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AMBIENTE E RISORSEOsservatorio CEI Articolo

www.ambientesicurezza.ilsole24ore.com29 maggio 2012 N. 10 IL SOLE 24 ORE93

EFFICIENZA ENERGETICA: QUALI CRITERI DI SCELTAPER L’INSTALLAZIONE NEGLI IMPIANTI ELETTRICI?l di Cristina Timò

direttore tecnico CEIAngelo Bagginimembro comitato CEi

La progressiva presa di coscienza del contesto energetico nazionale e mondiale,insieme ai vincoli imposti dal protocollo di Kyoto, ha condotto all’introduzionedi strumenti normativi, sia legislativi che tecnici, volti all’attuazione di politichecorrettive del consumo e della produzione energetica. Numerosi studi hannodimostrato che i miglioramenti di efficienza energetica di alcuni prodotti sonostati conseguiti principalmente grazie all’introduzione di norme e di programmidi etichettatura energetica. La normazione tecnica può, quindi, svolgere un ruolochiave nel garantire il raggiungimento degli obiettivi di promozione dell’efficienzaenergetica a livello nazionale e internazionale (sia in termini di strumento essenzialee regolatorio sia in termini di strumento facilitatore) anche con specifico riferimentoalle direttive di “nuovo approccio”.

Tra le varie problematiche che tan-to il mondo normativo quanto quel-lo della formazione/comunicazio-ne devono affrontare, il tema del-l’efficienza energetica presentacaratteristiche peculiari.Da un lato, esistono le tecnologie,le strategie e l’offerta, pur essendolontane dalla maturità; dall’altro,le risposte del mercato stentano adaccettare soluzioni più efficientied economiche sul lungo periodo difronte a soluzioni tradizionali cheminimizzano il costo iniziale.Se, per un verso, per molte tra leapplicazioni tradizionali la classicadefinizione di rendimento costitui-sce già una metrica adeguata an-che per l’efficienza energetica senon del sistema almeno del compo-nente, per altro verso applicazioni

diverse, valga l’esempio dei datacenter, non permettono certo unametrica basata sul classico rappor-to tra energia in ingresso e in usci-ta. Per poter parlare di efficienza enon solo di risparmio è necessario,quindi, mettere a fuoco alcune de-finizioni come:l prestazione resa;l “confini del sistema di riferi-

mento” ovvero il contesto nelquale questo è inserito: una so-luzione tecnologica efficiente incontesto limitato può risultaremeno profittevole ampliando ilcontesto esaminato.

Valga per tutti l’esempio delle pom-pe di calore che singolarmente per-mettono COP molto superiori al-l’unità, ma la cui efficienza com-plessiva in termini di fonti primarie

deve tenere in debito conto quelladel sistemaelettricodi generazione,trasporto e distribuzione a monte.Sempre in tema di riscaldamentoambientale, può essere evocativoil confronto di un sistema di riscal-damento a resistori (rendimento 1)e uno tradizionale a combustionedi metano.Al fianco del miglioramento intrin-seco delle prestazioni energetichedi un componente (ad esempio tra-sformatore, cavo, motore ecc.) unapproccio all’efficienza energeti-ca che si sta rapidamente affer-mando è quello che prevede unamigliore gestione di un dato siste-ma adattandone l’uso alle effetti-ve esigenze ovvero parzializzando-lo o disattivandolo quando non ne-cessario (ad esempio regolazione


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dell’illuminazione pubblica, rela-zione di un azionamento, automa-zione della gestione di un edificio odi un processo ecc.).

TRASFORMATORI DADISTRIBUZIONEI trasformatori di potenza sono com-ponenti fondamentali nel sistema diproduzione, trasmissione e distribu-zione dell’energia elettrica. Pur es-sendo, in generale, macchine moltoefficienti con rendimenti compresitra il 95 e il 98%, attraverso di essetransita tutta l’energia prodotta outilizzata da una qualsiasi utenza;un aumento della loro efficienzapuò costituire quindi un risparmioenergetico considerevole.Oltre ai trasformatori MT/BT diproprietà delle aziende distribu-trici di energia elettrica, esistonoperò anche quelli industriali,quelli cioè di proprietà delle uten-ze industriali alimentate in MT cherappresentano il 45-50% dell’ener-gia elettrica totale consumata dal

