Il risparmio energetico è la differenza tra due numeri, ma soltanto uno è misurato. Dopo un intervento si può misurare il consumo effettivo del sito. Quello che avrebbe consumato senza l’intervento è la baseline corretta: la stima di un modello adattato ai dati precedenti, usando le condizioni del periodo di rendicontazione. L’affidabilità del risparmio dipende dal modello e dai dati raccolti al confine di misura.
Variazione grezza e risparmio corretto
Uno stabilimento alimentare ha sostituito l'illuminazione e i controlli dell'illuminazione. Il consumo elettrico e la produzione per l’ultimo anno della baseline e il primo anno di rendicontazione sono stati:
| Produzione | Elettricità | |
|---|---|---|
| Anno della baseline, misurato | 12.000 t | 1.200.000 kWh |
| Anno di rendicontazione, misurato | 11.040 t | 1.020.000 kWh |
| Variazione grezza | 180.000 kWh | |
| Baseline corretta dal modello di regressione | 11.040 t | 1.142.400 kWh |
| Risparmio corretto | 122.400 kWh (10,7%) | |
| Baseline corretta con proporzione diretta, per confronto | 11.040 t | 1.104.000 kWh |
| Risparmio con proporzione diretta | 84.000 kWh |
Il modello è stato adattato a 24 letture mensili precedenti l’intervento:
E = 40.000 kWh + 60 kWh/t × P
E è il consumo mensile di elettricità e P è la produzione mensile in tonnellate. L'intercetta è il carico fisso: perdite di refrigerazione, perdite di aria compressa, illuminazione e ventilazione che funzionano indipendentemente dalla produzione. In dodici mesi sono 480.000 kWh. I gradi-giorno di riscaldamento sono stati provati come seconda variabile e poi eliminati. La loro statistica t era 1,1, inferiore al 2,0 richiesto da IPMVP, perché il sito si riscalda con il gas al di fuori del limite elettrico.
La variazione grezza è circa 1,5 volte il risparmio reale, perché anche la produzione è diminuita. La correzione proporzionale (1.200.000 kWh × 0,92) presuppone che il carico fisso diminuisca con la produzione. Non è così, quindi questo metodo sottovaluta il risparmio di 38.400 kWh, ovvero del 31%. Due metodi apparentemente difendibili danno risposte divergenti del 46%, ed è per questo che il piano deve nominare il modello prima che qualcuno possa vedere il risultato.
Questo risultato è energia evitata: la baseline è proiettata alle condizioni del periodo di rendicontazione. Un risparmio normalizzato proietta entrambi i periodi su un insieme fisso di condizioni, come un anno meteorologico tipico o un volume di produzione pianificato. Usalo quando confronti gli anni tra loro o con un obiettivo e indica quale riporti.
Adattamento del modello e incertezza sul risparmio
Tre statistiche decidono se un modello di regressione può aggiustare una baseline. Ogni variabile necessita di una statistica t superiore a 2,0. L'R² del modello dovrebbe essere almeno 0,75, che è il valore IPMVP citato dalla guida DOE. CV(RMSE), l'errore standard diviso per la media, misura la dispersione rimanente. Il modello dello stabilimento ha un R² di 0,80 e un CV(RMSE) del 4,5%.
La linea guida ASHRAE 14 chiede poi l’incertezza del risparmio riportato. Per un modello mensile con residui non correlati, l'Allegato B fornisce l'incertezza del risparmio frazionario (FSU) come:
FSU ≈ 1,26 × t × CV(RMSE) × √((1 + 2/n) ÷ m) ÷ F
Qui n è il numero di punti della baseline, m è il numero di punti del periodo di rendicontazione, F è il risparmio come frazione della baseline corretta e t è il valore t di Student per il livello di confidenza. Per lo stabilimento, n = 24, m = 12 e F = 0,107. Al 90% di confidenza con 22 gradi di libertà, t = 1,72:
| Confidenza | FSU | Risparmio |
|---|---|---|
| 68% (t = 1) | 16% | 122.400 ± 19.500 kWh |
| 90% (t = 1,72) | 27% | 122.400 ± 33.400 kWh |
La linea guida 14 richiede che l’incertezza sia inferiore al 50% del risparmio annuo riportato con un livello di confidenza del 68%, quindi questo modello è accettabile. Le due righe descrivono lo stesso modello e gli stessi dati. Una cifra senza il suo livello di confidenza non può essere paragonata a nulla.
