Il controllo integrato per il risparmio energetico delle piscine

Tra i bisogni fondamentali della nostra società, la cura del corpo ed il benessere acquistano sempre più importanza. Di conseguenza siamo in presenza di uno sviluppo consistente nel settore degli impianti sportivi e per il tempo libero, ed in particolare di edifici che includono servizi per attività natatorie. Questo fenomeno tuttavia va incluso ed inquadrato in un contesto più ampio, che è quello dell’efficienza energetica degli edifici. Infatti, è facile intuire che la complessità di strutture come le piscine richieda una particolare attenzione alla gestione energetica oltre che alla gestione della qualità dei servizi forniti. Non è raro trovare strutture sportive datate con involucro edilizio poco performante, sistemi di pompaggio obsoleti con motori elettrici a velocità fissa oppure unità di trattamento dell’aria non efficienti o con scarsa capacità di regolare le condizioni climatiche. L’obiettivo di ridurre il consumo ed il costo energetico di questi edifici può essere raggiunto attraverso un retrofit degli impianti che sia in grado migliorarne il funzionamento, magari evitando la completa sostituzione dove possibile.

Gli impianti natatori sono strutture particolarmente energivore data la necessità di trattamento continuo di grandi volumi di aria e di acqua. L’interazione tra queste due masse termiche è il punto di cardine per una ottimale gestione degli impianti. Infatti da un lato occorre mantenere l’acqua di vasca ad una temperatura idonea alle attività svolte e che molto spesso varia in funzione della posizione geografica (la temperatura dell’acqua può variare dai 26,5°C ai 29,5°C). Da un altro lato occorre fare circolare continuamente l’acqua per poterla filtrare, ricambiare ed igienizzare. Tutto ciò sarebbe già abbastanza per avere un rilevante consumo di energia. Tuttavia, bisogna tenere conto anche del fatto che la massa termica dell’acqua è a contatto con un’altra massa termica quale l’aria. Anche quest’ultima deve essere necessariamente trattata per poter essere climatizzata e purificata. Le due masse interagiscono continuamente innescando il meccanismo di evaporazione. Attraverso il processo di evaporazione, parte dell’energia termica della vasca viene dispersa nell’aria. Il fenomeno causa la perdita di energia termica attraverso la quantità di acqua che passa nell’aria per evaporazione, ma anche a causa della quantità di acqua di vasca evaporata che deve essere reintegrata con acqua di rinnovo. Più è forte questo fenomeno e tanto più sarà l’energia persa ed il peggioramento della qualità dell’aria dato l’aumento di umidità e di cloro nell’aria. La climatizzazione dovrà poi lavorare maggiormente per poter eliminare l’eccesso di umidità con aria nuova dall’esterno da trattare prima di immetterla nell’ambiente. Solitamente questo fenomeno viene ridotto mantenendo la temperatura dell’aria maggiore di circa 1°C rispetto a quella dell’acqua. Ma non sempre è possibile avere un controllo raffinato in grado di mantenere questa condizione al continuo variare dei fattori in gioco ed avere un sistema in grado di adattarsi alle reali esigenze della piscina. Soprattutto nel caso di impianti esistenti e datati. Inoltre, nel caso di impianti pubblici, il consumo elevato di risorse energetiche e idriche, e il budget limitato, ne rendono praticamente impossibile la gestione.

Sono molte le soluzioni sviluppate per migliorare l’efficienza energetica delle piscine, soprattutto da un punto di vista di approvvigionamento e recupero dell’energia (pompe di calore, motori elettrici a velocità variabile, recuperatori di calore dell’acqua di scarto etc.). Ma ci sono poche soluzione specifiche per il controllo integrato ottimale del trattamento dell’acqua e dell’aria della piscina. Il progetto Europeo SportE2 (www.sporte2.eu) ha sviluppato dei pacchetti ad-hoc per questo settore. In pratica il sistema sviluppato è un Building Management System (BMS) modulare che, oltre alle funzioni di base di monitoraggio e controllo, include delle applicazioni specifiche per la gestione delle unità di trattamento dell’aria e del sistema di pompaggio e rinnovo dell’acqua. La gestione integrata ha la capacità di trattare l’acqua e l’aria quando necessario, di gestire le caldaie per adattarsi al meglio al profilo d’uso oppure di sfruttare al massimo la produzione di un sistema termico solare per ridurre il carico dovuto al rinnovo di acqua necessario per il rispetto delle norme. Queste funzionalità sono ottenute grazie all’installazione di una rete di sensori per il monitoraggio di tutte le grandezze rilevanti (qualità dell’acqua e dell’aria, parametri termo-igrometrici, stato degli organi, consumi energetici) e gli organi per il controllo degli impianti esistenti come valvole e attuatori. Tutte le informazioni acquisite dai sensori vengono raccolte dall’unità centrale che va a regolare gli impianti sulla base di regole sviluppate ed implementate per la specifica applicazione. Oltre a questo, un modulo di ottimizzazione, basato su modelli simulativi e reti neurali, è collegato all’unità centrale per fornire costantemente e da remoto i set-point ottimali calcolati grazie ad un sistema di calcolo parallelo.

Figura 1 Interfacci grafica del sistema di controllo delle pompe per il trattamento dell’acqua di vasca

Il sistema installato e validato in edifici reali ha portato ad un risparmio energetico di circa il 30% sul consumo elettrico e termico della piscina. Ad esempio, in una delle applicazione fatte nel progetto, il pacchetto installato include:

• Controllo delle pompe per il trattamento dell’aria basato su temperatura dell’acqua, qualità dell’acqua, pianificazione delle attività ed occupazione reale della vasca;
• Controllo dell’unità trattamento aria (UTA) basato su misura ottimizzata delle condizioni termo-igrometriche dell’ambiente, qualità dell’aria che include anche la misura del cloro presente in aria come indicatore dell’evaporazione, occupazione dell’ambiente;
• Ottimizzazione dei set-point di controllo dell’UTA basato su reti neurali e cloudcomputing;
• Monitoraggio delle performance energetiche

 
Figura 2 Risparmio energetico settimanale ottenuto nella piscina

Oltre ad avere un risparmio energetico, il sistema deve garantire un ambiente salubre dove svolgere al meglio la propria attività. Nel caso delle piscine, un indicatore importante è il Cloro combinato presente nell’aria. Questo, oltre a dare un metro per valutare la qualità dell’aria delle piscine (per intenderci, il tipico odore di cloro che si sente entrando nella zona vasche), è un indicatore del livello di evaporazione dell’acqua e della conseguente perdita di energia. L’efficacia del controllo integrato sviluppato nel progetto è evidente dal confronto del contenuto di cloro tra sistema attivato e non. In pratica, oltre alla riduzione del picco durante le ore di servizio dell’impianto si è ottenuta una notevole riduzione notturna. Il sistema è riuscito a mantenere una condizione di set-back dell’impianto in grado di ridurre l’evaporazione e garantire il raggiungimento delle condizioni di funzionamento all’apertura mattutina dell’impianto.

Figura 3 Contenuto di composti a base di Cloro dell’aria con e senza sistema SportE2

Per Approfondimenti sul Progetto europeo SportE2
Prof. Ing. Gian Marco Revel
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche
Via Brecce Bianche, 60131 Ancona, ITALY.

Email: [email protected]
tel. +39 071 2204518
fax +39 071 2204801

Scarica la newsletter finale (in inglese) del Progetto Sport E2

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