Certificazione energetica di apparecchi ed impianti di Pubblica Illuminazione

Certificazione energetica di apparecchi e impianti di Pubblica Illuminazione________________________Q

uando l’anno scorso ho cominciato a scrivere articoli sugli apparecchi LED per illuminazione stradale non ero certo mosso da interessi di parte (non lavoro per un produttore, non sono astrofilo, non produco apparecchi miei), nè ero un pazzo visionario: volevo semplicemente mettere in chiaro quali erano i REALI pregi e difetti di questi apparecchi.
E per REALI non intendo “verosimili” o “probabili”, ma testati sul campo e quindi effettivamente riscontrabili. Il tempo mi ha dato ragione: basta guardare come oggi i produttori siano molto più cauti nella presentazione dei risultati conseguibili oppure come ci sia stato un generale dietrofront sulle “meraviglie” della luce bianca e dei LED. Tutto questo perché, al contrario dei tanti ed improbabili “esperti” spuntati come funghi in questi ultimi anni, ho avuto la fortuna di poter mettere le mani sulle apparecchiature e quindi conoscerne in dettaglio tutte le sfaccettature.

Lo scopo di quegli articoli (e in generale lo scopo generale di questo blog) era di mettere in discussione tutte le varie affermazioni mendaci ed improbabili che affollano giornali e siti internet.
Per questo sono stato tacciato di disfattismo, ignoranza, incompetenza; addirittura mi è stato intimato, in maniera più o meno velata, di smettere di scrivere e fare test.

Invece eccomi qua. Continuo col mio lavoro di ricerca (che non si ferma ai LED, come potete vedere e  si sta allargando anche a collaborazioni con l’università), per tentare di fornire gli strumenti adatti alla corretta valutazione degli impianti di Pubblica Illuminazione.
Il lavoro che presento in questo articolo (pubblicato tra l’altro anche sul numero di AIDI LUCE 4/2010) risale a circa un anno fa e cerca di fornire una serie di parametri utili alla definizione dell’efficienza di apparecchi ed impianti di pubblica illuminazione.

1) Strategie per la sostenibilità e Criteri Ambientali Minimi per l’illuminazione

La recente politica europea sui prodotti che consumano energia, volta a coniugare sostenibilità e competitività, andrà ad incidere fortemente sulle caratteristiche che i prodotti di illuminazione di nuova generazione dovranno possedere per poter essere commercializzati all’interno dell’Unione Europea. Tale politica pone al centro una knowledge economy, una economia della conoscenza, basata quindi non sul prezzo, ma su una serie di discriminanti tese a favorire una produzione di qualità, attenta all’ambiente e soprattutto all’intero ciclo di vita dei prodotti.
Gli strumenti operativi sviluppati in questo contesto, come la cosiddetta politica integrata di prodotto (IPP), hanno portato alla creazione di diverse direttive, quali ad esempio quelle per il riciclo (RAEE, ROHS), le direttive EuP (Energy using Products) ed il Programma d’azione Ambientale dell’Unione Europea.

Ovviamente la spinta principale per l’adozione di prodotti sostenibili può venire solo dalle Amministrazioni pubbliche (che rappresentano la fetta più importante del mercato) ed in questa prospettiva vanno sviluppati strumenti che possono guidare le scelte verso le migliori tecnologie presenti oggi sul mercato.
A livello nazionale sono in via di approvazione bandi di acquisti verdi che intendono favorire lo sviluppo di un mercato di prodotti e servizi a ridotto impatto ambientale attraverso la leva della domanda pubblica. All’interno del Piano Nazionale d’Azione sul Green Public Procurement (PAN GPP) sono pertanto stati definiti dei Criteri Ambientali Minimi (CAM)  in diversi settori che consentono di definire un acquisto “sostenibile” attraverso specifici requisiti, criteri premianti, riscontro sul mercato europeo e attenzione sull’intero ciclo di vita del prodotto.
Il documento dedicato ai CAM relativi all’illuminazione pubblica è in fase di definizione ed è pubblicato sul sito del Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Mare. Questi criteri hanno lo scopo di promuovere l’adeguamento degli impianti di illuminazione pubblica esistenti o la realizzazione di impianti nuovi che, nel rispetto delle esigenze di sicurezza degli utenti, abbiano un ridotto impatto ambientale in un’ottica di ciclo di vita.

