Individuare e valutare il carico di base notturno

Il carico di base di un edificio è la domanda che rimane quando nessuno lavora. Una parte deve restare attiva: refrigerazione, sale server, sistemi antincendio e di sicurezza, protezione antigelo e ventilazione necessaria alla sicurezza degli ambienti. Un'altra parte può essere evitata: luci lasciate accese, unità di trattamento aria bloccate in modalità occupata da una forzatura e apparecchiature in standby. Guasti alla programmazione di luci e trattamento aria si correggono nel BMS. Perdite d'aria compressa e assenza di un interblocco antigelo richiedono manutenzione o interventi sui controlli. Elimina un carico solo quando le prove mostrano che è evitabile.

Leggere i periodi di quiete

Usa dati per intervalli di 15 minuti o meno per attribuire un valore al carico notturno. I totali mensili non separano notte e giorno. Né i dati a 15 minuti né quelli a mezz'ora mostrano un ciclo più breve dell'intervallo. Un compressore che funziona per 5 minuti ogni 10 appare come una linea piatta a metà della sua potenza di funzionamento in ciascun intervallo. Per vedere il ciclo, misura il circuito che lo alimenta a intervalli di un minuto o meno.

Dividi i dati fra notti feriali, fine settimana, festività ed eventi insoliti, come una fermata o una notte di manutenzione. Confronta condizioni simili. Converti i timestamp nell'ora locale prima di selezionare la finestra di quiete. Se la selezioni in UTC, la finestra si sposta di un'ora a ogni cambio d'ora e l'avvio mattutino vi rientra.

Per misurare il livello, usa i percentili. Lo studio sui profili di carico del Lawrence Berkeley National Laboratory prende il 2,5° percentile della domanda per intervallo di ogni giornata come carico prossimo alla base e il 97,5° percentile come carico prossimo al picco. Non usare il minimo: basta un'interruzione o una lettura mancante per determinarlo, e non descrive più il normale funzionamento.

Il rapporto fra carico prossimo alla base e prossimo al picco indica rapidamente se la base richiede una spiegazione. Lo studio riporta i valori mediani nei giorni feriali per quattro edifici a Martinez, in California, dalla primavera all'autunno 2008:

Il centro minorile e il carcere sono occupati ventiquattr'ore su ventiquattro, quindi ci si aspetta un carico notturno elevato. L'ufficio A ha un rapporto più alto di entrambi. Per un ufficio con un rapporto simile, senza sala server o carico di processo che lo spieghi, vale la pena fare un sopralluogo notturno.

Per interpretare il profilo, confrontalo con questi andamenti:

Un carico costante di 20 kW e uno che oscilla fra 0 e 40 kW con un ciclo di lavoro del 50% consumano la stessa energia in una notte, ma indicano apparecchiature diverse.

Attribuire un valore al carico evitabile

Valuta soltanto la parte che hai dimostrato evitabile, non l'intero carico notturno. Ricava le ore dall'occupazione reale, non dal numero di notti.

Considera un ufficio occupato dalle 07:00 alle 19:00, dal lunedì al venerdì. È occupato per 60 delle 168 ore settimanali, quindi resta vuoto per 108 ore a settimana, ossia 5.616 ore in 52 settimane. In Irlanda ci sono dieci festività. Se per ciascuna l'ufficio chiude in un giorno feriale, dieci giorni da 12 ore aggiungono 120 ore. Il totale è 5.736 ore, il 65% dell'anno. Il giorno rimanente dopo 52 settimane aggiunge altre 12 o 24 ore, a seconda del giorno della settimana. Un carico evitabile di 8 kW durante quelle ore equivale a:

8 kW × 5.736 h = 45.888 kWh all'anno

A €0,25/kWh sono €11.472 all'anno. Contare solo le notti feriali, 12 ore per 250 notti, dà 3.000 ore e 24.000 kWh: manca quasi metà dello spreco.

