singole utenze, specie se ca-ratterizzate da un consumo variabile nel tempo. Infatti esiste un rischio elevato di ottenere dei risultati che all’apparenza sembrano coerenti con i consumi reali, ma nella realtà sono caratterizzati da una sovrapposizione di errori che tra loro si compensano.

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DEFINIZIONE E STRUTTURA DEI CONTATORI (MONITORAGGIO)

A seguito del breakdown si può cominciare a definire la struttura di un sistema di contatori per il moni-toraggio dei consumi. Il monitoraggio (misura e registrazione reale dei dati per mezzo di strumentazione) è l’unica maniera per poter sapere con precisione qual è il consumo reale di un macchinario e questo passaggio è consigliato in ottica di un processo di miglioramento continuo dell’efficienza energetica. Combinando i processi di analisi e le tecniche di modellazione dei consumi al monitoraggio energetico tradizionale, si può estendere il processo di verifica dei consumi realizzando un sistema integrato di monitoraggio e controllo.

Questo approccio integrato permette:• Di ottenere un notevole risparmio ener

getico in modo rapido e con investimenti limitati;

• Di identificare e mantenere condizioni operative che determinano il minimo consumo di energia;

• Di supportare la manutenzione predittiva;• Di supportare con dati affidabili tutti gli

studi per il risparmio energetico;• Di effettuare un’analisi previsionale dei

consumi (costi) energetici in base agli scenari produttivi.

Il successo del sistema di monitoraggio e controllo comporta: • La riduzione del consumo energetico e

l’abbassamento dei costi di energia• Il miglioramento del controllo di processo• La conoscenza dei cambiamenti dei

modelli di consumo energetico• La comprensione di problemi di processo• La capacità di valutare l’impatto di attività

di risparmio energetico• La possibilità di creare delle bollette

suddivise tra i reparti, allocandole in base ai costi energetici reali.

ESEMPIO DI SISTEMA DI CONTATORI:

nell’impossibilità di avere contatori su ogni utenza, è opportuno studiare un sistema di contatori che permetta di avere la massima conoscenza sul reparto più energivoro o che permetta di conoscere il consumo preciso per differenza. I risparmi conseguiti possono es-sere investiti in ulteriori contatori o impiegati per altri lavori di efficientamento energetico.

 

Reparto

Presse

Punto  di  

prelievo

Sala  compressori

Reparto Saldatrici

Altri  reparti

Pressa  1

Pressa  2

Pressa  3

Compr  1

Compr  2

Compr  3

  Contatore

  Contatore  “virtuale”  per  differenza Altro Altro

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I modelli energetici sono delle relazioni che permettono di definire quanto dovrebbe consumare un determinato im-pianto o edificio al variare delle condizioni operative. I model-li, se consistenti, potrebbero rappresentare la baseline ener-getica, ossia indicano qual è il consumo di riferimento per un dato sistema, rispetto alle variabili che lo influenzano.

Queste relazioni potranno essere derivate dalle leggi fisiche che governano il processo (approccio deduttivo) oppure ottenute attraverso metodi statistici (approccio induttivo). Il modello energetico permette di ottenere delle previsioni dei consumi molto precise e di collocare in maniera più cor-retta le spese energetiche, in maniera da avere un maggiore controllo dei costi. I modelli vengono validati sperimental-mente e mettono in relazione i consumi con le variabili che li influenzano, denominate Energy Driver. Una precisa cono-

scenza della struttura dei consumi ne consente il controllo e quindi il loro contenimento e la loro riduzione.Avere un modello energetico preciso, consente di avere un buon punto di riferimento per i consumi energetici, così da identificare anomalie o da stimare correttamente i migliora-menti introdotti tramite azioni di efficientamento e permet-te di avere una buona conoscenza dei parametri che influen-zano i consumi.Per procedere è necessario avere una conoscenza adeguata degli elementi di statistica che sono necessari per garantire un modello energetico affidabile. Infatti, quando analizziamo dati di consumo energetico il nostro obiettivo è trarre con-clusioni di carattere generale partendo spesso da una quan-tità di dati limitata. Quindi nell’analizzare questo “campione” bisogna fare attenzione a non effettuare delle operazioni non giustificabili dal punto di vista statistico.