I limiti CV(RMSE) più spesso citati dalla linea guida 14, 15% con un NMBE del 5% per i dati mensili e 30% con il 10% per i dati orari, sono criteri di calibrazione per una simulazione (Opzione D). Non sono il test per una baseline di regressione. Per una regressione, il test è l'incertezza sul risparmio di cui sopra.
F è al denominatore, quindi i piccoli risparmi falliscono per primi. Con lo stesso modello, un risparmio del 5% ha una FSU del 58% con una confidenza del 90%. Un modello con un CV(RMSE) del 15% fornisce una FSU del 195% per quel risparmio del 5%, che è un risultato che non può essere distinto da zero. Il limite DOE sull'analisi dell'intera struttura nella sezione successiva deriva da questa aritmetica.
La linea guida 14 limita anche i casi in cui si applica un modello. Va usato solo per i periodi in cui ciascuna variabile indipendente rientra tra il 90% del valore più basso e il 110% del valore più alto nei dati di base. Ogni mese del periodo di rendicontazione dello stabilimento rientrava in tale intervallo. Un mese con due settimane di chiusura non lo sarebbe. Riporta quel mese separatamente e indica che è fuori dal campo di applicazione del modello.
Le quattro opzioni IPMVP
Il protocollo internazionale di misurazione e verifica delle prestazioni (IPMVP), pubblicato dall'Efficiency Valuation Organization, definisce quattro opzioni. Le linee guida M&V del DOE utilizzano gli stessi quattro:
| Opzione | Che cosa si misura | Adatta a |
|---|---|---|
| A, isolamento dell’intervento, parametri chiave | Un parametro fondamentale, come la potenza dei nuovi circuiti di illuminazione. Gli altri parametri, come ad esempio gli orari di funzionamento, sono stabiliti: concordati e fissati nel piano | Interventi in cui un parametro determina la maggior parte dell’incertezza |
| B, isolamento dell’intervento, tutti i parametri | Tutta l’energia del sistema oggetto dell’intervento. Una misura puntuale o di breve durata è sufficiente quando il carico non varia; in caso contrario, misurare ininterrottamente per l’intero periodo di rendicontazione | Interventi su sistemi a carico variabile, come variatori, refrigeratori e compressori |
| C, intera struttura | Il contatore principale o un sottocontatore per l'intero edificio, con un modello di regressione sulle variabili indipendenti | Più interventi che interagiscono e producono insieme un grande risparmio |
| D, simulazione calibrata | Un modello energetico dell’edificio, calibrato sul periodo per cui esistono dati misurati | Nuovi edifici, per i quali è possibile misurare solo il periodo di rendicontazione, oppure interventi come le vetrate che non possono essere misurate direttamente |
Un valore fissato per accordo trasferisce il rischio. Se il piano fissa 4.000 ore di funzionamento e il sito ne registra 3.200, il risparmio dichiarato è eccessivo del 25% e chi ha accettato quel valore si assume la differenza. La guida DOE avverte che fissare un valore per accordo può trasferire il rischio al cliente. Stabilisci solo valori documentabili e misura il parametro che guida il risparmio.
La guida DOE limita l’opzione C ai progetti in cui si prevede che il risparmio superi circa il 10-15% del consumo misurato mensilmente. Richiede almeno 12, e preferibilmente 24 o più, mesi di dati di riferimento e almeno 9, preferibilmente 12, mesi di dati di rendicontazione. Il 10,7% dello stabilimento si trova nella parte inferiore di tale intervallo e il suo basso CV(RMSE) è ciò che rende utilizzabile il risultato.
Le opzioni A e B tracciano il confine attorno a un sistema, quindi perdono effetti interattivi. La nuova illuminazione riduce il guadagno di calore interno: il carico di riscaldamento aumenta e il carico di raffreddamento diminuisce, e nessuno dei due è presente sul circuito di illuminazione. Stimare l'effetto separatamente o utilizzare l'opzione C, dove lo vede il misuratore principale. Per una singola misura su un sito di grandi dimensioni, contabilizzare il sistema stesso con l'opzione A o B.
Pianifica prima di cambiare qualsiasi cosa
Scrivere il piano M&V e avviare la misurazione di base prima dell'adeguamento. Quando la vecchia attrezzatura scompare, non è più possibile misurare il funzionamento originale. Il piano nomina:
- il confine di misurazione: un sistema, un edificio o l'intera struttura;
- il periodo di riferimento, in anni interi (12, 24 o 36 mesi), in modo che nessuna stagione venga conteggiata due volte;
- le variabili indipendenti, le rispettive unità e fonti, usate dal modello per le correzioni ordinarie;
- i fattori statici, come la superficie, lo schema dei turni e le attrezzature connesse, e come calcolare una correzione straordinaria quando cambia uno di essi (una nuova linea di produzione, un nuovo locatario);
- ogni valore fissato per accordo e chi ne assume il rischio;
- la forma del modello, i criteri di adattamento, il livello di confidenza per l'incertezza e chi esegue il calcolo.
