2.2.1 Contenuti e scopi della norma
Contestualmente all’aggiornamento nel 2010 della direttiva 2002/91/EC per l’efficienza energetica degli edifici (nota come EPBD - Energy Performance of Buildings Directive) con la direttiva 2010/31/UE, il Comitato Europeo di Normazione (CEN) è stato incaricato di elaborare delle norme di calcolo. Nasce così, nel luglio 2007, la norma EN 15232 “Prestazione energetica degli edifici – Incidenza dell’automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici”, che definisce un metodo per definire i requisiti minimi ed ogni altra specifica riguardante le funzioni di controllo, automazione e gestione tecnica degli edifici che contribuiscono all’efficienza energetica.
La normativa (aggiornata, nel febbraio 2012, alla versione EN15232:2012 e ancora, nell’ottobre 2017, alla UNI EN 15232-1:2017) è stata recepita a livello nazionale dal Decreto Legge 4 giugno 2013 n° 63, convertito con modifiche nella legge 90/2013. Il Decreto Ministeriale del 26 giugno 2015 ha poi prescritto, per edifici ad uso non residenziale, nel caso di nuove costruzioni o ristrutturazioni importanti di primo livello, il livello minimo di automazione corrispondente alla classe B della norma EN 15232. In questo modo, con il recepimento e la
41 D. Fusco, M. Picco, D. Chiaroni, M. Marengo, “CASO STUDIO - L’impatto della digitalizzazione nelle
nuove costruzioni residenziali NZEB”, inserzione a pag.101 in Bertini I., Federici A., Manduzio L., Moneta R., “Rapporto annuale efficienza energetica. Analisi e risultati delle policy di efficienza energetica del nostro paese”, ENEA, Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, Roma, 2018, pag. 101.
52 piena attuazione della EN 15232, viene introdotta l’obbligatorietà dei sistemi di automazione e controllo avanzati all’interno di edifici del settore terziario, sia pubblici che privati.
La UNI EN 15232-1:2017 permette di valutare concretamente l’effetto dell’automazione e della gestione tecnica sui consumi energetici degli immobili. Essa individua:
una lista strutturata delle funzioni di controllo, automazione e gestione tecnica degli edifici che contribuiscono alla prestazione energetica degli stessi. Le funzioni, denominate BAC (Building automation and control), sono classificate e strutturate in riferimento alla regolamentazione per l’edilizia;
un metodo per definire i requisiti minimi o ogni altra specifica riguardante le funzioni di controllo, automazione e gestione tecnica degli edifici che contribuiscono all’efficienza energetica di un edificio, implementabili in edifici di diversa complessità;
un metodo semplificato per arrivare ad una prima stima dell’impatto delle suddette funzioni su edifici e profili d’uso rappresentativi;
i metodi dettagliati per valutare l’impatto di queste funzioni su un determinato edificio. La Norma pone in evidenza come l’inserimento negli edifici (residenziale e terziario) di Sistemi di Controllo ed Automazione comporti una riduzione dei consumi energetici in generale e principalmente in quelle aree che rappresentano la maggior percentuale di consumo di energia nel settore civile: Riscaldamento, Raffrescamento, Produzione di Acqua Calda Sanitaria (ACS), Ventilazione, Illuminazione 42.
La EN 15232 permette, in particolare, di valutare il risparmio energetico conseguibile grazie all’uso dei sistemi di gestione e controllo automatico degli impianti BACS, HBES e TBM, ed è utilizzabile sia per la progettazione di nuovi edifici, sia per la verifica di edifici esistenti, risulta dunque un ottimo strumento per definire i criteri di progettazione e di valutazione dei sistemi di automazione e di gestione tecnica dei consumi energetici di diversi tipologie edilizie. In particolare, la norma EN 15232 delinea un metodo per la stima dell’impatto dei sistemi di automazione sulle prestazioni energetiche degli edifici, che affianca e completa i metodi già esistenti per la valutazione dell’efficienza dei sistemi tecnici dell’edificio, come si evince nella parte introduttiva della stessa:
“This European Standard specifies a method to estimate energy saving factors which can be used in conjunction with energy assessment of buildings. 43 […]
42 Quaranta G., "La domotica per l'efficienza energetica delle abitazioni", Maggioli Editore,
Santarcangelo di Romagna, 2016, pag.150.
43 La presente norma europea specifica un metodo per stimare i fattori di risparmio energetico che
53 This European Standard supplements a series of standards which are drafted to calculate the energy efficiency of technical building services e.g. heating, cooling, ventilation, lighting systems. This European Standard takes into account the fact that with BAC and BM the energy consumption of a building can be reduced 44”.
