Modellazione edilizia e simulazione energetica per le analisi delle prestazioni e la progettazione integrata delle cantine aziendali

Il presente studio si colloca nell’ambito di una ricerca il cui obiettivo è la formulazione di criteri progettuali finalizzati alla ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole con dimensioni produttive medio-piccole. Nello specifico la ricerca si pone l’obiettivo di individuare degli indicatori che possano valutare l’influenza che le principali variabili progettuali hanno sul fabbisogno energetico dell’edificio e sull’andamento delle temperature all’interno dei locali di conservazione ed invecchiamento del vino. Tali indicatori forniscono informazioni sulla prestazione energetica dell’edificio e sull’idoneità dei locali non climatizzati finalizzata alla conservazione del vino Essendo la progettazione una complessa attività multidisciplinare, la ricerca ha previsto l’ideazione di un programma di calcolo in grado di gestire ed elaborare dati provenienti da diversi ambiti (ingegneristici, architettonici, delle produzioni agroindustriali, ecc.), e di restituire risultati sintetici attraverso indicatori allo scopo individuati. Il programma è stato applicato su un caso-studio aziendale rappresentativo del settore produttivo. Sono stati vagliati gli effetti di due modalità di vendemmia e di quattro soluzioni architettoniche differenti. Le soluzioni edilizie derivano dalla combinazione di diversi isolamenti termici e dalla presenza o meno di locali interrati. Per le analisi sul caso-studio ci si è avvalsi di simulazioni energetiche in regime dinamico, supportate e validate da campagne di monitoraggio termico e meteorologico all’interno dell’azienda oggetto di studio. I risultati ottenuti hanno evidenziato come il programma di calcolo concepito nell’ambito di questo studio individui le criticità dell’edificio in termini energetici e di “benessere termico” del vino e consenta una iterativa revisione delle variabili progettuale indagate. Esso quindi risulta essere uno strumento informatizzato di valutazione a supporto della progettazione, finalizzato ad una ottimizzazione del processo progettuale in grado di coniugare, in maniera integrata, gli obiettivi della qualità del prodotto, della efficienza produttiva e della sostenibilità economica ed ambientale.

Citta' e territorio: La formazione della citta' romana nell'ager gallicus

La presente ricerca affronta lo studio della formazione delle realtà urbane nell'area dell'antico Ager Gallicus, grossomodo corrispondente all'attuale territorio delle Marche settentrionali. Nel quadro della colonizzazione romana il fenomeno urbano rappresenta, infatti, l'elemento cardine nell'organizzazione di un territorio. Per tale ragione, si è scelto di condurre un lavoro finalizzato alla comprensione dei tempi e dei modi che portarono alla formazione dei municipi e delle colonie nella strutturazione romana del territorio, cercando anche di comprendere le scelte insediative alla base delle singole forme strutturali. L'analisi della genesi e dello sviluppo del fenomeno urbano nell'ager Gallicus ha come obiettivo ultimo l'approfondimento della conoscenza sulla colonizzazione e romanizzazione in area medio adriatica. La ricerca si articola in: uno stato dell'arte delle più recenti interpretazioni storiografiche; una sintesi sulle cosiddette “forme della conquista” (frequentazioni “precoloniali”, realtà santuariali, fondazioni coloniarie, realtà proto-urbane legate all'agro); una dettagliata e aggiornata schedatura storico-archeologica e urbanistico-topografica delle singole realtà urbane dell'ager Gallicus (le colonie di Sena Gallica, Pisaurum, Fanum Fortunae e Aesis, e i municipi di Forum Sempronii, Suasa e Ostra, e Sentinum); una parte conclusiva dove, mettendo a confronto gli elementi alla base della definizione urbana delle realtà esaminate, vengono delineati e sintetizzati i principali modelli di formazione delle città nell'ager Gallicus così individuati (fondazione coloniaria; fondazione coloniaria preceduta da una fase precoloniale nella forma di conciliabulum; nucleo di aggregazione precedente (conciliabulum) scelto quale polo di riferimento del popolamento sparso nel territorio al momento delle distribuzioni viritane; centro di servizio creato in funzione di assegnazioni di terre ai coloni). Infine, viene tracciato un quadro complessivo della romanizzazione dell'ager Gallicus, che, in estrema sintesi, si configura come un processo progressivo di occupazione del territorio rispecchiato dallo sviluppo stesso del fenomeno urbano, ma che si differenzia dalle aree limitrofe o dall'area cisalpina per alcune importanti dinamiche etnico-demografiche.