Per tener conto dei diversi tipi di interventi che possono essere attuati, i criteri sono stati suddivisi in tre sottogruppi:

  • Lampade HID e sistemi LED: relativi alla sostituzione di lampade a scarica e sistemi a LED in un impianto esistente; particolare attenzione va posta al mantenimento delle condizioni di sicurezza dell’apparecchio, in quanto la modifica rispetto alla configurazione iniziale comporta la perdita della marcatura CE originaria ed è quindi necessario che ad ogni modifica eseguita sia emessa una nuova dichiarazione CE, con assunzione di responsabilità da parte di chi ha eseguito le modifiche.
  • Corpi illuminanti: relativi alla sostituzione o all’installazione dei soli corpi illuminanti e pertanto alle caratteristiche minime e migliorative che gli apparecchi devono avere.
  • Impianti di illuminazione: relativi alla realizzazione di un impianto ex-novo; in questo caso, poiché i consumi dipendono non solo dalle sorgenti e dalle caratteristiche ottiche degli apparecchi ma anche dalla geometria di installazione adottata, è possibile individuare criteri che consentano le migliori prestazioni e il minor impatto ambientale. In particolare, è stato messo a punto un criterio di qualificazione energetica basato sul prEN 13201-5, con livelli di riferimento dedotti in seguito ad un benchmark delle soluzioni tecnologiche commercializzate nel mercato di illuminazione pubblica europeo nel 2009.

2) Proposta HERA Luce di certificazione energetica

Circa un anno fa HERA Luce mi chiese di sviluppare macroindicatori dell’efficienza reale di un impianto di illuminazione, che andassero oltre l’indicazione dell’efficienza media delle sorgenti. La mia idea è stata quella di sviluppare, in un’ottica di progressiva complessità, indicatori che dessero conto dello stato degli apparecchi illuminanti e quindi delle installazioni vere e proprie. Ne sono nate due schede, che definiscono una classe energetica in base alle norme tecniche in vigore, alle direttive europee ed EuP inerenti il risparmio energetico, alle norme di altri paesi membri riguardanti l’efficienza energetica della pubblica illuminazione e ai requisiti prestazionali definiti su una logica di Best Avaiable Technologies.
Per quanto riguarda il singolo apparecchio illuminante, l’indice di valutazione fa diretto riferimento alle prestazioni delle sue componenti principali, che contribuiscono a definire l’efficienza dello stesso: la sorgente luminosa, la componente ottica, l’alimentazione. Per ciò che riguarda gli impianti di illuminazione invece si fa riferimento sia all’apparecchio di illuminazione installato, sia alle caratteristiche al contorno che definiscono la geometria dell’impianto (come interasse fra punti luce e larghezza della strada).
Il fatto che questi coefficienti siano stati adottati anche all’interno dei CAM per la pubblica illuminazione non fa altro che confermare la bontà della mia intuizione ed il fatto che probabilmente la crisi economica e le vicissitudini di questi ultimi anni hanno portato alla richiesta di strumenti di valutazione che andassero al di là della corretta progettazione illuminotecnica e del rispetto delle leggi regionali.

Purtroppo le logiche di acquisto delle Amministrazioni Pubbliche non sempre sono tese al reale miglioramento degli impianti esistenti e al risparmio energetico; ad aggravare la situazione contribuisce l’insufficienza delle corrette informazioni a disposizione degli Amministratori, che per svolgere il loro mandato non debbono essere preparati ad affrontare ogni materia tecnica con rigore scientifico, e pertanto non riescono a discernere in maniera appropriata i dati forniti dai vari costruttori: risulta così abbastanza facile vendere prodotti non competitivi facendo leva sulla confusione degli interlocutori.
Lo sforzo maggiore è stato pertanto indirizzato nel trasformare questi dati in indicatori di facile lettura. Un prezioso aiuto è arrivato in questo senso dalla pratica ormai consolidata dell’ energy labelling (che oggi va dal settore dell’elettronica a quello degli immobili): queste etichette non solo rendono immediata la visualizzazione dei consumi e delle prestazioni, ma forniscono anche indicazioni circa il funzionamento e l’uso dei prodotti.
Come per un elettrodomestico, è possibile fornire una indicazione di massima sui consumi e le prestazioni di un apparecchio illuminante attraverso un indicazione del rendimento dello stesso; come per un immobile, un impianto di illuminazione può essere accompagnato da un documento che ne certifichi i consumi e le specifiche di funzionamento.

