Modeling, control and energy optimization of a multi-functional building

The aim of this dissertation is to prove the capability of advanced control to minimize the energy consumption in multifunctional buildings. The hybrid models of the different sections of the building, namely residential apartments, commercial activities, parking of electric vehicles, shared services like laundries, production and storage elements, have been developed by means of first principle equations and logical relations. The resulting Mixed Logical Dynamical (MLD) model has then been used in the synthesis of a hybrid Model Predictive Controller which can take advantage of the weather and load forecasts. The resulting closed-loop control system has been simulated over the 24 hours of the day considering the real activities inside the building sections and the technological limitations of the devices. The achieved results show that with MPC it is possible to optimize the energy management of the building in terms of total energy consumption and peak request reduction.

Lo scopo di questa Tesi è dimostrare che tecniche avanzate di controllo consentono di minimizzare il consumo energetico di edifici multifunzionali. Dapprima è stato sviluppato, con equazioni di bilancio e vincoli logici, un modello ibrido delle varie sezioni dell’edificio, cioè gli appartamenti, i locali adibiti ad attività commerciali, il parcheggio e la ricarica di veicoli elettrici, i servizi comuni quali lavanderie, elementi di produzione ed immagazzinamento dell’energia. Il modello di tipo MLD (Mixed Logical Dynamical) così ottenuto è stato quindi usato per la sintesi di un controllore MPC (Model Predictive Controller) di tipo ibrido che può considerare anche la disponibilità di previsioni meteorologiche e dei carichi. Il sistema risultante è stato simulato con orizzonte di 24 ore considerando le attività che si svolgono nelle sezioni dell’edificio e i limiti tecnologici dei vari apparati. I risultati ottenuti mostrano che è possibile ottimizzare la gestione energetica dell’edificio in termini di consumo totale di energia e riduzione dei picchi di richiesta.