SCADRA, l’innovativo sistema di gestione della road tunnel safety in grado di attuare strategie di risparmio energetico in funzione del rischio
di ALESSANDRO FOCARACCI | CEO Prometeoengineering.it
In Italia, la sostenibilità è una delle tante sfide che il mondo dei trasporti deve affrontare per sostenere l’incremento del traffico veicolare e la sua composizione diversificata. Per questo, nel corso degli ultimi anni, è stato necessario ricorrere alle gallerie stradali per superare i limiti superficiali, dovuti all’estensione circoscritta dello spazio territoriale. Di contro, un problema rilevante riguarda il contenimento dei consumi energetici delle gallerie stradali durante l’esercizio: argomento ampiamente sottovalutato, considerato l’elevato fabbisogno energetico per il tipo di infrastruttura.
Il risparmio energetico può essere ottenuto attraverso innovative tipologie di progettazione e gestione, dove la metodologia di riduzione dei consumi energetici deve essere individuata attraverso un’analisi costi-benefici, senza compromettere la sicurezza del sistema galleria.
Allo scopo di individuare il legame tra i consumi energetici e la tipologia di galleria stradale, è stata effettuata la valutazione energetica di un gruppo di gallerie stradali italiane con caratteristiche strutturali e impiantistiche diverse. Tale analisi è stata condotta su un campione di gallerie della rete autostradale italiana a traffico unidirezionale, suddivise in quattro tipologie omogenee, in funzione della lunghezza:
• Gallerie di tipo A: Lunghezza < 500 m;
• Gallerie di tipo B: Lunghezza compresa tra 500 e 1.000 m;
• Gallerie di tipo C: Lunghezza compresa tra 1.000 e 2.200 m;
• Gallerie di tipo D: Lunghezza > 2.200 m.
Dalla valutazione energetica effettuata, in condizioni di normale utilizzo, la distribuzione dei consumi energetici in funzione del tipo di impianto è suddivisa come nella figura sottostante.
Dai risultati si evince che l’impianto che comporta il maggior consumo energetico in tutte le tipologie di galleria e che necessita il maggior focus in termini di risparmio energetico è l’impianto di illuminazione, il quale raggiunge valori compresi tra il 66% e il 95% del consumo energetico totale. Per le gallerie di tipo C e D, l’impianto di ventilazione ha un consumo energetico con un valore compreso tra il 15% ed il 18%. Gli altri impianti (drenaggio, supervisione e sorveglianza) hanno un impatto marginale sul consumo di energia delle gallerie analizzate.
Il sistema SCADRA
In questo contesto, si inserisce il sistema SCADRA (Supervisory Control Acquisition and Dynamic Risk Analysis): un innovativo sistema di gestione della sicurezza nelle gallerie stradali, in grado di attuare strategie di risparmio energetico in funzione del livello di rischio in galleria.
SCADRA è un potente strumento di prevenzione, in grado di monitorare continuamente il livello di rischio in galleria grazie all’acquisizione di parametri statici e dinamici, che permettono di effettuare l’analisi di rischio dinamica, basata sul metodo IRAM (Italian Risk Analysis Method), e valutare il livello di rischio in tempo reale.
Il valore del livello di rischio, calcolato come Valore Atteso del Danno (VAD), viene rappresentato tramite un’interfaccia grafica di restituzione dei risultati oppure, ove applicabile, tramite un’applicazione.
L’interfaccia grafica raffigura il livello di rischio in galleria tramite una serie di emoticons diversamente colorate:
• Livello 1: Rischio basso, che corrisponde alla galleria in esercizio in condizioni ottimali di sicurezza, in cui potrebbe essere consentita anche l’attuazione di strategie di risparmio energetico;
• Livello 2: Rischio normale, che corrisponde ad una galleria in esercizio in condizioni standard di sicurezza;
• Livello 3: Pre-allarme;
• Livello 4: Allarme.
In funzione del VAD calcolato, SCADRA permette di individuare le misure di sicurezza più idonee a mantenere o ripristinare i livelli di sicurezza, coerenti con i valori accettati dall’Autorità Amministrativa e fissati dalla normativa.
Nello specifico, il sistema opera la gestione del rischio residuo in funzione della logica definita dal diagramma di flusso del piano di gestione del rischio:
• Se il VAD appartiene ai livelli di rischio 4, 3 o 2, il sistema suggerisce opportune misure di sicurezza da applicare per ripristinare il livello di sicurezza;
• Se il VAD appartiene al livello di rischio 1, il sistema suggerisce di attivare la modalità di risparmio energetico.
Grazie alla valutazione del livello di rischio in tempo reale, la modalità di risparmio energetico è in grado di gestire gli impianti tecnici con prestazioni inferiori rispetto al normale funzionamento e permette di ottimizzare l’impianto di illuminazione e di ottenere un notevole risparmio energetico garantendo le condizioni di sicurezza.
La sicurezza degli utenti è assicurata e resa prioritaria, poiché il funzionamento degli impianti in modalità risparmio energetico è consentito solo in condizioni di sicurezza ottimali (Classe di sicurezza elevata). Questa discriminante è stata definita con lo scopo di garantire che l’operazione di risparmio energetico non comporti un aumento del rischio oltre i valori di sicurezza accettabili.
Sicurezza sostenibile
Rispetto ad altre strategie di controllo, SCADRA risulta essere il più cautelativo nella gestione del risparmio energetico, in quanto considera il livello di rischio presente in galleria in tempo reale, e in funzione del VAD, può operare diverse misure di sicurezza. In altre strategie di controllo, i parametri di input utilizzati, nonostante siano rilevanti e necessari alla gestione del risparmio energetico, non bastano a garantire la sicurezza degli utenti e del sistema galleria, capisaldi dell’approccio olistico da osservare ed assicurare durante tutta la vita utile dell’infrastruttura.