Da un punto di vista statistico, i consumi energetici, gli Energy Driver, i residui sono delle variabili casuali. Paragonando i processi aziendali ad un esperimento, il valore assunto da queste variabili dipende dall’esito dell’esperimento, non può essere previsto con certezza prima di effettuare l’esperimento stesso. I kWh di energia consumata in un determinato mese, oppure la temperatura registrata in un particolare giorno, non potranno essere conosciuti senza avere prima effettuato la lettura di un contatore o di un termometro.Le variabili casuali che vengono prese in considerazione durante le analisi in un audit energetico sono in generale variabili casuali continue, queste variabili possono assumere senza discontinuità tutti i valori appar-tenenti all’insieme dei numeri reali. Può essere utile conoscere la funzione di distribuzione cumulativa Fx (x) e le diverse forme che può assumere questa funzione, ovvero le diverse distribuzioni.Date due variabili casuali, il coefficiente di correlazione è la misura di quanto i valori assunti dalla prima varia-bile dipendano in modo lineare da quelli assunti dalla seconda variabile. Il coefficiente di correlazione r può assumere valori compresi fra -1 e 1. Il valore 0 indica assenza di correlazione, mentre tanto è più elevato il modulo di r, tanto più le due variabili hanno una forte dipendenza di tipo lineare, decrescente o crescente.É molto utile accompagnare il calcolo del coefficiente di correlazione al Diagramma di dispersione, ossia la rappresentazione sul piano X-Y dei dati disponibili.

06. Modelli energetici

APPROFONDIMENTO

Esempio:

Esempio di sistema di contatori: nell’impossibilità di avere contatori su ogni utenza, è opportuno stu-diare un sistema di contatori che permetta di avere la massima conoscenza sul reparto più energivoro o che permetta di conoscere il consumo preciso per differenza. I risparmi conseguiti possono essere investiti in ulteriori contatori o impiegati per altri lavori di efficientamento energetico.

Una volta ottenuta una stima dei parametri della retta di regressione, è fondamentale valutare l’at-tendibilità dell’equazione trovata, cioè la bontà rispetto all’intera popolazione da cui sono stati estratti i punti sperimentali. Il modello se valido può descrivere una relazione verificatasi nel passato e può prevedere i consumi futuri in corrispondenza di determinati valori dell’energy driver.

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(esempio di sistema fuori controllo e successiva azione correttiva)

CARTE CUSUM

I sistemi di monitoraggio e controllo permettono di utilizzare dei riferimenti, costituiti dai modelli energetici, per effet-tuare un controllo dei consumi. Esistono diverse tecniche di controllo, molte delle quali ereditate dal controllo di proces-so, tra cui la carta degli scostamenti, le carte CUSUM ( o delle somme cumulate) e la CUSUM tabulare. In particolare le carte di controllo CUSUM vengono utilizzate per tenere sotto controllo gli scostamenti, con il fine di individuare il di-scostamento del processo dalle caratteristiche del modello precedentemente creato, la baseline. In questa maniera si

può facilmente constatare, in forma grafica, se il sistema sta andando fuori controllo o se si stia verificando un’anomalia di consumo.Questo sistema, applicato all’analisi dei dati storici, consente di verificare se ci sono state delle anomalie o dei cambiamen-ti nei consumi. Mentre, prendendo in considerazione dati di monitoraggio, è possibile accorgersi in tempo reale di con-sumi anomali e si può in questa maniera agire subito, senza dovere aspettare la prima bolletta.

mettono, inoltre, di valutare le proprie performance aziendali nel tempo, oppure a seguito di un lavoro di efficientamento, permettendo la valutazione dei ri-sultati conseguiti in termini di energy management. Secondo la normativa è necessario definire i con-fini dell’oggetto che si sta analizzando come ad esempio un processo, una struttura, una attivi-tà, un prodotto, un servizio o un’organizzazione.

Il benchmarking interno, invece, viene utilizzato per il confronto di più utenze, spesso distribuite nel territo-rio. In questo modo, calcolando un indice di efficien-za energetica, si può fare un confronto e individuare le utenze meno efficienti così da poter stabilire delle priorità di intervento. Nel caso di realtà composte da numerosi siti, come nel mondo TLC, questo ap-proccio consente di sostituire le attività di audit per ogni singola stazione con un’analisi preliminare per l’i-dentificazione dei siti su cui l’intervento è prioritario.