settore industriale e terziario.I valori delle perdite a vuoto e delleperdite dovute al carico sono statistandardizzati, per la prima volta,dal CENELEC nel 1992 in due docu-menti di armonizzazione (HD 428 [8]e HD 538 [9]) che hanno dato origineanche alle due ormai vecchie serienazionali denominate perdite nor-mali e perdite ridotte. Attualmen-te, i valori di perdita normalizzatidei trasformatori in oggetto sonodefiniti nelle norme CEI EN 50464-1(2007) e CEI EN 50541-1 (2011), ri-spettivamente, per le macchine inolio e a secco.In particolare, per quanto riguar-da i trasformatori in olio sono sta-te definite tre classi di perdite, siaper le perdite a vuoto sia per quel-le dovute al carico. Per quanto ri-guarda, invece, i trasformatori asecco sono state individuate dueclassi per le perdite a vuoto e dueclassi per le perdite dovute al ca-rico. Per entrambi i tipi di trasfor-matore vale la pena di osservare

che il rispetto del limite di perditaa vuoto delle classi più performan-ti ha aperto in modo abbastanzaimportante il mercato dei trasfor-matori da distribuzione ai nucleidi materiale amorfo che, fino apochi anni fa, veniva utilizzato so-lo in un limitato numero di appli-cazioni di grande potenza.Tra i contenuti più significativi del-le norme citate si possono sinteti-camente citare:l la riduzione del livello di perdite;l l’allineamento della denomina-

zione delle classi di perdite alpiù familiare sistema di etichet-tatura energetica degli elettro-domestici (la classe A corrispon-de alle perdite minori);

l l’introduzione del concetto diclassi “mobili” nel senso che, adesempio, la classe A designeràsempre il livello di perdite mino-ri, indipendentemente dal valo-re che potrà quindi cambiare al-lineandosi alla BAT.

Sn (kVA)Perdite a vuoto (W) Vcc (%)

D0 C0 B0 A0

50 145 125 110 90

4

100 260 210 180 145

160 375 300 260 210

250 530 425 360 300

315 630 520 440 360

400 750 610 520 430

500 880 720 610 510

630 1.030 860 730 600

630 940 800 680 560

6

800 1.150 930 800 650

1.000 1.400 1.100 940 770

1.250 1.750 1.350 1.150 950

1.600 2.200 1.700 1.450 1.200

2.000 2.700 2.100 1.800 1.450

2.500 3.200 2.500 2.150 1.750

CLASSIDI PERDITADEFINITE DALLAEN50464-1 [13] –PERDITE AVUOTOUM ≤ 24 KVTabella 1



L’impiego di trasformatori a per-dite ridotte si giustifica, eviden-temente, in termini energetici,ma generalmente anche in terminieconomici, se si considera che ilprezzo d’acquisto di un trasforma-tore rappresenta solo una partemarginale del costo totale dellamacchina mentre il costo di eser-cizio (legato alle perdite) ne costi-tuisce mediamente il 75-85%.Da un punto di vista strettamen-te finanziario, il criterio di scel-ta più corretto di un trasforma-tore di potenza è quello di acqui-stare quella macchina chepresenta il costo totale attualiz-zato più basso.Attualmente, sono in corso valuta-zioni a livello CENELEC circa lapossibilità di normalizzare anchele perdite dei trasformatori di po-tenza AT/MT.

MOTORI ELETTRICIE AZIONAMENTIA oggi, i motori elettrici rappresen-tano in Europa e in Italia una quotaconsistente dell’impiego dell’ener-giaelettrica, sia inambito industria-le (65-70%) sia nel settore terziario(25-30%), essendo impiegati in moltiimpianti di servizio (sistemi di pom-paggio, di produzione e distribuzio-ne aria compressa, sistemi di venti-lazione ecc)[1].Numerosi studi hanno evidenziatocome lecausedella scarsaefficienzadi questi sistemi sono riconducibilisostanzialmente ai seguenti fattori:l dimensionamento improprio;l bassa efficienza elettrica dei

motori utilizzati;l bassa efficienza meccanica del-

l’utilizzatore finale (pompe,ventilatori, compressori, ecc.);

l assenza di sistemi di controllodella velocità;

l manutenzione scarsa o addirit-tura inesistente.

