Il monitoraggio energetico è un sistema che permette di misurare qualsiasi grandezza o vettore energetico utilizzato da un’impresa. Monitorare un ambiente significa quindi raccogliere, tramite sensori e strumenti di misura, informazioni in un’area, salvare e visualizzare i dati per analizzarli e attuare eventuali strategie di intervento in base alle necessità. È l’obiettivo che determina quali siano i dati necessari al monitoraggio.
I vettori oggetto di monitoraggio possono essere: acqua, energia elettrica e termica, gas, aria compressa, parametri ambientali. Il monitoraggio dei consumi è declinato principalmente in contesto industriale, anche se le sue applicazioni si estendono a tutti gli ambiti complessi dell’ambiente costruito, dove può diventare lo strumento di raccordo tra contabilizzazione, termoregolazione, automazioni, comfort.
Monitoraggio energetico: struttura
Il monitoraggio energetico si compone essenzialmente di tre elementi: infrastruttura fisica (sensori e strumenti di monitoraggio), infrastruttura di rete (cablata o wireless), piattaforma software per la raccolta e la gestione dei dati rilevati.
Le misurazioni possono essere effettuate con misuratori standard o di tipologia MID: questi ultimi certificano la misurazione e permettono l’accesso a forme di incentivazione per l’efficientamento energetico (per esempio, i Certificati bianchi).
Le soluzioni per raccogliere e analizzare le misurazioni eseguite sono diverse: di solito i misuratori sono connessi a un’unità centrale che raccoglie le misure e le invia in un database in cloud per effettuare le successive analisi su piattaforme dedicate all’efficienza energetica.
I benefici del monitoraggio energetico
Il monitoraggio è un servizio per le imprese di ogni settore e dimensione: oltre a essere uno strumento utile per quelle tenute a rispondere agli obblighi normativi, permette a tutte di ottimizzare i consumi migliorando la produzione attraverso una migliore gestione e distribuzione dell’energia, diminuendo i costi di manutenzione grazie all’impostazione di azioni correttive, e attraverso il controllo e la gestione delle anomalie.
L’uso ragionato dei dati rilevati, elaborati dalla piattaforma di monitoraggio, è l’inizio di ogni strategia di ottimizzazione delle risorse energetiche e ambientali.
Contare su un sistema di monitoraggio permette di migliorare a livello gestionale la vita aziendale. Ciò si traduce nell’ottimizzare i consumi migliorando la produzione attraverso una efficace gestione e distribuzione dell’energia, diminuendo i costi di manutenzione grazie all’impostazione di interventi che vanno a correggere eventuali anomalie.
Monitorare i consumi significa ridurre le emissioni di CO2, ma si traduce anche in un’ottimizzazione dei parametri ambientali interni dell’azienda: sempre grazie alla raccolta e all’elaborazione dei dati è possibile avere sempre informazioni tempestive su luminosità, temperatura, tasso di umidità, fino a considerare anche la qualità stessa dell’aria indoor.
La gestione dei consumi energetici e il relativo monitoraggio sono strumenti preziosi per cercare di centrare gli obiettivi di efficienza energetica posti dalla Unione Europa: almeno il 32,5% da raggiungere nel 2030, con una clausola di revisione al rialzo entro il 2023.
Ma le soluzioni e le tecnologie per il monitoraggio hanno benefici ancora più estesi, permettendo di trasformare il business model delle aziende, ottimizzando l’uso dell’energia, rendendo ecosostenibile la produzione, migliorando la salubrità e la sicurezza dei luoghi del lavoro, diminuendo i costi di gestione e manutenzione.
Monitoraggio consumi nelle aziende: le normative
Nell’ambito del monitoraggio energetico, la legge italiana di riferimento è il D.Lgs. 4 luglio 2014 n. 102, recepimento della direttiva europea EED 2012/27/UE
Quali sono gli obiettivi di questa legge? Innanzitutto quello di stabilire un quadro di misure per la promozione e il miglioramento dell’efficienza energetica.
Persegue l’obiettivo nazionale di risparmio energetico, in coerenza con la Strategia Energetica Nazionale (SEN), e detta norme finalizzate a rimuovere gli ostacoli sul mercato dell’energia e a superare quelle carenze del mercato che frenano l’efficienza nella fornitura e negli usi finali dell’energia.