Il benchmarking è uno strumento strategico che ha il fine di individuare possibilità di miglioramento comparando sistematicamente le proprie prestazioni con quelle dei best performer.La metodologia di benchmarking dell’efficienza energetica è definita nella norma UNI CEI EN 16231:2012, che ne definisce i requisiti e ne fornisce raccomandazioni. La norma prevede la definizione di dati chiave e di indicatori del consumo energetico.

Ci sono molte metodologie di benchmarking. Nel settore energetico può essere utile confrontare i propri indici di consumo energetici, precedentemen-te individuati e che possono essere sia tecnici che comportamentali, qualitativi e quantitativi, con degli indici di settore, così da compararne le prestazioni.

Tra gli strumenti maggiormente utilizzati per il ben-chmarking prestazionale troviamo gli Energy Per-formance Indicators (EnPI). Questi sono degli indi-catori che permettono di assegnare un riferimento ad un’azienda o ad un processo permettendo un confronto relativo. Solitamente assumono la forma di un consumo specifico, avendo come denomina-tore l’energy driver e come numeratore il consumo di energia: vengono spesso utilizzati per verificare gli esiti delle azioni di energy management intraprese.

Il confronto del valore degli EnPI aziendali con gli standard di settore permette un confronto denomi-nato benchmarking di settore. Gli stessi EnPI per-

07. Benchmarking

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si intendono tutte quelle azioni che potenzial-mente possono portare ad una riduzione dei co-sti energetici o di limitare l’impatto ambientale.

Generalmente queste azioni si possono dividere in tre grandi categorie:

Azioni semplici, come alcuni accorgimenti comportamentali, che possono portare a una riduzione dei consumi e dei costi energetici senza alcun investimento di denaro. Queste azioni possono anche esse re ripetute regolarmente. Azioni di energy management che hanno un costo ridotto e un buon rientro economico. Azioni che portano riduzione sostanziali dei consumi, ma che richiedono grandi investimenti di capitale.

Una volta che sono state terminate le analisi di audit è utile prendere nota di tutte le potenzia-li misure di efficientamento energetico realizzabi-li. Solitamente si rivolgeranno gli sforzi più grandi su una piccola percentuale di problemi che avran-no però l’impatto potenzialmente più vantaggioso.

Secondo la legge di Pareto il 20% delle cause pro-duce l’80% degli effetti. Di sovente questo è valido anche nel campo dell’efficienza energetica. Infatti un numero ridotto di impianti o di processi spesso è responsabile della “fetta” più grande dei consumi.Identificare le opportunità di energy mana-gement richiede anche una buona conoscen-za delle tecnologie e dei processi aziendali.

Lo scopo di fare efficienza energetica è quel-lo di ridurre il livello di consumi energetici ga-rantendo il rispetto delle specifiche di produ-zione, se rivolto ai prodotti, oppure il livello di comfort, se rivolto al benessere delle persone.Bisognerà quindi valutare le condizioni opera-tive, la manutenzione, le tecnologie utilizzate.

Si rifletterà per ogni utenza e sistema, se i servizi e le operazioni possono essere fatti con lo stesso proces-so, ma con più efficienza, oppure se esistano processi più efficienti in grado di produrre gli stessi output con le stesse caratteristiche prestazionali e qualitative.Per “Energy management opportunities” (EMOs)

08. Opportunità di energy management

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Della prima categoria fanno parte tutte quelle azioni che vengono ripetute all’interno dell’azienda, come ad esempio controlli regolari del settaggio delle mac-chine, ispezioni o azioni di pulizia e manutenzione. Ne fanno parte anche altre azioni che prevedono un cambiamento comportamentale o una ripianificazio-ne di alcune attività o processi, senza il bisogno di in-vestire del capitale.

Nella seconda categoria invece si prendono in con-siderazione azioni di efficientamento che richiedono piccoli investimenti. Queste azioni portano a risparmi generalmente maggiori rispetto alla prima categoria e hanno tempi di Payback solitamente inferiori ai 3 anni. Ad esempio si può pensare all’introduzione di misura-tori.

La terza categoria comprende tutte le misure di effi-cientamento energetico che richiedono grandi inve-

stimenti. Si prenderà in considerazione l’introduzio-ne di moderne tecnologie a supporto dell’efficienza energetica come ad esempio l’utilizzo di motori ad alta efficienza o con inverter. Nel caso dei motori elettrici, l’inverter ne varia la frequenza e la tensione di alimen-tazione, adeguando così la velocità alle reali esigenze del dispositivo a cui è collegato.