Two-Dimensional Bin Packing Problem with Guillotine Restrictions

This thesis, after presenting recent advances obtained for the two-dimensional bin packing problem, focuses on the case where guillotine restrictions are imposed. A mathematical characterization of non-guillotine patterns is provided and the relation between the solution value of the two-dimensional problem with guillotine restrictions and the two-dimensional problem unrestricted is being studied from a worst-case perspective. Finally it presents a new heuristic algorithm, for the two-dimensional problem with guillotine restrictions, based on partial enumeration, and computationally evaluates its performance on a large set of instances from the literature. Computational experiments show that the algorithm is able to produce proven optimal solutions for a large number of problems, and gives a tight approximation of the optimum in the remaining cases.

Robust Nonlinear Output Regulation by Identification Tools

The present thesis focuses on the problem of robust output regulation for minimum phase nonlinear systems by means of identification techniques. Given a controlled plant and an exosystem (an autonomous system that generates eventual references or disturbances), the control goal is to design a proper regulator able to process the only measure available, i.e the error/output variable, in order to make it asymptotically vanishing. In this context, such a regulator can be designed following the well known “internal model principle” that states how it is possible to achieve the regulation objective by embedding a replica of the exosystem model in the controller structure. The main problem shows up when the exosystem model is affected by parametric or structural uncertainties, in this case, it is not possible to reproduce the exact behavior of the exogenous system in the regulator and then, it is not possible to achieve the control goal. In this work, the idea is to find a solution to the problem trying to develop a general framework in which coexist both a standard regulator and an estimator able to guarantee (when possible) the best estimate of all uncertainties present in the exosystem in order to give “robustness” to the overall control loop.

Mathematical Optimization Applied to Thermal and Electrical Energy Systems

This Thesis aims at building and discussing mathematical models applications focused on Energy problems, both on the thermal and electrical side. The objective is to show how mathematical programming techniques developed within Operational Research can give useful answers in the Energy Sector, how they can provide tools to support decision making processes of Companies operating in the Energy production and distribution and how they can be successfully used to make simulations and sensitivity analyses to better understand the state of the art and convenience of a particular technology by comparing it with the available alternatives. The first part discusses the fundamental mathematical background followed by a comprehensive literature review about mathematical modelling in the Energy Sector. The second part presents mathematical models for the District Heating strategic network design and incremental network design. The objective is the selection of an optimal set of new users to be connected to an existing thermal network, maximizing revenues, minimizing infrastructure and operational costs and taking into account the main technical requirements of the real world application. Results on real and randomly generated benchmark networks are discussed with particular attention to instances characterized by big networks dimensions. The third part is devoted to the development of linear programming models for optimal battery operation in off-grid solar power schemes, with consideration of battery degradation. The key contribution of this work is the inclusion of battery degradation costs in the optimisation models. As available data on relating degradation costs to the nature of charge/discharge cycles are limited, we concentrate on investigating the sensitivity of operational patterns to the degradation cost structure. The objective is to investigate the combination of battery costs and performance at which such systems become economic. We also investigate how the system design should change when battery degradation is taken into account.