Infatti, la norma è stata concepita per armonizzarsi perfettamente con le altre norme (riguardanti tutti gli specifici sistemi che contribuiscono al fabbisogno energetico di un edificio), fornendo in tal modo, una panoramica chiara e completa, come riportato ancora nella parte introduttiva della norma:
“This European Standard also provides guidance for taking BAC and TBM functions as far as possible into account in the relevant standards prepared under the mandate M/343. Therefore it is coordinated between CEN/TC 247 and CEN/TC 89, CEN/TC 156, CEN/TC 169 and CEN/TC 228 to support these TCs by strong cooperation in specifying how the impacts of the BAC and TBM functions are taken into account in their standards”. 45
Inoltre, la normativa identifica i soggetti coinvolti, sia pubblici che privati, alla quale essa si rivolge:
Professionisti e progettisti, che calcolano le prestazioni energetiche dell’edificio sia in fase di progettazione che in fase di messa in opera, e proprietari degli edifici che, insieme ad i primi, contribuiscono a definire le funzioni da implementare nella riqualificazione di un edificio o nella costruzione di un nuovo edificio:
“building owners, architects or engineers, defining the functions to be implemented for a given new building or for the renovation of an existing building 46 […] designers,
checking that the impact of all BAC and TBM functions are taken into account when assessing the energy performance of a building 47”.
44 “La presente norma europea integra una serie di standard elaborati per calcolare l'efficienza
energetica dei servizi tecnici edilizi, ad es. riscaldamento, raffreddamento, ventilazione, sistemi di illuminazione. La presente norma europea tiene conto del fatto che con BAC e BM il consumo energetico di un edificio può essere ridotto”.
45 “Questa Norma europea costituisce anche una guida per favorire che le funzioni BAC e TBM siano
considerate il più possibile nelle norme preparate nell’ambito del mandato M/343. Si armonizza, quindi, con CEN/TC 247, CEN/TC 89, CEN/TC 156, CEN/TC 169 e CEN/TC 228 in modo da supportare questi Comitati Tecnici, cooperando nel definire come l’impatto delle funzioni BAC e TBM sono considerate nelle rispettive norme”.
46 “Proprietari di edifici, architetti o ingegneri, definendo le funzioni da implementare per un nuovo edificio
o per la ristrutturazione di un edificio esistente”.
47 “Progettisti, verificando che l’impatto di tutte le funzioni BAC e TBM siano prese in considerazione
54 La pubblica amministrazione, che deve definire le specifiche ed i requisiti da rispettare
per i sistemi edilizi e verificarne l’attuazione:
“Public authorities, defining minimum requirements for BAC and TBM functions for new buildings as well as for renovation as defined in the relevant standard 48; public
authorities, defining inspection procedures of technical systems as well as inspectors applying these procedures to check if the level of BAC and TBM functions implemented is appropriate 49; public authorities, defining calculation methods which take into
account the impact of BAC and TBM functions on the energy performance of buildings as well as software developers implementing these calculation methods and designers using them 50”.
La norma EN 15232 è stata completamente tradotta in italiano e pubblicata come Guida CEI 205-18 “Guida per l’utilizzo della EN 15232 – Classificazione dei sistemi di automazione degli impianti tecnici negli edifici, identificazione degli schemi funzionali, stima dei contributi di detti sistemi alla riduzione dei consumi energetici”, che è entrata in vigore il primo maggio 2018 e sostituisce la Guida CEI 205-18:2011.
2.2.2 Classificazione dei sistemi BACS
La norma EN 15232 definisce quattro diverse classi “BACS” di efficienza energetica per classificare i sistemi di automazione degli edifici, sia in ambito residenziale che non residenziale. Queste quattro classi, dalla D alla A, non hanno corrispondenza diretta con le sette classi di efficienza energetica dell’edificio (A, B, C, D, E, F, G), definite dalla EN 15217, espresse in kWh/m2 anno o kWh/m3 anno, bensì rappresentano sistemi di automazione con
efficienza energetica crescente 51:
Classe D “NON ENERGY EFFICIENT”: comprende gli impianti tecnici tradizionali e privi di automazione e controllo, non efficienti dal punto di vista energetico;
Classe C “STANDARD” 52: corrisponde agli impianti dotati di sistemi di automazione e
controllo degli edifici (BACS) “tradizionali”, eventualmente dotati di BUS di
48 “Le autorità pubbliche, definendo i requisiti minimi per le funzioni BAC e TBM per i nuovi edifici e per
le ristrutturazioni, come definiti nella norma pertinente.”