Ricordiamo che la Strategia Energetica Nazionale (SEN) si inquadra in un approccio complessivo alla gestione dell’energia, che ha come obiettivi la diminuzione complessiva dei consumi. Tali obiettivi hanno a che fare con l’efficienza energetica, la gestione delle fonti rinnovabili, la decarbonizzazione, la dipendenza energetica dall’estero, il settore petrolifero, la mobilità sostenibile e le reti di approvvigionamento.
La Strategia Energetica Nazionale (SEN) si inquadra in un approccio complessivo alla gestione dell’energia
In particolare, all’interno della legge 102, il comma 1 dell’articolo 8 precisa che le grandi imprese – quelle con oltre 250 dipendenti, quelle con fatturato annuo al di sopra di 50 milioni di euro e le imprese energivore – sono tenute a fare la diagnosi energetica nei siti produttivi localizzati sul territorio nazionale entro il 5 dicembre 2015 (questa è stata la prima scadenza prevista dalla Legge), con rinnovo ogni quattro anni (l’ultima scadenza è coincisa con la fine del 2019). In caso di non ottemperanza, sono previste sanzioni.
Chi ha l’obbligo della diagnosi energetica?
Hanno l’obbligo di effettuare la diagnosi energetica le grandi imprese e le imprese energivore. Le imprese energivore sono quelle iscritte nell’elenco annuale istituito presso la Cassa per i Servizi Energetici e Ambientali (CSEA), ai sensi del decreto interministeriale 21 dicembre 2017.
Le piccole e le medie imprese non eleggibili al riconoscimento del beneficio come energivore, non sono soggette all’obbligo di diagnosi. Tuttavia, è importante precisare che l’impresa esonerata dall’obbligo di diagnosi energetica deve comunque adottare sistemi di gestione volontaria, di cui all’articolo 8, comma 1 (EMAS, ISO 50001, EN ISO 14001), a condizione che tale sistema di gestione includa un audit energetico, realizzato in conformità con i criteri elencati all’allegato 2 al decreto legislativo 102/2014.
Resta fermo, ad ogni modo – che vi sia o non vi sia l’obbligo di diagnosi – l’obbligo di comunicare a ENEA l’esito della diagnosi condotta nell’ambito del sistema di gestione.
La norma internazionale
La norma internazionale di riferimento è la ISO 50001, standard internazionale che supporta le organizzazioni nell’implementazione di un Sistema di Gestione dell’Energia (SGE), fornendo i requisiti per un sistematico processo di miglioramento continuo delle proprie prestazioni energetiche. Tra le novità della nuova versione 2018:
monitoraggio: tra i dati da raccogliere, si includono per la prima volta le caratteristiche operative legate agli usi energetici significativi. Si richiede di determinare i metodi adottati per monitoraggio, misurazione, analisi e valutazione
miglioramento continuo: oltre a dare esplicita definizione di “miglioramento delle prestazioni energetiche”, la nuova norma pone un accento particolare su come e in quali tempi il miglioramento continuo possa essere perseguito e dimostrato
Monitoraggio energetico per le aziende: le fasi preliminari
Il monitoraggio dei consumi non riguarda semplicemente l’installazione di strumentazioni o l’acquisizione di dati, ma si colloca all’interno di un processo che porta a un progetto ad hoc che ogni singola azienda o realtà deve sviluppare.
Per potere fare questo, c’è bisogno di una relazione fondamentale: tra l’azienda che si occupa di questi tematiche – che ha le competenze e le capacità pe farlo – e le esigenze dell’azienda cliente.
Raccolta di informazioni: la documentazione tecnica
Che cosa bisogna fare per le aziende che decidono di dotarsi di sistemi di monitoraggio energetico? Innanzitutto bisogna raccogliere e verificare la loro documentazione tecnica. Una volta stabilito quali sono i vettori oggetto del monitoraggio richiesto, vanno raccolte tutte le informazioni, al fine di poter valutare quale sia la strumentazione più idonea da proporre.