Metodiche di preservazione del polmone isolato per lo studio ecografico: Studio sperimentale

Oggetto della tesi e' l'approfondimento su tecniche e metodiche di preservazione del polmone isolato per lo studio ecografico. E' discussa l'appropriatezza sull'uso degli ultrasuoni in corso di chirurgia mini invasiva polmonare, obiettivo di una ricerca sperimentale. Il razionale dello studio si fonda sull'indicazione all'exeresi chirurgica di noduli polmonari di diametro inferiore al centometro, ovvero di diametro superiore ma localizzati in aree centrali del polmone. Queste lesioni sono sempre piu' frequentente diagnosticate per mezzo di avanzate tecniche di imaging. L'atto chirurgico ha scopo terapeutico quando sia stata posta la diagnosi di neoplasia maligna, diagnostico-terapeutico quando non sia ancora ottenuta la tipizzazione istologica della lesione. La tecnica toracoscopica offre numerosi vantaggi rispetto alle tecniche chirurgiche tradizionali ma presenta il grave limite di non permettere la palpazione diretta del tessuto polmonare e la localizzazione della formazione tumorale quando essa non sia visibile macroscopicamente. Gli ultrasuoni sono stati utilizzati con successo per indirizzare la localizzazione del nodulo polmonare. Scopo dello studio sperimentale e' quello di confrontare tecniche diverse di preservazione del polmone isolato in un modello animale, comparando catatteristiche e prestazioni di sonde ecografiche differenti per tipologia. Del tutto recentemente, in ambito trapiantologico, sono state proposte tecniche di preservazione organica utili ai fini di uno studio anatomico sperimentale particolareggiato (EVLP) e moderna e' da considerarsi la concezione di mezzi tecnici specifici per la localizzazione di bersagli intrapolmonari. La tecnica clinica applicata allo studio del particolare ecografico, nel modello animale, ha reso comprensibile e meglio definito il ruolo delle sonde ecografiche nell'individuazione di forme tumorali suscettibili di exeresi definitiva.

Sfide familiari e disabilita'. Il ruolo educativo dei padri

Il progetto si pone in sintonia con i nuovi scenari di ricerca – sia in ambito nazionale che internazionale - della Pedagogia Speciale per l’inclusione e la piena e attiva partecipazione all’interno della società delle persone con disabilità e delle loro famiglie (Convenzione Onu, 2006). La riflessione sul ruolo educativo del padre riguardo alla disabilità di un/una figlio/a è una questione complessa e controversa che necessita di una premessa che ponga al centro dell’attenzione pedagogica la funzione paterna in senso ampio. L’obiettivo principale del progetto è quello di indagare il ruolo educativo del padre – nelle situazioni di disabilità - con riflessioni più ampie riguardanti le funzioni parentali, i modelli di genitorialità e l’educare nella nostra società.I risultati attesi potranno gettare luce su alcune Linee Guida - riguardo alla presa in carico della famiglia e del sostegno alla genitorialità - utili ai professionisti impegnati in quest’area e agli educatori dei servizio socio-educativi e sanitari.

Still/moving images. Il rapporto dialettico tra cinema e fotografia nelle pratiche artistiche contemporanee.

Tra le plurime conseguenze dell’avvento del digitale, la riarticolazione dei rapporti tra immagine statica e immagine in movimento è certamente una delle più profonde. Sintomatica dei cambiamenti in atto sia nei film studies sia nella storia dell’arte, tale riarticolazione richiede un ripensamento dei confini disciplinari tradizionali entro cui il cinema e la fotografia sono stati affrontati come oggetti di studio separati e distinti. Nell’adottare un approccio molteplice, volto a comprendere prospettive provenienti dalla New Film History e dalla media archaeology, dalla teoria dell’arte e dagli studi visuali, questo lavoro esplora l’esistenza di una relazione dialettica tra il cinema e la fotografia intesa in modo duplice: come tensione costitutiva tra due media indissolubilmente connessi – non tanto in considerazione di un medesimo principio realistico di rappresentazione quanto, piuttosto, in virtù di uno scambio incessante nella modellizzazione di categorie quali il tempo, il movimento, l’immobilità, l’istante, la durata; come istanza peculiare della pratica artistica contemporanea, paradigma di riferimento nella produzione estetica di immagini. La tesi si suddivide in tre capitoli. Il primo si concentra sul rapporto tra l’immobilità e il movimento dell’immagine come cifra in grado di connettere l’estetica delle attrazioni e la cronofotografia a una serie di esperienze filmiche e artistiche prodotte nei territori delle avanguardie. Il secondo capitolo considera l’emergenza, dagli anni Novanta, di pratiche artistiche in cui l’incontro intermediale tra film e fotografia fornisce modelli di analisi volti all’indagine dell’attuale condizione estetica e tecnologica. Il terzo offre una panoramica critica su un caso di studio, la GIF art. La GIF è un formato digitale obsoleto che consente di produrre immagini che appaiono, simultaneamente, come fisse e animate; nel presente lavoro, la GIF è discussa come un medium capace di contraddire i confini attraverso cui concepiamo l’immagine fissa e in movimento, suggerendo, inoltre, un possibile modello di pensiero storico-cronologico anti-lineare.