2.1) Apparecchi illuminanti

Data la moltitudine di apparecchi di illuminazione presenti oggi sul mercato e l’estrema eterogeneità di sorgenti a disposizione appare necessaria una revisione dei fattori che oggi si utilizzano per esprimere le caratteristiche prestazionali ed energetiche.
Per ottenere il minor consumo di energia ed al contempo massimizzare i risultati occorre valutare tutti i fattori che concorrono al buon funzionamento di un apparecchio; fattori come il rendimento di un apparecchio e l’efficienza luminosa delle lampade riflettono unicamente caratteristiche parziali e non esaustive. La necessità di poter esprimere l’efficienza in un unico termine ha portato quindi all’unione di questi due fattori in un coefficiente globale che tenga conto del flusso utile emesso dall’apparecchio e della reale potenza assorbita, espresso dalla relazione seguente:

Questo termine viene definito come Efficienza Globale di un apparecchio illuminante, ed è definito dal rapporto fra flusso nominale emesso dalle sorgenti nude presenti all’interno dell’apparecchio e la potenza reale assorbita dall’apparecchio (intesa come somma delle potenze assorbite dalle sorgenti e dalle componenti presenti all’interno dello stesso), il tutto moltiplicato per il rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e rivolto verso l’emisfero inferiore e flusso luminoso totale (Dlor)[1].
Va notato che, in caso di apparecchi a LED con flusso interamente rivolto verso l’emisfero inferiore, la formula è del tutto identica a quella dell’efficienza di sistema così come indicata dalla UNI 11356:2010.

Il parametro di riferimento utilizzato per la classificazione è costituito dall’ Efficienza Globale di riferimento, desunta dalle indicazioni normative e dalle BAT presenti oggi sul mercato; questo parametro viene diversificato in base all’ambito di applicazione di ogni apparecchio e di cui si fornisce qualche esempio[2]:


A questo punto viene definito un Indice Parametrizzato di Efficienza dell’ Apparecchio illuminante (IPEA) calcolato nel modo seguente:In base al parametro di riferimento vengono quindi definite le classi energetiche dell’armatura:

In base alla definizione data, è possibile osservare come si sia scelto di premiare apparecchi illuminanti  dotati di sorgenti molto performanti, di alimentatori elettronici e di ottiche con rese elevate. Si vuol fare inoltre notare come questo indicatore analizza semplicemente la qualità delle componenti; per avere una idea delle performace sul campo si rimanda all’indicatore di seguito indicato.

2.2) Impianti di Pubblica Illuminazione

Anche in questo caso i parametri di riferimento sono stati desunti dalla media di varie simulazioni di calcolo ed è stato scelto come criterio quello espresso all’interno della prEN 13201-5 e chiamato SLEEC (Street Lighting Energy Efficiency Criterion), differenziato in SL per la progettazione illuminotecnica in luminanza e SE per la progettazione illuminotecnica in illuminamento. Ad esempio, per una installazione stradale, lo SLEEC di progetto risulta pari a:

Per classi illuminotecniche che tengono conto dell’illuminamento, al posto della luminanza media mantenuta,occorre sostituire l’illuminamento medio mantenuto; per ambiti in cui non vi è una installazione lungo un percorso, all’interdistanza e alla lunghezza della strada è possibile sostituire un’area media di illuminamento. La logica seguita appare già in numerose leggi e proposte in ambito europeo, ma in questo caso i parametri sono stati diversificati in base alle diverse classi indicate dalla UNI 13201-2, di cui si fornisce qualche esempio[3]:

Viene quindi definito un Indice Parametrizzato di Efficienza dell’Impianto di illuminazione (IPEI) nel modo seguente:

Si vuol far notare l’aggiunta di un indice correttivo dovuta ad un problema rincontrato nel calcolo dello SLEEC: con questo indice potrebbe infatti capitare che date due installazioni aventi medesime condizioni al contorno, venga premiata quella con interasse minore. L’indice introdotto consente di ottenere la maggiore interdistanza fra i punti luce, premiando la più o meno puntuale aderenza ai valori minimi indicati dalla norma UNI 11248.
In base a questo indice vengono definite le classi energetiche per un impianto di Pubblica Illuminazione:

Il criterio proposto per gli impianti è in perfetta continuità con quanto esposto riguardo agli apparecchi illuminanti, poiché premia installazioni che adottano lampade performanti, alimentatori elettronici ed ottiche in grado di soddisfare al meglio le richieste di ogni ambito progettuale.

