Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Massimo VACCARINI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM03] INGEGNERIA EDILE (Curriculum: IMPIANTI E SISTEMI DI CONTROLLO) Master Degree (2 years) - [IM03] BUILDING ENGINEERING (Curriculum: IMPIANTI E SISTEMI DI CONTROLLO)
Dipartimento: [040042] Dipartimento Ingegneria Civile, Edile e dell'ArchitetturaDepartment: [040042] Dipartimento Ingegneria Civile, Edile e dell'Architettura
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2019-2020
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ICAR/11 - PRODUZIONE EDILIZIA
ITALIANO
ITALIAN
Elettrotecnica, sistemi lineari e stazionari, fondamenti di automazione e controllo automatico, progettazione energetica degli edifici.
Electrotechnics, linear and stationary systems, fundamentals of automation and automatic control, buildings energy design.
Lezioni di Teoria, 40 ore
Esercizi, 10 ore
Laboratorio, 22 ore
Theory, 40 hours
Exercises, 10 hours
Laboratory, 22 hours
L’insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni sui metodi e gli strumenti per la gestione ed il controllo integrato di sistemi edilizi. Tali conoscenze mirano a dare allo studente gli strumenti necessari per saper valutare e progettare un sistema di gestione e controllo dei sotto-sistemi edili, nonché di affrontare tematiche legate agli sviluppi e alle esigenze più recenti del mercato e della ricerca nel settore della gestione automatica delle costruzioni per differenti ambiti prestazionali, tra cui il comfort e il risparmio energetico.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Lo studente dovrà sapere progettare un sistema di gestione integrata delle prestazioni del sistema edile, tale da rendere efficiente, scalabile e modulare la soluzione. Esso dovrà essere in grado di integrare i sistemi di controllo in edifici esistenti al fine di ottimizzare le prestazioni. Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite, proponendone una interpretazione critica e una modellazione teorica, anche in relazione alle altre discipline del settore dell'edilizia. Tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali: 1.conoscenza di requisiti, vincoli e obiettivi della gestione; 2.conoscenza dell’architettura generale di un sistema di gestione e controllo e dei suoi componenti tecnologici principali; 3.capacità di costruire modelli a parametri concentrati di sistemi edilizi; 4.capacità di progettare un sistema di controllo e gestione integrata degli impianti; 5.capacità di utilizzare strumenti di simulazione numerica.
Competenze trasversali.
L’esecuzione di una serie di esercitazioni progettuali, che verranno svolte a lezione durante il corso contribuirà a migliorare la capacità progettuale, e l’utilizzo di strumenti informatici per la simulazione dei sistemi edilizi da parte dello studente. L’insegnamento fornirà un contributo alla conoscenza e alla capacità di comprensione dei sistemi edilizi nel loro complesso. Questo influenzerà inevitabilmente le scelte progettuali dei componenti edilizi, favorendo così anche l’abilità di progettazione integrata.
Knowledge and Understanding.
The course will give to the students the knowledge on methods and tools for the management and integrated control of building systems. This knowledge aims to provide students with the expertise needed to evaluate and design a management and control system for the construction sub-systems, as well as for addressing the issues related to the development and the latest market and research needs in the field of automatic management of constructions for different performance areas, including comfort and energy saving.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
The student will learn to design a system for integrated performance management of the building system, such as to make the solution efficient, scalable and modular. In particular, it must be able to integrate the control systems in existing buildings in order to optimize their performance. The student will be able to apply the acquired knowledge by giving a critical interpretation and proposing a theoretical modelling, also in relation to other disciplines of the construction sector. This ability will be allowed through a number of professional skills, such as: 1. understanding of the requirements, constraints and objectives of management; 2. general knowledge of the architecture of a management and control system and of its key technology components; 3. ability to build lumped parameter models of building systems; 4. ability to design a control and integrated plant management system; 5. ability to use numerical simulation tools.
Transversal Skills.
The student will perform a series of design exercises, conducted in class during the course, which will help him to improve the design capacity, and the use of computer tools for simulation of building systems. The course will contribute to the knowledge and understanding of building systems as a whole. This will inevitably influence the design choices of building components, thus fostering also the integrated design skill.