Studi per una operante storia del territorio. Il libro incompiuto di Saverio Muratori

Muratori concepisce Studi per una operante storia del territorio come una lettura del territorio, una sua interpretazione. E’ una raccolta di disegni (255 disegni a mano e 18 prove di stampa), in cui sono riportati soltanto i tratti rilevanti dei territori considerati al fine dello studio. La tesi ha come obiettivo quello di compiere un’analisi filologica dei documenti e cercare di cogliere le finalità, valutando la sua attendibilità ai giorni nostri. Nella scelta del titolo, Studi per una operante storia del territorio. Il libro incompiuto di Saverio Muratori,inserendo nel titolo quello originale dell'opera, si rende esplicita l’intenzione filologica di base da cui si sviluppano le considerazioni fatte nello svolgimento di questa ricerca, costantemente attenta alla coerenza con i disegni analizzati. Questa coerenza è dettata dalla volontà di perseguire le logiche di confronto che hanno caratterizzato il lavoro di Muratori. Il titolo che descrive il corpus dei disegni mette in primo piano il sistema uomo-natura, che il territorio rappresenta nella sua totalità di unicum. La tesi è suddivisa in due parti. La prima verte sullo studio dei materiali d’archivio relativi agli Studi sul territorio, in cui è spiegato il metodo di catalogazione utilizzato. Fondamentale, ai fini di un primo approccio alla ricerca, è il contributo dato dall’architetto Alessandro Giannini attraverso la preliminare schedatura del materiale ed dell'analisi riportata in Leggendo le minute dell’Atlante del territorio di Saverio Muratori. La seconda parte della tesi verte su un percorso dialettico tra la filosofia, la teoria, la didattica e la pratica progettuale di Muratori, ambiti da tenere in considerazione per una interpretazione critica alla sua metodologia, che ha come fine ultimo il reale, quindi il territorio, in cui trova, prima attraverso la trattazione teorica esposta in Civiltà e territorio, la concreta conclusione nei disegni degli Studi per una operante storia del territorio.

La partecipazione popolare nell'esperienza dei referendum comunali

I Comuni incarnano idealmente delle piazze in cui il dibattito politico può svilupparsi in assenza di particolari filtri ed intermediazioni, con un rapporto diretto tra cittadini ed istituzioni. Essi costituiscono uno snodo di centrale importanza nell'esercizio della sovranità popolare e, al contempo, sono terreno fertile per la sperimentazione di modelli di partecipazione democratica. Prendendo come punto di vista l'esperienza dei Comuni italiani, si è scelto di focalizzare l'attenzione su uno degli strumenti “istituzionali” – nonché uno tra i più tradizionali – di partecipazione popolare, ovvero il referendum, nelle diverse forme ed accezioni che rientrano nel campo semantico di tale espressione. Questa è generalmente impiegata per indicare tutte quelle votazioni popolari non elettive su questioni politicamente rilevanti, formulate attraverso un quesito con due o più risposte alternative tra loro. L'analisi della disciplina legislativa degli istituti di partecipazione negli enti locali e lo studio delle disposizioni statutarie e regolamentari previste dai singoli Comuni, nonché le informazioni raccolte da alcuni casi di studio, rappresentano, in questo contesto, l'occasione per indagare le caratteristiche peculiari dell'istituto referendario, la sua effettività ed il suo impatto sulla forma di governo. In particolare, si è verificata positivamente la compatibilità del referendum, classificato dalla prevalente dottrina come istituto di democrazia diretta, con le forme attuali di democrazia rappresentativa. Si è tentato, altresì, un accostamento ai concetti di democrazia partecipativa e deliberativa, evidenziando come manchi del tutto, nel procedimento referendario (che pure è dotato di massima inclusività) un momento di confronto “deliberativo”. Il raffronto tra le esperienze riscontrate nei diversi Comuni ha consentito, inoltre, di ricercare le cause di alcuni aspetti critici (scarsa affluenza, mancata trasformazione del voto in decisioni politiche, aumento del conflitto) e, al contempo, di individuarne possibili soluzioni, tracciate sulla scorta delle migliori pratiche rilevate.