Applica a ogni ora la tariffa corrispondente. Le tariffe di utilizzo della rete di ESB Networks per clienti aziendali misurati a intervalli fissano la fascia notturna dalle 23:00 alle 08:00, sia d'estate sia d'inverno. Considera una tariffa con un prezzo notturno in quella fascia e un prezzo diurno per tutte le altre ore, ignorando la fascia di punta 17:00–19:00. Nell'ufficio dell'esempio, ogni giorno feriale ha 8 ore vuote nella fascia notturna e 4 fuori, dalle 19:00 alle 23:00. Ogni giorno del fine settimana ne ha rispettivamente 9 e 15. Ogni festività aggiunge un'ora notturna, dalle 07:00 alle 08:00, e 11 ore diurne. Con €0,15/kWh di notte e €0,25/kWh di giorno, ipotizzati:

La cifra calcolata con una tariffa unica sovrastima il risparmio di €2.421, cioè del 27%. La guida FEMP alle opzioni tariffarie spiega come sono costruite le tariffe per fascia oraria. Nessuna delle due cifre comprende quote fisse, addebiti per la domanda o costo dell'intervento. Il calcolatore del costo dell'elettricità aggiunge le altre componenti della bolletta.

Controlla l'energia reattiva prima di eliminare un grande carico notturno. Per i clienti con domanda massima, ESB Networks applica un sovrapprezzo per basso fattore di potenza ai kvarh superiori a un terzo dei kWh nel periodo di fatturazione, equivalente a un fattore di potenza di circa 0,95. Corrente magnetizzante dei trasformatori e motori poco caricati assorbono potenza reattiva tutta la notte. Se un intervento elimina un carico resistivo, come luci o riscaldatori, i kWh diminuiscono ma i kvarh no, quindi il rapporto aumenta.

Per un carico ciclico, usa la potenza media su finestre di quiete complete. Non usare la potenza nominale o un solo picco. Una finestra che comprende molti cicli limita l'errore dei cicli parziali ai suoi estremi: 12 ore comprendono 36 cicli di 20 minuti. Calcola la media su varie notti confrontabili, perché una notte anomala non determini il valore.

Rintracciare il carico nelle apparecchiature

Parti dal profilo dell'intero edificio. Aggiungi misure dove distinguono una spiegazione dall'altra: prima i quadri principali, poi i circuiti del quadro con il carico notturno maggiore. Non sommare la lettura del contatore di un quadro a quelle dei contatori dei circuiti a valle: conteresti due volte lo stesso carico. La differenza fra il quadro e la somma dei suoi circuiti misurati è la quota non misurata. La guida al sottoconteggio spiega come scegliere i punti.

Se il contatore di fatturazione è sul lato a media tensione di un trasformatore di proprietà del sito, la lettura notturna comprende anche perdite del trasformatore che nessun contatore dei circuiti vede. Le perdite a vuoto persistono finché il trasformatore è alimentato. Il limite Tier 2 del Regolamento (UE) n. 548/2014 per un nuovo trasformatore in liquido da 1.000 kVA è 693 W, circa 6.070 kWh all'anno. Un trasformatore più vecchio può perdere di più. La perdita a carico varia con il quadrato della corrente. Al 20% del carico è il 4% del valore a pieno carico: 304 W rispetto al limite Tier 2 di 7.600 W. Includi entrambe nella quota non misurata. Non indicano un guasto.

Prima di usare i dati di ogni nuovo contatore, verifica che nessuna fase mostri potenza negativa. Un sensore di corrente montato al contrario sottrae dal totale e può nascondere un carico notturno. La guida alla potenza negativa spiega come individuarlo.

Controlla prima questi punti:

• La domanda diminuisce quando escono gli addetti alle pulizie o l'ultimo turno?
• La programmazione di ventilazione e riscaldamento segue l'occupazione reale, comprese le festività?
• Riscaldamento o raffreddamento funzionano durante una fermata?
• È rimasta attiva una forzatura manuale dopo la manutenzione?
• Il carico in standby deriva da molti piccoli dispositivi o da un solo circuito?

Nel sopralluogo notturno, controlla unità di trattamento aria, riscaldamento delle tubazioni e protezione antigelo senza interblocco sulla temperatura esterna, acqua calda prodotta a tutte le ore e aria compressa.

In un sito con aria compressa, il carico notturno del compressore è una prova delle perdite. Con tutte le apparecchiature che usano aria spente, il compressore si carica e si scarica solo per rimpiazzare l'aria che sfugge. La scheda sulle perdite del DOE e della Compressed Air Challenge fornisce la quota di capacità del compressore persa:

Perdite (%) = (T × 100) / (T + t)

T è il tempo medio sotto carico e t quello medio a vuoto, entrambi in minuti. Un contatore sul circuito del compressore ricava entrambi dal profilo di potenza. Un compressore sotto carico per 3 minuti e a vuoto per 9 perde il 25% della propria capacità. La scheda indica perdite sotto il 10% in un impianto ben mantenuto, il 20% in un impianto tipico con manutenzione insufficiente e fino al 30% in uno scadente. Raccomanda di ripetere la prova ogni trimestre.