Come raccogliere tali informazioni? In prima istanza, potrebbe essere sufficiente richiedere direttamente all’azienda i seguenti documenti:
Pianta del perimetro
Schemi elettrici dei quadri oggetto del monitoraggio
Schemi idraulici riferiti a centrali termiche o frigorifere
Fondamentale è avere la pianta e il perimetro dell’azienda, affinché si possano collocare i carichi energetici
Spesso però, quanto sopra risulta parzialmente disponibile oppure non aggiornato con le ultime modifiche. E qui entra in gioco un altro elemento strategico delle fasi preliminari: il sopralluogo.
Il sopralluogo
Buona norma è quella di effettuare un sopralluogo (ovviamente, va valutata l’entità del progetto, per stabilirne l’effettiva opportunità), con l’obiettivo di recuperare non solo le informazioni per determinare la strumentazione necessaria, ma anche per verificare la presenza di reti BUS disponibili. Nel caso si decida per il sopralluogo, vanno sempre richieste al cliente:
Disponibilità della pianta del perimetro
Disponibilità del manutentore degli impianti oggetto del monitoraggio
Autorizzazioni particolari di accesso al sito o a determinate aree
È opportuno recarsi al sopralluogo disponendo di un elenco completo delle informazioni da raccogliere che, naturalmente, variano a seconda del tipo di strumento che dovrà essere installata.
Esempio di documentazione da portare con sé in fase di sopralluogo
La costruzione del progetto di monitoraggio
La costruzione vera e propria del progetto di monitoraggio è suddivisibile in queste nove fasi:
Incontro conoscitivo per la verifica preliminare delle esigenze: questa fase comprende anche la verifica dello stato di ottemperanza delle aziende rispetto al contesto normativo. Spesso ci si trova di fronte ad aziende che non sono consapevoli di essere fuori norma
Sopralluogo tecnico di verifica e approfondimento con presa dati
Creazione di un progetto per il cliente sulla base delle sue esigenze riscontrate sul campo
Fornitura e installazione dei materiali e delle soluzioni
Formazione professionale degli addetti interni all’azienda
Collaudo e verifica dello stato dell’impianto con il cliente
Attivazione dei servizi di manutenzione e assistenza in base alle esigenze riscontrate
Monitoraggio energetico con sensoristica IoT
Per arrivare a una maggiore efficienza da un punto di vista energetico, occorre conoscere al meglio il fabbisogno di apparati e dispositivi.
In questo, ci vengono incontro i sistemi di monitoraggio energetico basati sull’IoT, che rendono possibile collegare alla rete tutti i dispositivi che consumano energia e visualizzare le informazioni su comode dashboard Web o su app dedicate.
Da un punto di vista tecnologico, il funzionamento del monitoraggio energetico è ormai relativamente semplice e standard.
Gran parte dei sistemi di monitoraggio e controllo utilizza, infatti, il protocollo ModBus: semplificando al massimo, ogni apparecchio, dotato di un’apposita sensoristica wireless, grazie al protocollo Modbus diventa in grado di comunicare i propri dati relativi ai consumi energetici che, a intervalli regolari, sono trasmessi a un gateway.
Da qui i dati sono successivamente trasmessi, via cavo, a un server (cloud oppure on premise), dove restano a disposizione per le interrogazioni successive da parte dei database tradizionali o dei sistemi di big data o di intelligenza artificiale, magari integrati alle sempre più diffuse piattaforme di gestione dell’energia.
Monitoraggio consumi per le aziende: le infrastrutture
Il cuore delle infrastrutture di monitoraggio energetico è il gateway, che deve essere inteso come un vero e proprio punto di raccordo per la trasmissione dei dati. Esistono gateway focalizzati sulle esigenze specifiche di un’azienda – ad esempio, capaci di integrare delle soluzioni di building automation – oppure le schede di espansione.
Altre componenti base di una infrastruttura di monitoraggio possono essere anche dei semplici moduli umts dotati di connettività wi-fi oppure i ripetitori, che servono ad amplificare il segnale in caso di presenza di distanze importanti. Su quest’ultimo punto c’è da sottolineare che, oggi, le tecnologie wireless consentono di superare anche muri piuttosto importanti dal punto di vista dello spessore; in più, ormai, abbiamo a disposizione gli strumenti di ripetizione che permettono, spendendo cifre non certo considerevoli, di avere a disposizione una rete efficace.