La norma ISO 50015 stabilisce gli stessi principi di M&V per un'organizzazione, mentre la norma ISO 50006 copre le linee di base energetiche e gli indicatori di prestazione energetica in un sistema ISO 50001. Un piano di M&V scritto per IPMVP rientra in entrambi i casi.
Dati da raccogliere con le letture dei contatori
| Dato | Perché e come |
|---|---|
| Energia (kWh) e domanda (kW) al confine, a intervalli di 15 minuti o di un’ora | I kWh danno il risparmio energetico, i kW la domanda evitata e il relativo costo. I dati a intervalli mostrano cambi di orario nascosti nel totale mensile |
| Orario operativo e schema dei turni | Separa meno ore di funzionamento da una migliore efficienza |
| Produzione nell’unità che determina il consumo energetico | Utilizza tonnellate, non lotti: il conteggio dei lotti nasconde la dimensione dei lotti e la regressione necessita del driver fisico |
| Gradi-giorno di riscaldamento e raffreddamento, dove il confine include il riscaldamento o il raffreddamento | Usa sempre la stessa stazione meteorologica identificata per nome. Trattare la temperatura di base come un parametro del modello: il modello dei punti di cambiamento della Linea guida 14 lo adatta a partire dai dati |
| Apparecchiature e impostazioni, prima e dopo | Targhette, setpoint e programmi orari del BMS costituiscono la prova di una correzione straordinaria e di successivi controlli di persistenza |
| Modifiche dei contatori, lacune nei dati e stime, con date e motivazioni | La linea guida 14 richiede una motivazione per ogni lacuna, esclusione e stima nei dati della baseline e del periodo di rendicontazione |
Le fatture mensili forniscono da 12 a 24 punti. Ciò è sufficiente per l’Opzione C quando il risparmio è elevato e il modello ha una dispersione ridotta, come nel caso dell’impianto. I dati a intervalli sono importanti in tre casi. L’opzione B li richiede. Gli interventi sugli orari di esercizio si vedono di notte e nei fine settimana, ma quelle ore scompaiono nel totale mensile. Un evento straordinario emerge nei dati giornalieri, non nella fattura successiva. Per la regressione, la guida DOE suggerisce di aggregare i dati degli intervalli in valori giornalieri o mensili. I residui giornalieri sono solitamente autocorrelati, quindi la formula FSU mensile sottostima la loro incertezza e l’Allegato B della Linea guida 14 fornisce la correzione.
Conserva i dati grezzi. Registra ogni esclusione e ogni stima, con la motivazione.
Rendicontare il risparmio
Il rapporto indica il risparmio corretto in kWh e come percentuale della baseline corretta, con la FSU e il relativo livello di confidenza. Per l'impianto: 122.400 kWh, 10,7%, ± 33.400 kWh al 90% di confidenza, con le date della baseline e del periodo di rendicontazione. Include il modello con i suoi coefficienti, R², statistica t e CV(RMSE), ogni aggiustamento straordinario con il suo calcolo e ogni periodo escluso con la sua motivazione.
Valorizza i kWh risparmiati con la tariffa del periodo di rendicontazione, separando le fasce orarie. Il calcolatore dei costi dell'elettricità aiuta con la ripartizione fra fasce. Riporta il costo della domanda di picco evitata, in kW, in una riga separata e mantieni i costi di implementazione e i benefici non energetici fuori dalla cifra energetica.
Quando un fattore statico cambia, applica il metodo di correzione straordinaria previsto dal piano e registrala. Non ridefinire la baseline senza documentarlo per far sembrare raggiunto un obiettivo. Laddove un contributo paga il progetto, il risparmio verificato può sbloccare il finanziamento: per i progetti EXEED, SEAI trattiene l'importo inferiore tra 30.000 euro o il 10% del contributo finché il bene non ottiene la certificazione EXEED o non viene verificato il risparmio energetico. Consulta la guida alle sovvenzioni EXEED.
