VALUTAZIONE DEL POTENZIALE ENERGETICO DELLE ACQUE REFLUE URBANE CON RIFERIMENTO A DUE CASI DI STUDIO IN MADRID. ANALISI DELLE PROPRIETÀ GEOTERMICHE.

The purpose of the research project RESIDAQUA, born in Madrid, is to develop an innovative system for the exploitation of the energy contained in waste water, adaptable to different scenarios. The work thesis operates in the early stages of the research, with the aim of finding the variables to be incorporated in the design of these systems. With the aim of evaluating the impact of geothermal properties on the soil temperature, analyses were carried out, varying several characteristic parameters of the soil as a function of depth. The main thermal properties of the soil, including conductivity, diffusivity and evapotranspiration, were evaluated on different scenarios, limited to the locality of Madrid. The preliminary parametric analysis is indispensable for the determination of the parameters to be included in the modelling of the soil in the case of studies, with the purpose of calibrating the model and its results. The urban scenarios identified were two and concern two sewer pipe ducts located respectively in Calle Paseo de la Habana and Calle de Ponzano in Madrid, Spain. Inside these pipelines, the flow and the air and water temperature sensors were installed. On the basis of the monitored data, useful for validation purposes, the modelling of the two sewer pipelines was carried out by using the software Designbuilder. The sewer pipes were modeled as underground thermal zones, setting the appropriate boundary conditions, such as ground and urban conditions. After the modelling, which has allowed to obtain the surface temperature of the sewer pipe base, the estimation of the waste water temperature have been made, through a method based on weighting coefficients, taking into account several physical phenomena. A comparison between the obtained results and the monitored ones was carried out, and after that, in one of the case study, waste water flows was estimated. Finally, based on the estimated waste water temperatures and flow rate, the available energy potential was evaluated. In the following work critical points, limits of modeling and the parameters to take into account in the design are shown.

L’obiettivo del progetto di ricerca RESIDAQUA, nato a Madrid, è quello di sviluppare un nuovo sistema per lo sfruttamento dell’energia contenuta nelle acque reflue, adattabile a diversi scenari. Il lavoro di tesi si colloca nelle prime fasi della ricerca, al fine di individuare le variabili da incorporare nella progettazione di tali sistemi. Con l’obiettivo di valutare l’incidenza delle proprietà geotermiche sulla temperatura del terreno, sono state effettuate delle analisi, variando determinati parametri caratteristici del terreno in funzione della profondità. Le principali proprietà termiche del terreno, tra cui conduttività, diffusività ed evapotraspirazione, sono state valutate su diversi scenari, limitatamente alla località di Madrid. L’analisi parametrica preliminare risulta indispensabile per la determinazione dei parametri da inserire nella modellazione del terreno nei casi di studio, con l’obiettivo di calibrare il modello e i relativi risultati. Gli scenari urbani, individuati ai fini della modellazione, sono stati due e interessano due tronchi di condotta fognaria ubicati rispettivamente in Calle Paseo de la Habana e Calle de Ponzano in Madrid, Spagna. All’interno di queste condotte è stata prevista l’installazione dei sensori di portata e temperatura dell’acqua e dell’aria. Sulla base dei dati derivanti dal sistema di monitoraggio, utili ai fini della validazione, è stata effettuata la modellazione dei due tronchi di condotta, attraverso il software di modellazione energetica DesignBuilder, trattando quindi le condotte fognarie come zone termiche, completamente interrate e definendo le opportune condizioni al contorno, ovvero terreno e condizioni urbane. Alla modellazione, che ha consentito di ottenere la temperatura superficiale della base della condotta, segue la stima della temperatura delle acque reflue, attraverso un metodo basato su dei coefficienti di ponderazione che tengono conto dei fenomeni fisici d’influenza. Dopo il confronto tra i risultati ottenuti e quelli del sistema di monitoraggio, si è stimata in uno dei due scenari oggetto di studio le portate delle acque di scarico. Infine, sulla base della stima delle temperature delle acque reflue e della portata, è stato valutato il potenziale di energia disponibile. Si mostreranno nel seguente lavoro quali sono i punti critici, i limiti della modellazione e i parametri di cui tener conto nella progettazione.