3) Schede di certificazione di apparecchi ed impianti

La definizione di indici di efficienza energetica è sicuramente uno strumento utile ma, come dimostra la scheda proposta da AIDI per gli apparecchi illuminanti a LED, occorre integrare questa informazione in dei report che illustrino in maniera esaustiva le principali caratteristiche di un sistema. Occorre fornire un valido strumento che presenti una parte generale comprensibile da chiunque ed una parte più specifica, dedicata ai tecnici, che possa essere da supporto nelle scelte inerenti l’acquisto di nuovi corpi illuminanti e l’installazione di nuovi impianti.
Per questo motivo HERA Luce mette a disposizione delle Amministrazioni due diverse schede che definiscono una classe energetica di confronto ed ulteriori specifiche che consentono la definizione puntuale ed esaustiva di tutti i parametri in gioco.
Tutte queste schede andranno a creare un database, che verrà presentato alle Amministrazioni, in maniera tale da caratterizzare apparecchi ed impianti con criteri univoci e confrontabili tra loro.

La prima scheda proposta riguarda gli apparecchi illuminanti: lo scopo è quello di fornire un quadro completo dell’apparecchio, riguardante sia le caratteristiche tecniche che prestazionali. La scheda proposta potrebbe inoltre fornire un supporto di partenza da cui sviluppare una catalogazione degli apparecchi con fati allineati per tutti i produttori: la migliore arma contro coloro che barano è sicuramente quella della trasparenza.

La seconda scheda riguarda gli impianti di Pubblica Illuminazione: in questo caso si tratta di una scheda che va a corredo del progetto di un nuovo impianto e si pone come valutazione dei consumi e delle modalità di manutenzione dello stesso.
Mentre la scheda precedente esamina l’apparecchio unicamente dal punto di vista delle prestazioni potenziali, con questa scheda viene valutato il suo effettivo rendimento sul campo; inoltre vengono forniti tutta una serie di dati che servono a caratterizzare l’impianto nel suo intero ciclo di funzionamento. L’intento è quello di fornire una prima indicazione sul Life Cycle Assessement delle tecnologie messe in campo, al fine di individuare l’effettivo valore dell’impianto dalla data di installazione a quella di dismissione.

All’intero di un lavoro di ampio respiro inerente la ricerca e l’efficientamento dei sistemi di Pubblica Illuminazione, le schede di certificazione che ho sviluppato rappresentano quindi uno strumento utile che attraverso parametri tecnici puntuali possono guidare il professionista nell’individuazione del prodotto migliore e definiscono un sistema semplice ed affidabile di certificazione con parametri di riferimento facilmente aggiornabili.
Le sfide del futuro vanno affrontate oggi, per garantire l’adozione delle tecnologie migliori e la massima efficienza degli impianti di Pubblica Illuminazione.

S.V.B.E.E.Q.V.

Matteo Seraceni

“Mi raccomando: questa volta cattivi, eh?”

 

Riferimenti:
[1] Si faccia riferimento a quanto espresso nel mandato CE M226 e nella CELMA “poposal for luminaire efficiency factor presentation” CEN TC 169 document N 418,2001; si veda ancora il NEMA standards publication No. LE5.
[2] Si faccia riferimento a quanto espresso nell’allegato VI del regolamento n. 245/2009 della Commissione Europea e a quanto indicato dai CAM presentati dal Ministero dell’Ambiente.
[3] Si faccia riferimento a quanto indicato dai CAM presentati dal Ministero dell’Ambiente e al Real Decreto 1890/2008 spagnolo.

