Sistema di controllo Copertura Solarizzata del Centro Formazione Professionale di Casargo (LC)

Author(s):
M. Brunazzi - POLARIS

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Energy/Power

Products:
LabVIEW, FieldPoint Real-Time Controllers

The Challenge:
Realizzare ex-novo il sistema di monitoraggio, controllo e datalogging del più vasto tetto solarizzato eliotermico d’Europa.

The Solution:
Sistema di acquisizione dati, controllo e datalogging basato su rete di FieldPoints Realtime National Instruments. Software di datalogging e controllo realizzati in LabVIEW.

La copertura solarizzata integrata sul Centro di Formazione Professionale Alberghiero (CFPA) di Casargo (LC), a circa 1000 metri di quota, è inserita all’interno del programma di ristrutturazione e retrofit energetico della costruzione, promosso e finanziato dalla Regione Lombardia, per la sensibilizzazione verso le problematiche energetico-ambientali e la diffusione di tecnologie per il contenimento energetico in edilizia.
L’edificio scolastico viene utilizzato per lo svolgimento delle attività didattiche nel periodo invernale e per corsi di aggiornamento estivi di ampio respiro, il centro è quindi un punto di riferimento culturale ed un esempio applicativo efficace di innovazione tecnologica.
L’impiego di un sistema avanzato sulla costruzione ha permesso la realizzazione di un progetto esemplare per interventi di retrofit, che rappresentano, a livello nazionale, il campo maggiormente promettente per l’applicazione dei sistemi solari.
Il tetto solare si estende su una superficie complessiva di circa 390 m2, facendo di questo complesso il più vasto tetto solarizzato eliotermico d’Europa.
La copertura comprende tre tipologie di impianti indipendenti:
- impianto solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria, distribuito in 2 campi sulle fasce laterali della falda, superficie di captazione: 112 m2,;
- impianto solare termico per il preriscaldamento dell’aria di rinnovo, situato nella parte centrale, superficie di captazione: 114 m2,;
- impianto solare fotovoltaico da 3,9 kWp, destinato ad alimentare i sistemi di regolazione e controllo dei due impianti precedenti, superficie: 23 m2.

L’obiettivo principale della Regione Lombardia che ha finanziato l’intervento è stato quello di realizzare un impianto dalla forte connotazione didattica e dimostrativa delle possibilità di risparmio energetico conseguibili tramite le tecnologie che utilizzano la fonte solare; per questo motivo per l’impianto di Casargo doveva essere sviluppato ex-novo un complesso sistema di controllo dell’impianto solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria e di monitoraggio che consentisse di acquisire i dati necessari per valutare e controllare nel dettaglio le prestazioni del sistema.
Polaris s.r.l. è stata quindi incaricata di studiare e realizzare questo sistema di controllo e datalogging.
Dopo un accurato studio preliminare si è appurato che la scelta ottimale era di utilizzare la tecnologia National Instruments.
Questa tecnologia è dotata di una grandissima versatilità, anche grazie alla modularità che ha permesso l’espansione del sistema semplicemente aggiungendo nuovi moduli e aggiornando il software, senza quindi richiedere la sostituzione di alcun componente.
Inoltre la tecnologia Real-Time dei FieldPoints ha permesso di realizzare sistemi indipendenti da unità di controllo esterne (quali ad esempio i PC) pur consentendo in maniera molto semplice a queste unità esterne di monitorare i dati a bordo dei FP2000 e di scaricare via FTP i dati in essi contenuti.
E’ stato quindi possibile realizzare un sistema di monitoraggio per permettere a PC autorizzati, connessi alla intranet della scuola, di visionare dei sinottici installati sui FieldPoints riportanti i parametri principali aggiornati in tempo reale.
Grazie alla grande versatilità della tecnologia National Instruments è in corso il porting di parte di questo sistema di monitoraggio sul web, in collaborazione con Graglia s.r.l., per permettere a chiunque si colleghi al sito della scuola di visionare un sinottico con i parametri nonché un’immagine della copertura ripresa da una speciale telecamera.
Data la natura didattica dell’impianto è inoltre possibile per gli stessi manutentori modificare gli eventuali set-points, qualora lo si ritenesse necessario, senza la necessità di richiedere costosi interventi esterni.
Per entrare nel dettaglio, si è realizzato un sistema comprendente due FieldPoints FP2000, posizionati uno nel sottotetto e uno in centrale termica, con sistema operativo FARLAP e contenenti differenti software di gestione e supervisione realizzati in LabVIEW 7.1.
I due FP2000 sono collegati mediante LAN 100 Mbit e dialogano tra loro mediante UDP/IP.
Il FieldPoint in centrale termica è dotato di un modulo da 8 ingressi analogici per l’acquisizione dei dati e di un modulo da 8 uscite digitali per l’attuazione delle valvole e dei relais delle pompe.
Il FieldPoint nel sottotetto è dotato di quattro moduli da 8 ingressi analogici cadauno per l’acquisizione dei dati, di un modulo da 2 uscite digitali per l’attuazione delle valvole di sicurezza e di un modulo da 2 ingressi analogici per l’acquisizione dei dati di potenza dell’impianto fotovoltaico.
Tutti i dati rilevati vengono salvati in files in formato binario a bordo dei due FP2000.
Grazie alla estrema versatilità della tecnologia del FP2000 è stato possibile acquisire facilmente anche tutti i dati meteo da una centralina meteorologica, posizionata in copertura, mediante la porta seriale RS232 a bordo del FP2000.
Grazie poi alla semplicità e alla potenza di LabView questi dati vengono decodificati dal software installato su uno degli FP2000, vengono utilizzati per il controllo e poi memorizzati nel file di log per le analisi delle prestazioni e dei rendimenti dell’impianto relativamente alle condizioni ambientali.
I software di controllo e datalogging sono stati realizzati in LabVIEW e hanno dovuto fare fronte a tutte le problematiche di un impianto così complesso.
La potenza e la semplicità di uso di LabView hanno permesso la realizzazione di simulatori dell’impianto per l’analisi preliminare di tutte le problematiche e la realizzazione del software definitivo in tempi, e quindi con costi, estremamente competitivi.
Un sistema solare per la produzione di acqua calda può essere considerato a tutti gli effetti mission-critical in quanto esistono forti criticità legate al funzionamento estivo e a quello invernale.
In estate la temperatura dell’acqua circolante nei pannelli solari può raggiungere temperature estremamente elevate e occorre monitorare accuratamente l’impianto e agire per tempo onde evitare la formazione di vapore.
In inverno, dato che oltretutto la scuola è posizionata a 1000 metri di quota, bisogna assolutamente evitare la formazione di ghiaccio nelle tubature.
E’ stata quindi implementata una complessa logica che permette di anticipare la possibilità del verificarsi di condizioni critiche attivando di conseguenza delle procedure di sicurezza.
Per questo la stabilità del sistema di controllo è fondamentale, specie nelle stagioni critiche.
L’hardware National instruments e l’ambiente di sviluppo LabVIEW hanno dimostrato di essere adatti allo sviluppo di sistemi di controllo per impianti di queste dimensioni e di questa complessità.
In circa un anno di utilizzo si è verificato che nei mesi estivi, grazie all’accurata progettazione e all’efficacia del sistema di controllo, il complesso è assolutamente autosufficiente per quanto riguarda la produzione di acqua calda sanitaria e nei rimanenti mesi l’apporto è tale da ridurre drasticamente l’uso delle caldaie a gasolio con notevole riduzione di costi di gestione.

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