Una panoramica del potenziale diefficienza energetica nei sistemimotore (motor drive systems) è ri-portato in tabella 4.Fino a qualche anno fa, un accordovolontario tra il CEMEP[2] e la Com-missione europea DG XVII costituivail principale riferimento per la classi-ficazione del rendimento dei motorielettrici. Dall’inizio del 2009 il riferi-mento tecnico è diventato la normaEN60034-30 (CEI 2-43) [3].La norma EN 60034-30 specifica treclassi di efficienza per motori tri-fase (IE1, IE2, IE3), fornendo unostandard mondiale per la classifi-cazione e ampliando il campo diapplicazione rispetto a quello del-l’accordo volontario CEMEP-EU,comprendendo motori di potenzada 0,75 fino a 375 kW.

Sn (kVA)Perdite dovute al carico (W) Vcc (%)

Ck BK Ak

50 1.100 875 750

4

100 1.750 1.475 1.250

160 2.350 2.000 1.700

250 3.250 2.750 2.350

315 3.900 3.250 2.800

400 4.600 3.850 3.250

500 5.500 4.600 3.900

630 6.500 5.400 4.600

630 6.750 5.600 4.800

6

800 8.400 7.000 6.000

1.000 1.0500 9.000 7.600

1.250 1.3500 1.1000 9.500

1.600 1.7000 1.4000 1.2000

2.000 2.1000 1.8000 1.5000

2.500 2.6500 2.2000 1.8500

CLASSIDI PERDITADEFINITE DALLAEN50464-1 [13] –PERDITE DOVUTE AL CARICOUM ≤ 24 KVTabella 2

1) «Regolamento n. 640/2009 della Commissione europea, recante modalità di applicazione della Direttiva 2005/32/CE del ParlamentoEuropeo e del Consiglio in merito alla progettazione ecocompatibile dei motori elettrici» (in G.U.C.E. L del 23 luglio 2009, n. 191).



Tabella 3

Classi di perdita definite dalla EN 50541-1 (trasformatori a secco)

Misure di risparmio energetico Risparmi tipici

Descrizione intervento

Impiego di motori alta efficienza (EEM) 2-8%

Corretto dimensionamento 1-3%

Riparazione motori alta efficienza (EEMR) 0,5-2%

Utilizzo di azionamenti a velocità variabile (VSD) 10-50%

Utilizzo di trasmissioni alta efficienza/riduttori 2-10%

Controllo della qualità della potenza fornita 0,5-3%

Funzionamento e manutenzione del sistema

Lubrificazione, riparazioni, messa a punto delle macchine 1-5%

BENEFICIDERIVANTIDALL’APPLICAZIONE DELLE MISURE DIRISPARMIOENERGETICONEI SISTEMIMOTORE [2]

Tabella 4



I limiti fissati per la classe IE1 (moto-ri standard) e per la classe IE2 (mo-tori ad alta efficienza) sono basatisui limiti delle classi EFF2 ed EFF1,leggermente modificati per tenereconto dei differenti metodi di prova.I limiti della classe IE3 (motori pre-mium efficiency) sono, invece, in-feriori a quelli fissati per la classeIE2 in una percentuale compresatra il 15 e il 20%.La EN 60034-30 prefigura anche lacosiddetta “super-premium class”(IE4) che sarà oggetto di un’edizio-ne successiva della norma.Queste classi di efficienza sonostate recepite dalla Commissioneeuropea nel proprio regolamenton. 640/2009, che prevede che, apartire dal 2015, tutti i motorielettrici di potenza compresa tra7,5 e 375 kW abbiano rendimentominimo IE3 oppure dovranno esse-re eserciti a velocità variabile.Come accennato, il potenziale diefficienza energetica dei sistemimotore risiede non solo nella possi-bilità di adottare motori con unrendimento più elevato, ma anche

nell’impiego di azionamenti a ve-locità variabile (VSD).Nel corso del 2011, il CEI ha pubbli-cato due guide su questo tema, chepermettono di stimare il potenzia-le di risparmio legato all’adozionedi VSD e di coordinare le caratteri-stiche dell’azionamento con quel-le del motore.La specifica tecnica CEI CLC TS60034-31) [4] descrive gli elementiche devono essere presi in conside-razione nel caso di sostituzione dimotori elettrici con motori elettricicosiddetti ad alta efficienza o nelcaso in cui si voglia modificarel’esercizio di un motore elettrico davelocità fissa a velocità variabile.La Guida CEI 315-1 descrive, inve-ce, una metodologia per determi-nare il risparmio energetico conse-guibile attraverso l'impiego di VSDapplicati a motori elettrici operan-ti su sistemi che utilizzano pompedi tipo centrifugo.