Design and Control of Robotic Hands

The application of dexterous robotic hands out of research laboratories has been limited by the intrinsic complexity that these devices present. This is directly reflected as an economically unreasonable cost and a low overall reliability. Within the research reported in this thesis it is shown how the problem of complexity in the design of robotic hands can be tackled, taking advantage of modern technologies (i.e. rapid prototyping), leading to innovative concepts for the design of the mechanical structure, the actuation and sensory systems. The solutions adopted drastically reduce the prototyping and production costs and increase the reliability, reducing the number of parts required and averaging their single reliability factors. In order to get guidelines for the design process, the problem of robotic grasp and manipulation by a dual arm/hand system has been reviewed. In this way, the requirements that should be fulfilled at hardware level to guarantee successful execution of the task has been highlighted. The contribution of this research from the manipulation planning side focuses on the redundancy resolution that arise in the execution of the task in a dexterous arm/hand system. In literature the problem of coordination of arm and hand during manipulation of an object has been widely analyzed in theory but often experimentally demonstrated in simplified robotic setup. Our aim is to cover the lack in the study of this topic and experimentally evaluate it in a complex system as a anthropomorphic arm hand system.

Classification algorithms for Intelligent Transport Systems

Intelligent Transport Systems (ITS) consists in the application of ICT to transport to offer new and improved services to the mobility of people and freights. While using ITS, travellers produce large quantities of data that can be collected and analysed to study their behaviour and to provide information to decision makers and planners. The thesis proposes innovative deployments of classification algorithms for Intelligent Transport System with the aim to support the decisions on traffic rerouting, bus transport demand and behaviour of two wheelers vehicles. The first part of this work provides an overview and a classification of a selection of clustering algorithms that can be implemented for the analysis of ITS data. The first contribution of this thesis is an innovative use of the agglomerative hierarchical clustering algorithm to classify similar travels in terms of their origin and destination, together with the proposal for a methodology to analyse drivers’ route choice behaviour using GPS coordinates and optimal alternatives. The clusters of repetitive travels made by a sample of drivers are then analysed to compare observed route choices to the modelled alternatives. The results of the analysis show that drivers select routes that are more reliable but that are more expensive in terms of travel time. Successively, different types of users of a service that provides information on the real time arrivals of bus at stop are classified using Support Vector Machines. The results shows that the results of the classification of different types of bus transport users can be used to update or complement the census on bus transport flows. Finally, the problem of the classification of accidents made by two wheelers vehicles is presented together with possible future application of clustering methodologies aimed at identifying and classifying the different types of accidents.

Models and Algorihtm for the Optimization of Real-World Routing and Logistics Problems

Logistics involves planning, managing, and organizing the flows of goods from the point of origin to the point of destination in order to meet some requirements. Logistics and transportation aspects are very important and represent a relevant costs for producing and shipping companies, but also for public administration and private citizens. The optimization of resources and the improvement in the organization of operations is crucial for all branches of logistics, from the operation management to the transportation. As we will have the chance to see in this work, optimization techniques, models, and algorithms represent important methods to solve the always new and more complex problems arising in different segments of logistics. Many operation management and transportation problems are related to the optimization class of problems called Vehicle Routing Problems (VRPs). In this work, we consider several real-world deterministic and stochastic problems that are included in the wide class of the VRPs, and we solve them by means of exact and heuristic methods. We treat three classes of real-world routing and logistics problems. We deal with one of the most important tactical problems that arises in the managing of the bike sharing systems, that is the Bike sharing Rebalancing Problem (BRP). We propose models and algorithms for real-world earthwork optimization problems. We describe the 3DP process and we highlight several optimization issues in 3DP. Among those, we define the problem related to the tool path definition in the 3DP process, the 3D Routing Problem (3DRP), which is a generalization of the arc routing problem. We present an ILP model and several heuristic algorithms to solve the 3DRP.

