A system for thermal management in a residential building

The thesis initially gives a detailed overview of the smart buildings and their energy efficiency. The major problems faced in designing and realizing a smart building and how to overcome those problems are discussed. Initially, the modeling part of the work is done in OMEdit and cosists of a detailed analysis of monitoring and control of temperature and humidity, of the mass and energy flows rate, and of the energy consumed. A complete plant model was developed in Modelica and an analysis and the process was carried out. Based on the analysis carried out in the modeling, the hardware parts are chosen and the suitable controller i.e. ESP32 was chosen. The programming part of the work was carried out in Arduino IDE in Embedded C language and the control of room temperature and humidity was realized with the help of Nextion HMI. The entire poject led to the development of a single user device called the Smart Control box. Moreover, different control algorithms were developed and implemented in both Modeling and hardware. Finally, the extension to a mobile platform using IoT is presented as future works.

La tesi inizialmente fornisce una panoramica dettagliata sugli edifici intelligenti e sulla loro efficienza energetica. Vengono discussi i principali problemi che s'incontrano nel progettare e nel realizzare un edificio intelligente e come superarli. Inizialmente, la parte modellistica del lavoro viene condotta in OMEdit e consiste in un'analisi dettagliata del monitoraggio e del controllo di temperatura e umidità, dei flussi di massa ed energia e dell'energia consumata. Un modello di impianto completo è stato sviluppato in Modelica e con esso viene condotta un'analisi del processo. Sulla base dell'analisi effettuata in fase di modellazione, vengono scelti i componenti hardware ed il controller adatto, ovvero ESP32. La parte di programmazione del lavoro è stata condotta in IDE Arduino in linguaggio embedded C e il controllo della temperatura e dell'umidità della stanza è stato realizzato con l'aiuto di HMI Nextion. L'intero progetto ha condotto allo sviluppo di un singolo dispositivo utente detto Smart Control Box. Inoltre, sono stati sviluppati e implementati diversi algoritmi di controllo sia nella modellazione che nell'hardware. Infine, l'estensione a una piattaforma mobile che utilizza l'IoT è presentata come lavoro futuro.