DATA CENTERI data center, nella loro accezione

più ampia, costituiscono un settorecaratterizzato da un’elevata in-tensità energetica e da consumi incostante aumento.Si stima che attualmente i datacenter siano responsabili di unaquota pari a circa 1,5 - 2% dei con-sumi finali di elettricità sia negliStati Uniti sia in Europa e che ilpotenziale di efficienza energeticalegato ai possibili interventi di mi-glioramento consenta riduzionicomprese tra il 20 e il 50% del fab-bisogno energetico corrente.In virtù dell’importanza di questosettore e, soprattutto, della sua di-namica, esiste un notevole fer-mento intorno al tema dell’effi-cienza energetica dei DC. La Figura4 fornisce un quadro di sintesi diqueste attività che ruotano, condiversi approcci e da diverse pro-spettive, attorno al tema della co-difica di una metrica di prestazio-ne e delle best practice di proget-tazione e gestione dei data center.Esisteunsostanzialeaccordosul fattoche le aree di intervento sulle qualiagirepermigliorare l’efficienzaener-

Figura 1

Potenziale di risparmio energetico nel settore industriale conseguenteall’impiego di motori elettrici ad alta efficienza [3]

2) Comitato europeo costruttori macchine rotanti e elettronica di potenza.



getica dei DC possono essere suddivi-senei seguenti sistemi:l facility e relative infrastrutture

di servizio (fondamentalmentel’involucro edilizio, sistemaHVAC e impianto di distribuzio-ne dell’energia elettrica);

l sistema IT (hardware, softwaree modalità di gestione);

l relazione fra le sale apparati e gliambienti di servizio dello stessodata center o altri ambienti delmedesimo edificio in cui è ospita-to il DC (sostanzialmente riguar-dante la possibilità di impiego delcalore che deve essere estrattodalle sale apparati).

Queste aree di intervento possonopoi essere a loro volta approcciatesecondo una logica di aumento diefficienza del componente (adesempio, il server, l’UPS o la mac-china frigorifera) o del sottosistemacomponente (ad esempio, l’impian-to HVAC o l’infrastruttura elettrica).Il grosso dell’attività, come detto, si

concentra sulla definizione di unametrica di prestazione robusta, chesia capace di rappresentare effica-cemente il sistema data center, chepermetta un confronto tra diversicentri e che, soprattutto, tengaconto della dimensione, del model-lo di business e dei requisiti di conti-nuità dei servizio richiesti a un DC.Il raggiungimentodelprimoobiettivonecessita inevitabilmente della defi-nizione di altre metriche “ausilia-rie”, in primis, trattando di efficien-za energetica, della definizione diunametricadel servizio offerto.Meno problematica sembra essere,nell’opinione degli autori, la defini-zione di best practice condivise an-che in considerazione del fatto che,su questo fronte, esiste già una con-solidata letteratura tecnica.La tabella 5 vuole fornire un qua-dro delle attività normative e delleprincipali norme tecniche sul temadell’efficienza energetica dei datacenter. Vale la pena di sottolineareche la tabella riporta esclusiva-mente le attività degli enti di nor-

mazione, con l’eccezione del ri-chiamo al codice di condotta dellaCommissione europea e non fa rife-rimento, anche per esigenze di sin-tesi a iniziative private.Si vuoleevidenziare, infine, che il te-ma dell’efficienza energetica dei DCrappresenti, per il mondo della nor-mazione, una sfida paradigmatica inconsiderazione dell’approccio di si-stema e multidisciplinare che richie-de; questo è il motivo per il qualemolti enti di normazione hanno deci-so di affrontare l’argomento in modocongiunto.