49 “Le autorità pubbliche, definendo le procedure di ispezione dei sistemi tecnici”
50 “Le autorità pubbliche, definendo i metodi di calcolo che prendono in considerazione l'impatto delle
funzioni BAC e TBM sulle prestazioni energetiche degli edifici.”
51 Schneider Electric, “Efficienza Energetica: impatto dell’automazione sulle prestazioni energetiche
degli edifici. Guida Schneider Electric all’utilizzo della norma UNI EN15232”, 2016, pag. 13.
52 La classe C è considerata dall'ente normatore la classe di riferimento, perché perché corrisponde ai
55 comunicazione, comunque a livelli prestazionali minimi rispetto alle loro reali potenzialità.
Classe B “ADVANCED”: comprende gli impianti dotati di un sistema di automazione e controllo (BACS) avanzato e dotati anche di alcune funzioni di gestione degli impianti tecnici di edificio (TBM) specifiche per una gestione centralizzata e coordinata dei singoli impianti. “I dispositivi di controllo delle stanze devono essere in grado di comunicare con il sistema di automazione dell’edificio”.
Classe A “HIGH ENERGY PERFORMANCE”: corrisponde a sistemi BAC e TBM “ad alte prestazioni energetiche” cioè con livelli di precisione e completezza del controllo automatico tali da garantire elevate prestazioni energetiche all’impianto. “I dispositivi di controllo delle stanze devono essere in grado di gestire impianti HVAC tenendo conto di diversi fattori (ad esempio, valori prestabiliti basati sulla rilevazione dell'occupazione, sulla qualità dell'aria ecc.) ed includere funzioni aggiuntive integrate per le relazioni multidisciplinari tra HVAC e vari servizi dell'edificio (ad esempio, elettricità, illuminazione, schermatura solare ecc.)”. 51
Figura 20. Classi BACS identificate dalla norma EN 15232 53
Le classi definite dalla EN 15232, che si riferiscono alla classificazione (mediante i metodi di calcolo definiti dalla norma stessa) di dispositivi elettrici ed elettronici, ai fini del miglioramento dell’efficienza energetica attraverso l’applicazione di sistemi integrati di automazione e
Tuttavia occorre notare che per gli edifici esistenti, il livello medio del parco tecnologico installato è per la maggior parte corrispondente alla classe D.
53 Immagine tratta da Schneider Electric, “Efficienza Energetica: impatto dell’automazione sulle
prestazioni energetiche degli edifici. Guida Schneider Electric all’utilizzo della norma UNI EN15232”, 2016, pag. 13.
56 domotica, non vanno confuse con le classi della certificazione energetica dell’edificio introdotte per la prima volta dalla Direttiva europea 2002/91/CE (poi più volte aggiornata).
La certificazione energetica dell’edificio riporta, infatti, le informazioni relative alla prestazione energetica corrente dell’edificio espresse:
in valore assoluto, ovvero con l’indicazione dell’indice di prestazione energetica espresso in kWh/anno/mq;
come classe di prestazione in relazione ad un sistema di classificazione prestabilito, informazione che consente con immediatezza sia la percezione del consumo reale dell’edificio, sia il confronto tra le prestazioni energetiche offerte da edifici diversi; come differenziale rispetto al livello minimo cogente previsto dalla normativa vigente
nel caso di analogo (per caratteristiche morfologiche, territoriali, etc.) edificio di nuova costruzione, che dà evidenza della “qualità energetica” intrinseca dell’edificio.
2.2.3 Determinazione delle classi BACS
Un sistema di automazione di edifici, può essere classificato in una delle quattro classi definite dalla norma, analizzando le sue caratteristiche e le funzioni presenti: per ogni classe sono definite delle funzioni minime che il sistema deve possedere per potervi rientrare.
