Dynamic modelling for energy efficiency improvement in civil buildings: a case study

This work faces 2 problems: energy efficiency linked to the water resources in civil buildings and the improvement through the use of automation of the flushing operation in an hydraulic system. Regarding energy efficiency, this is an important theme nowadays, like the savings of water resources. Finding a way to save both energy and water is a key factor to address. The consumption of water resources in civil buildings is a very important problem to consider due to the energy used to produce the domestic hot water as well as the consumption of water itself. In consequence of this,the management of the water resources in civil buildings is very important. The aim of this dissertation for this part is to show, through a real case study, how it’s possible to recover thermal energy from wastewater thanks to the use of automation. To do this, a dynamic model of a section of the hospital has been developed to study the behavior of the system before and after the changes and with that, the amount of theoretical thermal energy that can be recovered and reused is calculated using simulations based on both real data and realistic hypotheses. Regarding the flushing operation, it is a periodic operation to do in a hydraulic system in order to face different problems,in particular the proliferation of legionella. Due to its cyclic nature in both time and actions to perform, this operation can be easily automated. The flushing operation can be managed automatically thanks to the use of a PLC (programmable logic controller). In this work a possible PLC program with its main characteristics is presented and analyzed. In the end, a brief analysis of the future developments of these themes is done.

Questo elaborato si divide in 2 parti: la prima riguarda la gestione energetica legata all’utilizzo delle risorse idriche in un edificio, la seconda è inerente al migliorare l’operazione di flussaggio di un sistema idrico attraverso l’automazione. L’efficientamento energetico è un tema sempre più importante oggigiorno, così come quello del risparmio delle risorse idriche. Risparmiare energia e acqua è quindi un obiettivo che bisogna prefiggersi fin da subito. Il consumo di risorse idriche negli edifici civili è un fattore molto importante in quanto oltre all’utilizzo dell’acqua stessa, è legato anche al consumo energetico per quanto riguarda la produzione di ACS (Acqua Calda Sanitaria). Agire sulla gestione delle acque negli edifici risulta quindi essere di notevole interesse per il futuro. L’obiettivo di questo elaborato a riguardo di questo argomento è proprio quello di mostrare attraverso un esempio di un caso specifico di un Ospedale, come recuperare energia dalle acque reflue grazie all’utilizzo dell’automazione. Per farlo, è stato sviluppato un modello dinamico di una sezione dell’ospedale per simulare l’evoluzione nel sistema prima e dopo le modifiche apportate per il recupero dell’energia. Attraverso delle simulazioni basate sia su dati che su realistiche ipotesi, si quantifica poi la quantità di energia termica recuperabile dalle acque reflue per poterla riutilizzare per ottenere nuova ACS, oltre che ad un risparmio monetario. Per quanto riguarda il flussaggio, esso è un’operazione che deve essere periodica negli impianti idrici, soprattutto per affrontare il problema della Legionella. Data la sua natura ciclica nel tempo e nelle azioni da compiere, tale operazione è indicata ad essere automatizzata, per risparmiare sia tempo che risorse umane. L’utilizzo di un PLC ( Programmable Logic Controller) permette proprio la gestione automatica di questa operazione. Un esempio di PLC per il flussaggio automatico è proposto, insieme alle sue caratteristiche principali. Infine, uno sguardo ai possibili sviluppi futuri di questi temi è approfondito.