Lezioni di teoria:
1. Introduzione al problema di gestione e controllo dei sistemi edilizi
2. Elementi di controlli automatici
• Problemi e Sistemi di controllo
• Richiami sui sistemi dinamici in spazio di stato LTI
- Stabilità dei sistemi a controreazione (cenni)
- Raggiungibilità e Osservabilità (cenni)
• Controllo Feedback ON/OFF
• Controllo PID
• Esercitazioni di controllo su modelli a parametri concentrati
3. Obiettivi prestazionali e Sottosistemi edilizi
• Comfort ambientale e qualità dell’aria
• Prestazione energetica
• Distribuzione Elettrica
• Trasporto Verticale
• Illuminazione
• Misure necessarie, disturbi interni ed esterni
• Controllo ambiente e qualità dell’aria: riscaldamento, condizionamento e ventilazione
• Controllo della Refrigerazione
• Controllo dell’Illuminazione
• Controllo integrato ambiente (Climatizzazione, Illuminazione e Schermature solari)
4. Vincoli e requisiti normativi per la gestione integrata del sistema edile - BACS/TBM
• Vincoli normativi (EPB, UNI 15232, DM 26/06/2015 e seguenti)
• Regolamentazione interna, vincoli fisici e operativi
5. Edifici cyber-fisici, Domotica e Building Automation
• Sistemi cyber-fisici e integrazione fra i sistemi (modello ISO/OSI)
• Reti e protocolli di comunicazione
• Protocolli di Building Automation
• Integrazione a livello di gestione
• Domotica e Building Automation
• Acquisizione e trattamento dei dati ai fini del controllo (trasduttori, sensori, conversione A/D ed elaborazione dei dati)
• Sistemi e reti di monitoraggio
6. Edifici intelligenti
• Valutazione della predisposizione degli edifici all'intelligenza (Direttiva UE 844/2018 e Smart Readiness Indicator)
• Elementi di controllo intelligente
Laboratorio:
7. Strumenti di simulazione e analisi a parametri concentrati per la gestione ed il controllo di sistemi edilizi - Modelica
• Basi su linguaggio di modellazione Modelica
• Utilizzo di strumenti di modellazione e simulazioni Modelica
• Modelica Standard Library, Buildings Library
• Integrazione di sistemi di simulazione: FMI/FMU
Esercitazioni:
• Esercitazioni di simulazione e progettuali svolte a lezione durante il corso
Theory:
1. Introduction to the problem of management and control of building systems
2. Elements of automatic control
• Control problems and schemes
• Recalls on LTI state space dynamic systems
- Stability of feedback systems (basics)
- Reachability and Observability (basics)
• ON/OFF feedback control
• PID control
• Control exercises on lumped parameter models
3. Performance objectives and Building subsystems
• Environmental comfort and air quality
• Energy performance
• Electric power distribution
• Vertical transportation
• Lighting
• Required measures, internal and external disturbances
• Environmental control and air quality: heating, air conditioning and ventilation
• Cooling Control
• Lighting Control
• Integrated environmental control (air conditioning, lighting and solar shading)
4. Constraints and regulatory requirements for the integrated management of the building system - BACS/TBM
• Regulatory constraints (EPB, UNI 15232, Italian Ministerial Decree 26/06/2015 and followings)
• Internal regulation, operative and physical constraints
5. Cyber-Physical Buildings, home automation and building automation
• Cyber-Physical Systems and system integration (ISO/OSI model)
• Networks and communication protocols
• Building Automation protocols
• Management level integration
• Home automation and building automation
• Data acquisition and processing for control (transducers, sensors, A/D conversion and data processing)
• Monitoring systems and networks
6. Intelligent Buildings
• Evaluation of the Smart Readiness Indicator (UE directive 844/2018)
• Elements of Intelligent Control
Laboratory:
7. Simulation and analysis with lumped parameters tools for the control and management of building systems - Modelica
• Basics on Modelica modelling language
• Usage of Modelica-based modelling and simulation tools
• Modelica Standard Library and Buildings Library
• Integration of simulation environments: FMI/FMU
Exercises:
• Simulation and design exercises carried out during the course
Durante il corso delle lezioni sono previste attività di laboratorio di simulazione che permetteranno di mettere alla prova le competenze acquisite sulla gestione e il controllo dei sistemi edilizi e la capacità di utilizzare strumenti di simulazione numerica.