Glossario:

  • ηa: efficienza globale di un apparecchio, intesa come rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e diretto verso il basso e potenza totale installata.
  • Φs: flusso luminoso emesso dalle sorgenti nude presenti all’interno dell’apparecchio illuminante.
  • Dlor: rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e diretto verso l’emisfero inferiore e flusso luminoso emesso dalle sorgenti nude.
  • ηr: efficienza globale di riferimento di un apparecchio illuminante (tabellata).
  • Wreali oppure Preale: potenza reale assorbita dall’apparecchio, comprensiva di tutte le componenti ausiliarie.
  • SL: SLEEC in luminanza per una particolare installazione.
  • SE: SLEEC in illuminamento per una particolare installazione.
  • Lm: luminanza media mantenuta, calcolata sull’area presa in esame, con un coefficiente di manutenzione MF = 0,80.
  • irif: interdistanza di riferimento fra due punti luminosi.
  • lmedia: larghezza media della carreggiata.
  • SLr: SLEEC in luminanza di riferimento (tabellato).
  • kinst: coefficiente correttivo che tiene conto della maggiore o minore aderenza ai valori espressi dalla UNI 11248 e premia le interdistanze maggiori a parità di condizioni al contorno.

Leggi anche:
Illuminazione stradale a LED – Parte 1
Illuminazione stradale a LED – Parte 2
Le principali grandezze illuminotecniche

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15 comments

  1. Ciao ancora una domanda sul parametro IPEI che di fatto (se non ho capito male) pesa la potenza installata su parametri di progetto come luminanza, interdistanza e larghezza della carreggiata quindi l’aumentare di questo parametro indica un peggior impianto cioè una diminuzione del denomintatore cioè di fatto minor Luminanza e/o minor interdistanza comporta un peggior impianto per potenza impegnata costante. del Potresti definire meglio il parametro K? cosa intendi per installazioni identiche, quando poi parli di interasse minore o maggiore?
    ciao
    G.

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    1. Il parametro IPEI si basa sulla definizione di SLEEC di riferimento per ciascuna categoria illuminotecnica di progetto.
      Questi riferimenti sono basati sulla normativa internazionale pubblicata (Real Decreto 1890/2008 spagnolo oppure gli stessi CAM presentati dal Ministero dell’Ambiente) e sulle attuali BAT presenti oggi.
      Ad esempio, viene considerato “di riferimento” (posizionati secondo le nostre indicazioni in classe B, che, come si può vedere è l’espressione della classe pari a quella di riferimento (1,00) con un’incertezza inferiore al 10%: cioè da 0,91 a 1,09) un apparecchio che per una strada in classe ME4b di carreggiata 6m (la maggioranza delle strade) con un lampada 70W SAP e alimentatore elettronico riesce a garantire 0,75 cd/mq con interdistanze pari a 30m.
      Per il parametro k ho modificato l’espressione usata.
      Significa che a parità di condizioni (stesso apparecchio, stessa lampada, stessa altezza di installazione, stessa tipologia di strada e classe illuminotecnica), premia le installazioni con interasse maggiore. Questo parametro va introdotto perchè lo SLEEC da solo potrebbe premiare, a volte, installazioni con interasse minore.
      Faccio un semplice esempio.
      Ho una installazione su strada di categoria ME3c (1,00 cd/mq).
      Diciamo che facendo 40m di interasse e Lm=1,02 cd/mq ho un SL pari a 0,45; bene, se con le stesse condizioni scendo a 38m di interasse probabilmente arriverò ad avere una Lm=1,12 cd/mq e quindi avrei uno SL inferiore, pari a circa 0,43.
      In questo caso verrebbe premiata l’installazione con interasse minore e Lm maggiore (come vedi sono presenti entrambi i termini nella formula): ma è un controsenso. Prima di tutto perchè mi interessa avere interassi maggiori (= meno consumi) e poi perchè non ha senso fare 1,12 cd/mq quando ne è richiesta soltanto una!
      A questo sopperisce il termine che ho inserito nella formula.
      Spero di essere stato abbastanza chiaro.

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      1. E’ quello che non mi tornava, difatti io partivo dall’assunto che a pari potenza e interdistanza costante venisse premiato un impianto in grado di fornire una luminanza maggior sulla carreggiata e quindi di fatto una diminuzione del parametro=miglioramento
        Ciao
        G.

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    1. Per ora è la massima risoluzione con cui posso pubblicarle.
      Appena arriveranno le conferme da parte dei produttori, sarà disponibile una versione on-line del documento reperibile direttamente dal sito di HERA Luce.
      Ciao

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