Le funzioni che caratterizzano ogni classe di efficienza energetica sono elencate e descritte nella EN 15232 in una tabella (vedi tabella 2 della presente tesi, corrispondente alla tabella 1 della norma UNI EN 15232). Per ogni funzione sono indicati diversi livelli prestazionali, identificati con un numero che va da 0 a valori maggiori secondo prestazioni energetiche crescenti. La tabella distingue tra "Edifici Non-Residenziali" ed "Edifici Residenziali" e identifica per ogni classe quali sono i livelli minimi prestazionali che devono essere garantiti relativamente ad ogni funzione di automazione. 54
Nella tabella in questione, le funzioni da implementare relativamente ad ogni classe BACS sono raggruppate per tipologia applicativa, secondo uno schema logico che tiene conto della normale sequenza delle fasi di progettazione degli impianti tecnici di edificio. Si procede dagli elementi terminali degli ambienti, passando dalla rete di distribuzione, all’analisi della generazione, secondo le seguenti tipologie di servizi che raggruppano le funzioni di controllo:
Riscaldamento Acqua calda sanitaria
54 Quaranta G., "La domotica per l'efficienza energetica delle abitazioni", Maggioli Editore,
57 Raffrescamento Ventilazione e Condizionamento Illuminazione Schermature solari Sistemi TBM
Si intende, ovviamente, che un sistema di automazione è di classe D, C, B o A quando tutte le funzioni che implementa sono rispettivamente almeno di classe D, C, B o A. Qualora nella tabella, al fine del raggiungimento di una classe, siano presenti più opzioni (più caselle grigie), si intende che possono essere indifferentemente realizzate le funzioni a requisiti minimi richiesti o le funzioni con prestazioni migliori di quelle minime richieste, ottenendo in ogni caso il raggiungimento della medesima classe.
58
Tabella 2. Elenco delle funzioni di controllo in relazione alle classi di efficienza BACS 55
55 Tabella tratta dal documento CEN/TC 247 n°665, “Formal Vote draft for work item 00247046
(prEN15232) for CEN/TC247 approval” 2006-08-05. Tabella successivamente aggiornata ed ampliata con nuove voci di funzioni.
59
60
61 La Tabella 2 può essere applicata in diversi modi, secondo gli interessi di chi le utilizza, come ad esempio: proprietari di edifici, architetti, ingegneri, enti pubblici, costruttori di apparecchi, progettisti, installatori, integratori di sistemi, sviluppatori di software. Ad esempio:
i proprietari di edifici, gli architetti o gli ingegneri (che definiscono le funzioni BACS e TBM dell’edificio da implementare in un nuovo edificio o per la ristrutturazione di un edificio esistente), specialmente nella fase iniziale di un progetto, possono posizionare una X a fianco di ciascuna funzione che desiderano realizzare: le caselle ombreggiate costituiscono uno strumento di aiuto per determinare in quale classe, A, B, C o D si trova la funzione specificata;
le autorità pubbliche possono utilizzare la Tabella 1 per definire procedure di ispezione dei sistemi tecnici degli edifici;
i progettisti, per verificare che sia considerato l’impatto di tutte le funzioni BACS e TBM nel calcolo delle prestazioni energetiche di un edificio.
Può risultare utile un esempio, al fine di chiarire come implementare una determinata funzione di automazione per rispondere ai requisiti di una prefissata classe definita dalla norma. Consideriamo ad esempio, all’interno della tipologia di servizio “controllo del riscaldamento”, la funzione di regolazione pertinente “controllo dell’emissione”. Essa prevede, come mostrato in figura 21, cinque livelli prestazionali o funzioni operative (indentificati con i numeri che vanno da 0 a 4). Per rientrare ad esempio nella Classe A, è necessario sviluppare il livello prestazionale 4, che prevede il “controllo automatico in ogni zona con controllo presenza e con comunicazione”.
62
Tabella 3. Classificazione secondo la norma EN 15232, estratta dalla lista delle funzioni e requisiti minimi per le classi di efficienza 56
La funzione, dunque, prevede
il controllo della temperatura di ogni locale;
l’interruzione riscaldamento (o in stato di basso consumo) in caso di assenza persone o apertura serramenti esterni.
La funzione richiesta può ottenersi ad esempio, realizzando ad esempio un impianto su bus, al quale sono collegati tutti i dispositivi (attuatori, termostati, sensori di presenza, sensori per il rilevamento dell’apertura dei serramenti ecc.), governato e gestito da un supervisore centrale o da più dispositivi portatili (come mostrato nella seguente figura 22).
56 Immagine tratta dalle slide di presentazione del workshop KNX “EN15232 per la domotica e
l’automazione dell’edificio. Soluzioni KNX per l’efficienza energetica”, disponibili sul sito http://www.knx.it.
63
Figura 21. Esempio di realizzazione di una funzione in Classe A (secondo la EN 15232): riscaldamento – controllo emissione 56
La realizzazione di un impianto di tipo tradizionale, senza controllo automatico, porta invece (sia in edifici residenziali, che non residenziali) al raggiungimento della classe di efficienza energetica BACS peggiore, ovvero la classe D. Si nota, inoltre, che in questo caso anche il semplice controllo automatico centralizzato è ritenuto insufficiente per il raggiungimento di una classe superiore, rientrando anch’esso nella classe D.