Il livello di apprendimento degli studenti viene valutato attraverso una prova orale, consistente nell'esposizione di argomenti riguardanti i requisiti, vincoli e obiettivi della gestione, le tecniche di controllo, l’architettura di un sistema di gestione e controllo con i relativi componenti tecnologici fondamentali ed i relativi criteri di progettazione.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Per superare con esito positivo l’esame, lo studente deve dimostrare, attraverso le prove prima descritte, di aver ben compreso i concetti fondamentali dell’insegnamento ed in particolare di aver acquisito le competenze di base sulle tecniche e tecnologie per il controllo degli impianti, sui requisiti e vincoli della gestione integrata delle prestazioni di un sistema edile e conoscere le relative tecniche fondamentali di progettazione e simulazione.
L’attribuzione del voto finale tiene conto delle conoscenze acquisite su tutti gli argomenti dell’insegnamento, comprese le attività di laboratorio.
La valutazione massima è attribuita agli studenti che dimostrano ottima capacità di analisi e sintesi, ottima abilità e autonomia nell'utilizzo dei sistemi di simulazione e che nella prova orale dimostrano una conoscenza approfondita dei contenuti dell’insegnamento, rigore metodologico ed appropriatezza di vocabolario tecnico.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode.
Criteri di attribuzione del voto finale.
Perché l'esito complessivo della valutazione sia positivo, lo studente deve conseguire almeno 18 punti (su 30) nella valutazione complessiva.
Learning Evaluation Methods.
During the course, laboratory activities are planned that will try the acquired skills on management and control of building systems, and the ability to use numerical simulation tools.
Students' level of learning is assessed through an oral exam, consisting of the discussion on topics regarding the requirements, constraints and objectives of management, the control techniques, the architecture of a management and control system with the relative fundamental technological components and the relative design criteria.
Learning Evaluation Criteria.
To successfully pass the exam, the student must demonstrate, through the tests described above, to have well understood the fundamental topics of the course. In particular, it has to demonstrate to have learned the basic skills on techniques and technologies for the systems control, on the requirements and constraints of the integrated management of building system performance and to know the corresponding fundamental design and simulation techniques.
The assignment of the final grade considers the knowledge acquired on all teaching topics, including laboratory activities.
The maximum rating is given to students who demonstrate excellent analytical and synthesis skills, excellent ability and autonomy in the use of simulation systems and that in the oral test demonstrate a thorough knowledge of the teaching topics, methodological rigor and appropriateness of technical vocabulary.
Learning Measurement Criteria.
A vote is awarded out of thirty, with possible honours.
Final Mark Allocation Criteria.
In order to attain a positive evaluation, the student must achieve at least 18 points (out of 30) in the overall assessment test.
- Aström, K. J., & Murray, R. M. (2010). Feedback systems: an introduction for scientists and engineers. Princeton university press
- Bolzern, P., Scattolini, R., & Schiavoni, N., Fondamenti di controlli automatici-2° edizione. McGraw-Hill, 2004.
- Shengwei Wang, Intelligent Buildings and Building Automation, Spon Press, 2009
- Albert Ting-pat So, Wai Lok Chan, Intelligent Building Systems, Springer US, 1999.
Link per la piattaforma Moodle: https://learn.univpm.it/
- Aström, K. J., & Murray, R. M. (2010). Feedback systems: an introduction for scientists and engineers. Princeton university press
- Bolzern, P., Scattolini, R., & Schiavoni, N., Fondamenti di controlli automatici-2° edizione. McGraw-Hill, 2004.
- Shengwei Wang, Intelligent Buildings and Building Automation, Spon Press, 2009
- Albert Ting-pat So, Wai Lok Chan, Intelligent Building Systems, Springer US, 1999.
Link for the Moodle platform: https://learn.univpm.it/
No
No
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2020-2021
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427