In estrema sintesi, nell’infrastruttura di rete sono ospitati apparecchi molto diversi tra loro –gateway, ripetitori, modbus, contaimpulsi – che sono collegati alle sonde che rilevano direttamente i parametri oggetto di misurazione. Inoltre, in una infrastruttura per il monitoraggio sono integrati relè e driver che si occupano della fase di attuazione, cioè della trasformazione del dato rilevato in un’azione che deve essere intrapresa, ad esempio tramite l’accensione o spegnimento delle luci di un edificio.
Un altro snodo fondamentale dell’infrastruttura di rete è rappresentato dal concentratore dei dati, che si occupa, con modalità definite, di raccogliere i parametri – ambientali ed elettrici – necessari al monitoraggio. Le informazioni raccolte, via ethernet o via wireless, passano al gateway, per poi essere trasferite al server e al cloud, cioè dove risiede il cuore software della piattaforma di monitoraggio.
Infrastruttura di rete
Monitoraggio dell’energia elettrica
Concentrandoci, in particolare, sul monitoraggio dell’energia elettrica, che rappresenta il vettore fondamentale del fabbisogno aziendale, è possibile evidenziare come, oggi, in commercio esistano tante tipologie di misuratori, che possono essere suddivisi in base ad altrettante differenti caratteristiche.
Quello che si può dire è che, praticamente, ad ogni necessità di misura corrisponde un diverso strumento di acquisizione dei dati. Dunque, tali strumenti vanno adeguatamente selezionati in base alle specifiche necessità di monitoraggio di ciascuna azienda.
Ma se oggi il monitoraggio dei consumi elettrici è diventato uno strumento fondamentale per il cambiamento di business aziendale in ottica di una maggiore efficienza, non si può dire altrettanto dei parametri ambientali. Che, anzi, sino a poco tempo fa sono stati considerati un accessorio secondario: si è, infatti, spesso ritenuto il comfort degli ambienti di lavoro valutabile soltanto attraverso il dato semplice della temperatura interna.
Oggi, invece, nell’ottica di una visione Human Centric più evoluta, occorre tenere in considerazione questi aspetti per integrare sostenibilità ambientale della produzione, risparmio energetico, ottimizzazione della produzione, comfort e salubrità degli ambienti di lavoro e, in generale, di relazione.
Tutto questo può anche permettere di rispondere alla Direttiva europea 2018/844 EPBD (Energy Performance of Building Directive), che stabilisce che “… i requisiti minimi di rendimento energetico per gli edifici devono tener conto delle condizioni generali del clima degli ambienti interni, al fine di evitare eventuali effetti negativi”.
I parametri ambientali maggiormente considerati sono luce, CO2, polveri sottili, VOC, umidità, gas nocivi. Oggi, insomma, esiste la possibilità di monitorare tutto quello che si genera all’interno degli edifici, sia in ambito industriale che civile. Per verificare il rispetto di questi parametri, esistono numerose tipologie di sensori e di attuatori, così come in ambito elettrico.
Monitoraggio energetico: la piattaforma
I dati e i parametri raccolti dagli strumenti di monitoraggio energetico sono di norma estremamente numerosi e, soprattutto, sottoposti a continue variazioni nel corso del tempo. Per poterli tenere costantemente monitorati, occorre contare su una soluzione che permetta di tradurre i dati grezzi rilevati dagli strumenti fisici in informazioni facilmente visualizzabili e comprensibili.
Questo compito è affidato alle piattaforme per il monitoraggio energetico, che costituiscono l’indispensabile fase finale di qualsiasi soluzione in materia. Più nel dettaglio, la piattaforma per il monitoraggio energetico può essere definita come uno strumento analitico costituito da una serie di servizi che assicurano la ricezione dei dati, la loro memorizzazione su database, la gestione degli allarmi in caso di mancata ricezione dai dispositivi remoti, l’esportazione automatica programmata e servizi di supporto e manutenzione.
Proprio nell’ottica di facilitare l’analisi delle informazioni necessaria, la piattaforma per il monitoraggio deve possedere un’interfaccia utente che renda il sistema semplice e intuitivo, da utilizzare da parte di più utenti. Inoltre, la piattaforma deve essere accessibile via Web tramite browser, preferibilmente ospitata in sistemi in Cloud, così da assicurare la fruizione anche via mobile.