2.2.4 Metodi di calcolo
La norma EN 15232 definisce due diversi metodi per il calcolo dell’efficienza energetica di un sistema di automazione, ovvero:
1. Metodo dettagliato: procedura di calcolo analitica utilizzabile solo quando il sistema è completamente noto, cioè quando sono già state stabilite tutte le funzioni di controllo, comando, gestione e l'impianto energetico è conosciuto; il calcolo dettagliato può essere utilizzato anche in fase di verifica.
2. Metodo dei fattori BACS (BACS factors): procedura di calcolo su base statistica che consente di effettuare una stima con un ottimo grado di approssimazione. Questo metodo di calcolo è di grande utilità soprattutto in fase di progettazione, in quanto non è richiesta nessuna informazione specifica riguardo le funzioni di automazione e controllo, se non la classe BACS di riferimento già presente e quella prevista da implementare. Tale metodo permette di valutare in modo semplice l'impatto dell'applicazione dei sistemi di automazione BACS/HBES sull'ammontare di energia utilizzata dagli edifici nell'arco di un anno, con particolare riferimento alle applicazioni a maggior consumo, cioè riscaldamento, raffrescamento, ventilazione e illuminazione. L'influenza dell'applicazione di funzioni automatiche a diversi tipi di edifici, quantificata
64 in un fattore di efficienza energetica BACS/HBES, è stata ricavata confrontando il consumo annuale di energia di un locale standardizzato di riferimento (EPBD 2006 Direttiva sul rendimento energetico in edilizia) con quello introdotto nello stesso locale nelle stesse condizioni (tempi di occupazione, profilo d'utente, tempo atmosferico, esposizione solare conduttanza termica, dimensioni, superfici radianti) dall'applicazione di un sistema di automazione BACS/HBES secondo diverse classi di efficienza energetica 57.
Figura 22. Differenza tra metodo dettagliato e metodo dei fattori BACS 58
57 Quaranta G., "La domotica per l'efficienza energetica delle abitazioni", Maggioli Editore,
Santarcangelo di Romagna, 2016, pag. 153.
58 Immagine tratta da Schneider Electric, “Efficienza Energetica: impatto dell’automazione sulle
prestazioni energetiche degli edifici. Guida Schneider Electric all’utilizzo della norma UNI EN15232”, 2016, pag. 22.
65 2.2.4.1 Metodo dettagliato
Il metodo dettagliato permette di calcolare accuratamente l’impatto di ogni funzione di controllo sugli indicatori della prestazione energetica dell’edificio, fornendo risultati puntuali e precisi. Per ogni tipologia di servizio/impianto (come riportato in tabella 2, par. 2.2.3 della presente tesi, ad esempio: heating and cooling control, blind control ecc.) l’impatto di ogni sua specifica funzione di controllo (cui corrisponde una classe BACS) è valutato in maniera dettagliata richiamando la specifica norma di riferimento, in base alla corrispondenza riportata della seguente tabella 4.
Tabella 4. Corrispondenza fra funzioni di controllo e norme di riferimento 59
59 Tabella tratta da Schneider Electric, “Efficienza Energetica: impatto dell’automazione sulle prestazioni
66 A seconda della tipologia e delle caratteristiche della funzione di controllo da valutare, possono essere adottati cinque differenti approcci di calcolo:
1. Metodo diretto.
Permette di calcolare direttamente l'impatto di varie funzioni (ad esempio il riscaldamento intermittente, le variazioni di temperatura tra i valori di set point di riscaldamento e raffrescamento, le schermature solari mobili ecc.) mediante un metodo di simulazione dettagliato, descritto nella EN ISO 13790. Tale approccio non è utilizzabile quando l’impatto delle funzioni di controllo conduce a variazioni temporali più piccole rispetto agli step temporali definiti dalla simulazione, altre parole il tempo di simulazione utilizzato deve essere adeguato alla velocità di variazione delle grandezze da misurare.
2. Metodo basato sulla modalità operativa.
Il controllo automatico consente di far funzionare i sistemi in diverse modalità operative. Ad esempio per il sistema di ventilazione si possono avere varie modalità: ambiente occupato o non occupato, modalità riscaldamento intermittente, nessuna modalità riscaldamento, modalità potenza picco, e così via. In questi casi, per calcolare l'impatto del controllo automatico sul consumo energetico, si calcola il consumo energetico per ognuna delle modalità operative previste, ed il consumo totale si ottiene sommando il consumo di energia durante ciascuna modalità operativa. Questo metodo, potendo