Il passo finale nell’individuazione di opportunità di ri-sparmio è quello di valutare il proprio sistema di ap-provvigionamento energetico e cercare di ottimizzar-lo. In questo ambito si può in genere intervenire in due direzioni principali: utilizzare sistemi di autoproduzione energetica (tra cui pannelli fotovoltaici e sistemi di cogenerazione) o scegliere un differente contratto di fornitura energetica sulla base del proprio profilo di carico e delle previsioni di prezzi e consumi.

PAYBACK PERIOD

Metodo di valutazione dell’investimento. Si calcolano il numero di periodi, solitamente mesi o anni, neces-sari per recuperare la somma investita nel progetto, prima di poter iniziare a fare profitto. Presentato in forma grafica è un valido strumento per mostrare i tempi di rientro all’interlocutore che dovrà finanziare l’investimento.

Il ROI è un indice che indica la redditività del capitale investito, conosciuto per lo più come indici di ritor-no sugli investimenti. Indica qual è il ritorno annua-le aspettato dal capitale investito, espresso in valore percentuale. Il ROI tiene conto dei flussi di cassa associati alla vita del progetto e del tasso di interes-se atteso. Si converte il valore totale attualizzato dei flussi di cassa a un importo equivalente annuo per la durata del progetto, da rapportare al costo capitale. Il ROI deve sempre essere più alto del tasso di inte-resse.

Una volta individuate le opportunità di energy ma-nagement e di efficientamento energetico, è impor-tante effettuare uno studio sulla fattibilità tecnica ed economica di implementazione di queste raccoman-dazioni. La valutazione di queste proposte implica uno studio approfondito dei costi e dei benefici.

Generalmente al termine di un audit energetico, la proposta tecnica ed economica non viene svolta in maniera approfondita, a meno che non venga fatta specifica richiesta dal committente, avendo un mar-gine di incertezza proporzionale al livello di approfon-dimento seguito in fase di diagnosi. L’obiettivo prin-cipale in questa fase è fornire una lista di interventi, inclusivi di valutazioni tecniche ed economiche, per cui il committente potrà, applicando i propri criteri decisionali, adottare la miglior strategia di migliora-mento delle performance energetiche e i relativi co-sti associati.

L’analisi sui benefici dovrà comprendere: una descri-zione tecnica dell’intervento; i risparmi attesi di ener-gia; l’incidenza sui consumi di stabilimento; eventuali benefici aggiuntivi; la riduzione dell’impatto ambien-tale.

L’analisi dei costi dovrà comprendere: costi diretti di implementazione; costi energetici diretti; l’incidenza sui costi di stabilimento; eventuali benefici economici aggiuntivi; la possibilità di accedere ad incentivi per l’efficienza energetica fornendo un dato quantitativo.

09. Valutare costi e benefici: Payback, ROI, Budgeting

VALUTARE I COSTI E I BENEFICI

ROI

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La realizzazione di un budget energetico preciso, creato in funzione dei volumi di produzione previsti, permette un’allocazione adeguata delle risorse economiche.

La formulazione del budget può avvenire con diversi livelli di dettaglio quali:• Tipologia di vettore energetico• Tipologia di prodotto

Per formulare in maniera corretta il budget energeti-co sarà necessario considerare il modello di previsione dei consumi elaborato sul punto di prelievo e il prezzo

dell’energia presente nella propria offerta di fornitura contrattuale scelta.

Per il calcolo del budget sono quindi necessari i dati relativi a:

• I prezzi di fascia della tariffa scelta (ad esempio nel caso dell’energia elettrica)

• I consumi fissi e i consumi specifici per i singoli prodotti come da modello di previsione calcolato

• I volumi di produzione previsti nelle diverse fasce di carico

BUDGETING

(Confronto tra budget tradizionale e budget basato su modelli energetici - Valori normalizzati)

(Confronto tra budget tradizionale e budget basato su modelli energetici - Valori cumulati)

Le raccomandazioni e le proprie assunzioni devono essere spiegate chiaramente e accompagnate da cal-coli e dati esplicativi. Sarà, inoltre, importante valo-rizzare qualsiasi intervento sia in termini di consumi, sia in termini di costi. In questo caso è molto impor-tante ricordarsi di inserire nel calcolo dei costi di in-vestimento anche tutti i costi legati all’installazione di qualsiasi attrezzatura.In genere il report di audit, completo, è accompa-gnato da un documento che presenta in maniera sin-tetica i risultati e che viene usato in occasione della presentazione dei risultati.