Dove le dichiarazioni di risparmio falliscono
| Problema | Come si presenta | Cosa fare |
|---|---|---|
| Funzionamento anomalo nella baseline, come un arresto di un mese o un compressore guasto | Grandi residui in quei mesi e un CV(RMSE) alto | Registra la causa. Escludere i mesi solo con una motivazione dichiarata, oppure aggiungere una variabile che li spieghi. La linea guida 14 consente di escludere non più del 25% dei dati misurati da un modello dell'intera struttura |
| Un contatore o i suoi trasformatori di corrente sostituiti durante il progetto | Un salto nei residui alla data della modifica, spesso un errore di rapporto | Eseguire in parallelo la vecchia e la nuova misura per un periodo di sovrapposizione e registrare il rapporto e la data |
| Due interventi rivendicano gli stessi kWh | La somma dei risparmi per intervento supera il risparmio sul contatore principale | Assegnare ciascun kWh a una misura o attribuire insieme gli interventi che interagiscono nell'Opzione C |
| Condizioni del periodo di rendicontazione al di fuori dell’intervallo della baseline | Produzione o gradi-giorno inferiori al 90% del minimo di base o superiori al 110% del massimo | Non applicare il modello a tali periodi. Estendere lo scenario di riferimento o segnalarli separatamente |
| Riduzione del risparmio nel tempo | I residui mensili si riducono e la somma cumulativa (CUSUM) dei residui si appiattisce | Verificare le impostazioni da cui dipende la misura |
I risparmi ottenuti con orari e controlli tendono a ridursi per primi. Un programma orario del BMS viene impostato manualmente per un evento nel fine settimana e lasciato in quella modalità. Un variatore viene commutato in bypass a 50 Hz durante un guasto e non viene mai commutato indietro. Una fattura mensile può non rendere visibile nessuna delle due modifiche per diversi mesi. La guida DOE richiede che le misurazioni a breve termine dell'Opzione A siano ripetute almeno una volta all'anno. Con i dati di intervallo, traccia il CUSUM ogni mese. Un aumento del carico notturno è spesso il primo segnale e la guida al carico di base notturno mostra come leggerlo.
Misurare il risparmio con EpiSensor
Per le opzioni A e B, installare monitor di energia elettrica ZEM sui circuiti da adattare prima dell'inizio dei lavori, in modo che la baseline venga misurata al confine. Uno ZEM viene fornito con i relativi sensori di corrente calibrati e per la misurazione completa si applica la Classe 0.5S secondo IEC 62053-22. Ciò mantiene piccolo il termine strumentale dell’incertezza. Trasmette tramite la rete Zigbee, quindi può essere installato settimane prima del progetto senza un cavo dati. Per l'Opzione C, un contatore di impulsi ZPC legge l'uscita di impulsi del contatore principale esistente, dove ne ha uno. Il sito dispone così di dati a intervalli al confine dove prima aveva soltanto fatture mensili. Un gateway che esegue Edge registra le letture localmente, fornendo una seconda copia dei dati grezzi che il piano dice di conservare.
Gli eventi di risposta alla domanda utilizzano una baseline diversa, creata a partire dai giorni precedenti ciascun evento. Consulta la guida alla baseline della risposta alla domanda e il resto del percorso di apprendimento sulle prestazioni di edifici e processi.
Domande frequenti
Come si misura il risparmio energetico?
Adatta ai dati raccolti prima dell’intervento un modello del consumo energetico in funzione dei suoi fattori, come produzione e gradi-giorno. Inserisci nel modello i valori di tali fattori durante il periodo di rendicontazione per ottenere la baseline corretta. Il risparmio è la baseline corretta meno il consumo misurato.
Quali sono le opzioni IPMVP?
L’opzione A misura il parametro principale dell’intervento e fissa per accordo gli altri. L’opzione B misura tutta l’energia del sistema modificato. L’opzione C misura l’intero sito al contatore principale con un modello di regressione. L’opzione D usa una simulazione calibrata.
Quanto deve durare una baseline energetica?
Abbastanza da coprire tutte le condizioni operative che influenzano il consumo. Per l’analisi dell’intero sito, la guida del Dipartimento dell’Energia statunitense richiede almeno 12 mesi di dati, preferibilmente 24 o più. Per un solo sistema a carico costante bastano misure puntuali o di breve durata; se il carico varia, occorre misurarlo continuamente.
Quanto deve essere accurato un modello di risparmio?
Ogni variabile del modello dovrebbe avere una statistica t superiore a 2 e IPMVP suggerisce R² di almeno 0,75. La linea guida ASHRAE 14 richiede un’incertezza del risparmio dichiarato inferiore al 50% del risparmio annuo con confidenza del 68%. Indica sempre il livello di confidenza.