NLGA based Active Control in Aerospace: fault tolerability, disturbance rejection, and parameter estimation

A new control scheme has been presented in this thesis. Based on the NonLinear Geometric Approach, the proposed Active Control System represents a new way to see the reconfigurable controllers for aerospace applications. The presence of the Diagnosis module (providing the estimation of generic signals which, based on the case, can be faults, disturbances or system parameters), mean feature of the depicted Active Control System, is a characteristic shared by three well known control systems: the Active Fault Tolerant Controls, the Indirect Adaptive Controls and the Active Disturbance Rejection Controls. The standard NonLinear Geometric Approach (NLGA) has been accurately investigated and than improved to extend its applicability to more complex models. The standard NLGA procedure has been modified to take account of feasible and estimable sets of unknown signals. Furthermore the application of the Singular Perturbations approximation has led to the solution of Detection and Isolation problems in scenarios too complex to be solved by the standard NLGA. Also the estimation process has been improved, where multiple redundant measuremtent are available, by the introduction of a new algorithm, here called "Least Squares - Sliding Mode". It guarantees optimality, in the sense of the least squares, and finite estimation time, in the sense of the sliding mode. The Active Control System concept has been formalized in two controller: a nonlinear backstepping controller and a nonlinear composite controller. Particularly interesting is the integration, in the controller design, of the estimations coming from the Diagnosis module. Stability proofs are provided for both the control schemes. Finally, different applications in aerospace have been provided to show the applicability and the effectiveness of the proposed NLGA-based Active Control System.

Miglioramento delle performance termiche e energetiche degli edifici rurali: valutazione del retrofit di locali per la conservazione del vino su casi studio

Il presente studio si colloca all’interno di una ricerca più ampia volta alla definizione di criteri progettuali finalizzati all’ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole, di dimensioni produttive medio - piccole. Nello specifico la ricerca riguarda la riqualificazione di fabbricati rurali esistenti di modeste dimensioni, da convertire a magazzini per la conservazione del vino in bottiglia. Lo studio si pone come obiettivo la definizione di criteri di analisi per la valutazione di interventi di retrofit di tali fabbricati, volto sia al miglioramento delle prestazioni energetiche dell’involucro edilizio, sia alla riduzione del fabbisogno energetico legato al funzionamento di eventuali impianti di controllo termico. La ricerca è stata condotta mediante l’utilizzo del software di simulazione termica Energy Plus, per ottenere i valori simulati di temperatura interna relativi ai diversi scenari migliorativi ipotizzati, e mediante la successiva definizione di indicatori che esplicitino l’influenza delle principali variabili progettuali sull’andamento delle temperature interne dei locali di conservazione e sul fabbisogno energetico del fabbricato necessario a garantire l’intervallo di temperatura di comfort del vino. Tra tutti gli interventi possibili per il miglioramento della prestazione energetica degli edifici, quelli analizzati in questo studio prevedono l’aggiunta di un isolamento a cappotto delle pareti esterne, l’isolamento della copertura e l’aggiunta di una struttura ombreggiante vegetale esterna. I risultati ottenuti danno una prima indicazione sugli interventi più efficaci in termini di miglioramento energetico e mettono in luce l’utilità del criterio proposto nell’evidenziare le criticità degli interventi migliorativi ipotizzati. Il metodo definito nella presente ricerca risulta quindi un valido strumento di valutazione a supporto della progettazione degli interventi di retrofit dei fabbricati rurali da convertire a magazzini per la conservazione del vino.