L’ultimo step nel processo di audit è preparare un re-port che dettagli il risultato finale dell’analisi energe-tica e fornisca raccomandazioni per possibili risparmi in termini di consumi e costi. Indipendentemente dal livello di dettaglio scelto per l’audit energetico, que-sto passaggio è fondamentale in quanto conterrà la visione di insieme delle analisi effettuate e verrà pre-sentato al management che dovrà prendere la deci-sione di compiere o no un investimento.Un report per essere efficace deve utilizzare un lin-guaggio chiaro, preciso e facilmente comprensibile dal lettore, che potrebbe essere anche un “non tecni-co”, il quale, dovendo prendere importanti decisioni, dovrà essere agevolato dal documento di audit.L’utilizzo di informazioni grafiche e di tabelle è fonda-mentale per facilitarne la comprensione e comunica-re i risultati delle analisi in modo più efficace.

10. Report

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In questa sezione è necessario spiegare gli obiettivi dell’au-dit e i suoi termini di applicazione in base agli stabilimen-ti e ai processi coinvolti. Dovrà anche essere inclusa una spiegazione dei metodi utilizzati per la raccolta e l’analisi dei dati, indicando quali sono le principali fonti di informazione, come ad esempio le persone intervistate.

Un breve riassunto della situazione attuale dei consumi all’interno dell’azienda e dei possibili miglioramenti. Molti lettori del report leggeranno solamente questa sezione, sarà quindi molto importante riassumere le informazioni chiave dell’audit, indicare le azioni migliori da intrapren-dere e presentarne i costi di implementazione, i potenziali risparmi e il payback period.

Informazioni dettagliate sul costo e i consumi dei vettori energetici, tabelle e grafici per facilitare la comprensione e la visualizzazione dei dati. Profilo e ripartizione dei consumi. Anomalie riscontrate.

Lista delle potenziali opportunità di efficientamento e di energy management. Descrizione tecnica dell’intervento, analisi dei costi e dei potenziali risparmi.

Informazioni conclusive eventualmente non fornite dei precedenti paragrafi. Dati e grafici allegati. Tariffe di elet-tricità e di altri vettori energetici.

Descrizione ed osservazione dello stabilimento. Questo do-vrebbe includere una descrizione generale dello stabilimento o delle aree coinvolte nell’audit. Ad esempio grandezza, caratte-ristiche costruttive, prodotti e processi. Si inseriscono succes-sivamente le osservazioni scaturite dalla visita dello stabilimen-to, si segnala ad esempio qual è la condizione degli impianti.

Risultati scaturiti dall’osservazione del modello energetico creato in fase di analisi. Segnalare quali sono gli energy dri-ver che rendono il modello attendibile. Analisi degli scosta-menti su carta CUSUM ed eventuali anomalie o compor-tamenti non corretti.

Tabella riassuntiva con elenco delle proposte e indicazione dei benefici.

LAYOUT DI ESEMPIOIndice dei contenuti:Un indice puntato che permette una rapida individuazione delle diverse sezioni e contenuti all’interno del report.

2. Obiettivi dell’audit e metodologia utilizzata

1. Executive Summary

4. Analisi dei consumi energetici di stabilimento

6. Opportunità di Energy Manage-

8. Conclusione

3. Contesto di riferimento

5. Modello di consumo teorico di stabilimento (definizione degli indici di prestazione e della baseline)

7. Sommario proposte

Referenze

GUIDE TO ENERGY MANAGEMENT, SEVENTH EDITION (Barney L. Capehart, Wayne C. Turner, William J. Kennedy)

PROGETTARE E GESTIRE L’EFFICIENZA ENERGETICA (Flavio Beretta, Filippo De Carlo, Vito Introna, Daniele Saccardi)

GESTIONE DEI SISTEMI ENERGETICI, POLITECNICO DI TORINO (Pietro Gabriele, Elena Giacone, Salvatore Mancò)

INTERNATIONAL PERFORMANCE MEASUREMENT AND VERIFICATION PROTOCOL, CONCEPTS AND OPTIONS FOR DETERMINING ENERGY AND WATER SAVINGS VOLUME 1, Efficiency Valuation Organization 2012