Alcune strategie utilizzano i valori di Traffico Giornaliero Medio (TGM) per attuare le misure di risparmio energetico, tuttavia, tramite uno studio è stato dimostrato che potrebbe essere fuorviante ridurre l’intensità luminosa in funzione delle sole condizioni di traffico.
Analizzando i dati rilevati su una galleria stradale con sistema SCADRA, si può osservare che il livello di rischio calcolato è aumentato all’aumentare del flusso veicolare, a causa degli spostamenti del fine settimana (Valori indicati nel grafico sottostante “Risultati del sistema SCADRA (febbraio 2022)” tramite cerchio rosso – domenica 06/02/2022, 13/02/2022, 20/02/2022, 27/02/2022 intorno alle ore 18:00). Questa conseguenza è prevedibile poiché vi è una chiara dipendenza tra il flusso veicolare (attorno a 30.000 veicoli/giorno nei giorni in esame) ed i livelli di rischio in galleria.
Il livello di rischio non è legato linearmente (o rigidamente) al volume di traffico, ma varia aleatoriamente in funzione di più parametri: traffico, condizioni ambientali ed efficienza degli impianti. Ad esempio, intorno alle ore 14:00 del giorno 02/02/2022 (Valori indicati nel grafico “Risultati del sistema SCADRA (febbraio 2022)” tramite triangolo arancione), nonostante il modesto flusso veicolare, il rischio si è attestato ai livelli dei giorni di traffico elevato poiché, in quel momento, sono stati condotti dei test di simulazione imponendo che l’intero impianto di ventilazione fosse inefficiente.
Nonostante le fluttuazioni del traffico e le simulazioni con ingressi forzati, il livello di rischio calcolato è risultato molto inferiore al valore dichiarato per la galleria (evidenziato nel grafico “Risultati del sistema SCADRA (Febbraio 2022)” con linea orizzontale di colore verde).
La situazione rilevata a febbraio 2022 si è ripetuta durante tutti i mesi di monitoraggio. Per i rilevamenti di aprile 2022, valgono le considerazioni espresse precedentemente per il flusso veicolare del fine settimana e per le festività (Valori indicati nel grafico sottostante “Risultati del sistema SCADRA (aprile 2022)” con cerchio di colore rosso – Domenica 10/04/2022 e 17/04/2022), dove il livello del flusso veicolare si è attestato intorno ai 30.000 veicoli/giorno.
Un picco di traffico è stato rilevato durante il Lunedì di Pasquetta (18/04/2022) e per la Festa della Liberazione (25/04/2022). Durante queste giornate (Valori indicati nel grafico “Risultati del sistema SCADRA (aprile 2022)” con cerchio di colore rosso), è stato registrato un traffico di circa 60.000 veicoli/giorno (molto simile alle ipotesi progettuali della galleria in esame) ed un livello di rischio che, seppure inferiore, tende ad approssimarsi al VAD di progetto. In tali condizioni, l’inefficienza di un impianto avrebbe potuto causare, temporaneamente, un valore del livello di rischio più alto rispetto a quello di progetto.
Similmente a febbraio 2022, intorno alle ore 19:00 dei giorni 03/04/2022 e 08/04/2022 (Valori indicati nel grafico “Risultati del sistema SCADRA (aprile 2022)” tramite triangolo arancione), nonostante il modesto flusso veicolare, il rischio si è attestato ai livelli dei giorni di traffico elevato poiché la percentuale dei mezzi pesanti risultava maggiore rispetto ai valori medi giornalieri.
Ne consegue che una strategia di risparmio energetico basata sui livelli di traffico consente di effettuare il risparmio energetico, ma, in caso di scenari pericolosi con bassi valori di TGM, permetterebbe la riduzione del flusso luminoso e quindi della visibilità in galleria, aggravando ulteriormente lo scenario di pericolo. Al contrario, il sistema SCADRA consentirebbe il risparmio energetico solo in condizioni di sicurezza ottimali (anche per alti valori di TGM); questo avviene perché il VAD non dipende esclusivamente dal valore del TGM, ma anche da altre variabili (parametri statici e dinamici).
Un sistema adatto a ogni galleria
Ad oggi, SCADRA risulta essere l’unico sistema in grado di garantire e coadiuvare la sicurezza e il risparmio energetico. Il sistema può adattarsi ad ogni tipologia di galleria stradale (nuove ed esistenti), grazie all’utilizzo delle tecnologie tradizionali ed innovative, al fine di realizzare un approccio di sicurezza integrato che consenta di ottenere risparmi energetici e gestire il livello di sicurezza, monitorando in tempo reale lo stato dei sistemi, i dati sul traffico ed i dati ambientali.
Per migliorare la resilienza delle gallerie, garantire lo sviluppo sostenibile del sistema infrastrutturale, assicurare il servizio pubblico e la salvaguardia degli utenti, non si può prescindere dalla verifica dello stato di sicurezza delle opere, dal monitoraggio continuo dei livelli di sicurezza e dei consumi energetici, dalla manutenzione (strutturale ed impiantistica) e dall’adozione di misure mitigative del rischio.
In futuro, la metodologia del sistema potrebbe essere facilmente adattata alle gallerie ferroviarie e metropolitane, con l’obiettivo di aumentare il livello di sicurezza e l’efficientamento energetico di tutte le infrastrutture sotterranee.
Visita il profilo LinkedIn dell’autore, l’ingegner Alessandro Focaracci