CONCLUSIONILo spettro dell’esaurimento dellerisorse energetiche tradizionali e iproblemi ambientali collegati alloro sfruttamento, la presa di co-scienza internazionale della situa-zione ha portato negli ultimi annialla formalizzazione di nuove poli-tiche energetiche e ambientali chehanno messo in moto un’intensaattività normativa sia a livello eu-ropeo che nazionale. l

Esempio delle classi di efficienza energetica fissate dalla norma EN 60034-30per motori elettrici a 4 poli, 50 Hz(la potenza del motore è riportata sull’asse orizzontale in scala logaritmica,il rendimento minimo sull’asse verticale in percentuale)

Figura 2



Figura 3

Sintesi delle differenti opzioni per l’efficienze energetica dei sistemi motore [4]

Sintesi delle varie iniziative in tema di efficienza energetica dei data center

(Fonte: A.Rouyer – The Green Grid – CENELEC BTWG 132-3 Green Data Centers Report)

Figura 4



Organismo Codifica Titolo

CENELEC TC 215 EN 50174-2 Information technology Cabling installation Part 2: Installation planning andpractices inside buildings

CENELEC TC 215 EN 50600 (serie) Information technology Data centre facilities and infrastructures

ETSI TC EE ETSI EN 300 019-1-0 Environmental Engineering (EE);

Environmental conditions and environmental tests for telecommunicationsequipment; Part 10: Classification of environmental conditions; Introduction

ETSI TC EE ETSI EN 300 132 (serie) Environmental Engineering (EE); Power supply interface at the input totelecommunication equipment

ETSI TC ATTM ETSI TS 105 174-2-2 Access, Terminals, Transmission and Multiplexing (ATTM); Broadband Deployment Energy Efficiency and Key Performance Indicators; Part 2: Network sites;Subpart 2: Data centres

ETSI TC ATTM ETSI TS 105 174-5-4 Access, Terminals, Transmission and Multiplexing (ATTM); Broadband Deployment Energy Efficiency and Key Performance Indicators; Part 5: Customernetwork infrastructures; Subpart 4: Data centres (customer)

TelecommunicationsIndustry Association(TIA)

ANSI/TIA-942-2005 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers

European Commission,DG JRC

- Code of Conduct on Data Centres Energy Efficiency

European Commission,DG JRC

- Best Practices for the EU Code of Conduct on Data Centres

SINTESIDELLE PRINCIPALINORME TECNICHE E CODICIDICONDOTTASULL’EFFICIENZAENERGETICADEIDATACENTER

Tabella 5

l Riferimenti

[1] F. Bua: «Il punto sull’attività normativa internazionale e nazionale in materia di efficienza energetica», Convegno Nazionale AEIT, Mi-lano, 27-29 giugno 2011.[2] Motor Challenge Programme ttp://re.jrc.ec.europa.eu/energyefficiency/motorchallenge/index.htm[3] CEI EN 60034-30 (CEI 2-43) «Macchine elettriche rotanti Parte 30: Classi di rendimento dei motori asincroni trifase con rotore agabbia ad una sola velocità (Codice IE)»[4] CEI CLC TS 60034-31 Ed.1: «Rotating electrical machines Part 31: Guide for the selection and application of energy efficient motorsincluding variablespeed applications»[5] CEI 315-1: «Metodologia per la valutazione del risparmio energetico della regolazione di portata mediante azionamento variabile»[6] CEI 20-31/3-2: «Cavi elettrici Calcolo della portata di corrente. Parte 32: Condizioni di servizio Ottimizzazione economica dellesezioni dei cavi»[7] International Energy Agency: «Key world energy statistics 2009», www.iea.org[8] ENEA: Mondo: «Produzione mondiale di energia per fonti”, “Consumi finali di energia per fonti”, Europa: «Produzione di energiaper fonti», «Consumi finali di energia per fonti», www.enea.it/produzione_scientifica/volumi/REA_2007/REA2007_Dati_Prima.html#in-ternazionali.[9] F. Bua: «Sintesi delle attività normative nazionali ed internazionali in materia di Energy Management ed Efficienza energetica», L’usorazionala dell’energia: il ruolo dell’impianto elettrico, Milano, 8 giugno 2009.[10] Baggini, S. Berri: «Predisposizioni per la domotica: integrazione fisica e funzionale», Ambiente&Sicurezza, n. 23/2008.[11] CEI EN 50464-1 (2007) «Trasformatori trifase per distribuzione immersi in olio a 50 Hz, da 50 kVA a 2500 kVA con tensione massima per il componente non superiore a 36 kV Parte 1: Prescrizioni generali»[12] CEI EN 50541-1 (2011): «Trasformatori trifase di distribuzione di tipo a secco a 50 Hz, da 100 kVA a 3150 kVA e con una tensionemassima per il componente non superiore a 36 kV. Parte 1: Prescrizioni generali»

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