Ogni dashboard contiene una serie di componenti grafici, detti widget, che possono rappresentare istantaneamente o nel tempo una determinata misura
La dashboard
Il vero e proprio cuore di una piattaforma di monitoraggio energetico è costituito dalla dashboard, o cruscotto che, in ambito informatico, definisce la rappresentazione visiva delle informazioni necessarie a raggiungere uno o più obiettivi, il tutto su un singolo schermo in modo da facilitare il monitoraggio delle informazioni a colpo d’occhio da parte dell’operatore.
Le dashboard devono anche consentire la visualizzazione di più impianti, correlandoli tra loro. Ovviamente, le dashboard possono essere molteplici e suddivise secondo le effettive necessità di ogni azienda, che può avere necessità di visualizzare maggiormente alcuni aspetti dei propri impianti rispetto ad altri. Dunque, diventa cruciale la possibilità di realizzare delle dashboard personalizzate, così anche da non essere legati per qualsiasi operazione al fornitore della piattaforma stessa.
Ad accomunare tutte le dashboard è la presenza una serie di componenti grafici, detti widget, che possono rappresentare istantaneamente, o nel corso del tempo, la misura di un determinato parametro oggetto di analisi.
Naturalmente, le modalità di rappresentazione possono essere modificate in base all’informazione che il dato fornisce, mentre gli stessi widget a disposizione degli utenti variano a seconda della piattaforma prescelta. Molto utile può risultare la presenza di mappe sotto forma di disegni o immagini, su cui possono essere posizionati degli indicatori visivi sul funzionamento degli apparati monitorati (verde=OK, giallo=warning, rosso=critical).
Nell’ambito delle funzioni richieste a una piattaforma, infatti, c’è anche la supervisione dei carichi oggetto di monitoraggio. In questo senso, è necessario configurare delle soglie su ciascuna specifica misura, a cui possono essere eventualmente associati degli allarmi che – attraverso la piattaforma – possono essere inviati via mail, via sms, via messaggio vocale ecc. agli utenti incaricati del controllo.
Le piattaforme consentono di effettuare analisi anche più di lungo termine, utili per comprendere la dinamica dei consumi energetici: per avere una valutazione completa dello stato di una grandezza sotto controllo è necessario esaminarne l’andamento in un determinato periodo sotto forma di grafico, al fine di effettuare un confronto immediato.
Particolarmente utilizzati, a questo scopo, sono gli istogrammi, che permettono di rilevare i mutamenti di una grandezza nel corso di periodi differenti, oppure di confrontare grandezze differenti nel corso dello stesso periodo. L’intervallo di tempo tra istogrammi di norma può essere selezionabile per favorire una visualizzazione più o meno dettagliata dell’analisi stessa.
Un’altra possibilità a disposizione degli Energy Manager è il grafico sotto forma di Multireport, mostrando cioè l’andamento nel tempo di più grandezze differenti in uno stesso grafico. Infine, per il corretto funzionamento della piattaforma, occorre prevedere un sistema di permessi differenziati per ogni utente abilitato, che ne circoscriva l’ambito di azione, così anche da garantire una maggiore sicurezza complessiva da un punto di vista informatico. Per ogni utente, dunque, deve essere definito quali grandezze possono essere visualizzate e quali invece no.
BEMS per gestire l'energia di un edificio
In qualsiasi tipo di edificio, sia esso di tipo residenziale, commerciale o industriale, per effettuare un monitoraggio energetico completo bisogna affidarsi a un BEMS – Building Energy Management System – ovvero a sistema di gestione dell’energia di un edificio.
Tale sistema, basato su tecnologie IoT, ha come obiettivo principale quello di eliminare gli sprechi, ridurre i consumi e di conseguenza ridurre sia i costi in bolletta sia le emissioni di CO2 nell’aria. Ma ha anche l’obiettivo di migliorare la vivibilità degli ambienti attraverso il controllo continuo di microclima, temperatura e umidità, e monitorare in maniera costante gli impianti e i macchinari presenti nello smart building, al fine di garantirne l’ottimizzazione lungo tutto il ciclo di vita.
Il BEMS rappresenta una piattaforma al cuore di ogni smart building che si pone come obiettivo quello di assicurare il massimo risparmio energetico andando a gestire i sistemi e gli impianti in funzione del loro reale utilizzo, nonchè di offrire comfort e benessere agli utenti che vivono gli ambienti indoor.