Una correlazione con una programmazione o un evento indica dove cercare. Prima di proporre una modifica, conferma quale apparecchiatura è coinvolta e perché funziona. Alcuni carichi notturni sono intenzionali: una cella frigorifera che mantiene la temperatura dei prodotti, un riscaldatore che protegge dal gelo il locale della pompa antincendio o una sala server che ospita un servizio.

Verificare l'intervento

Prima della modifica, registra programmazione, stato dell'apparecchiatura, temperatura esterna o produzione e periodo di misura. Concorda la modifica con il responsabile dell'apparecchiatura.

Misura il risparmio sul quadro o circuito interessato, non sul contatore principale che comprende ogni altro cambiamento nell'edificio. È l'Opzione B, isolamento dell'intervento con misura di tutti i parametri, nelle linee guida FEMP di misura e verifica. Le linee guida richiedono un periodo di misura che copra l'intera gamma delle condizioni operative. Per una modifica alla programmazione notturna, usiamo almeno quattro settimane confrontabili prima e dopo: circa 20 notti feriali e 8 giorni di fine settimana in ciascun periodo. Per riscaldamento o protezione antigelo, normalizza rispetto al meteo con i gradi giorno di riscaldamento oppure confronta solo notti con temperature esterne simili.

Confronta giornate intere, non soltanto notti. Una temperatura notturna più bassa può richiedere un riscaldamento mattutino più intenso e produrre un picco maggiore. Se l'energia notturna scende di 40 kWh ma quella fra le 06:00 e le 09:00 sale di 15 kWh, il risparmio è 25 kWh al giorno. Un picco mattutino più alto può anche aumentare l'addebito per la domanda. La guida alla misura del risparmio energetico spiega come distinguere una variazione grezza da un risparmio corretto.

Trasformare lo studio in monitoraggio

Definisci un intervallo atteso per ogni periodo di quiete e annota la programmazione su cui si basa. Calcola la domanda media nella finestra di quiete di ciascuna delle ultime 20 notti feriali confrontabili, cioè quattro settimane. Imposta il limite superiore al più alto di quei valori più un margine, per esempio il 10%. Il valore più alto rappresenta il limite di ciò che il sito ha mostrato come normale, e il margine ammette una notte leggermente diversa. Usa un margine più ampio per un carico legato al meteo.

Il metodo ha un punto debole: una notte anomala fra le 20 alza il limite finché non esce dalla finestra. Escludi le notti con un guasto noto prima del calcolo. Assegna al fine settimana un intervallo distinto. Reimposta l'intervallo dopo ogni modifica approvata. Altrimenti un carico che torna lentamente al vecchio livello resta entro il vecchio limite.

Quando il carico notturno esce dall'intervallo, invia un avviso a una persona designata. L'avviso indica circuito, kW misurati, intervallo atteso e periodo. Un avviso con il solo totale dell'edificio non indica che cosa verificare.

Misure e avvisi con ZEM ed Edge

I monitor elettrici ZEM misurano quadri e circuiti che compongono il carico notturno. ZEM trasmette via Zigbee, senza un cavo dati che torni al quadro. Un elettricista qualificato installa i sensori di corrente e il riferimento di tensione. Serve anche un'alimentazione ausiliaria da 85 a 480 V CA.

Un Gateway con Edge conserva lo storico degli intervalli in sede e lo rappresenta per circuito. Una regola di automazione Edge sulla potenza di un circuito può generare un avviso e inviare un'email. Puoi limitarla a una finestra che attraversa la mezzanotte, per esempio 19:00–07:00 nei giorni selezionati. Edge valuta la finestra nell'ora locale del Gateway, quindi non si sposta al cambio d'ora. Imposta un'attesa più lunga di un normale ciclo del carico prima che la regola generi l'avviso, così un solo avvio del compressore non lo attiva. Una regola separata per la qualità dei dati genera un avviso quando le letture di un contatore diventano obsolete, affinché un contatore silenzioso non venga scambiato per un carico costante.