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Ottimizzazione del tracciato

Quando si genera un tracciato delle tubazioni con lo strumento MST (Minimum Spanning Tree, albero ricoprente minimo), TESSA collega tutti gli edifici con la minima lunghezza totale delle tubazioni. Questo è rapido e produce sempre un albero connesso, ma potrebbe non essere la rete più economica da costruire o da esercire: una breve deviazione lungo un corridoio stradale esistente può a volte valere la lunghezza aggiuntiva, e un tracciato che minimizza i costi può differire da uno che minimizza le perdite di calore.

Lo strumento Optimise layout consente di rieseguire il tracciato con una funzione obiettivo consapevole dei costi.

Come funziona il tracciato MST predefinito

L'algoritmo di tracciato predefinito:

  1. Prende i percorsi candidati delle tubazioni (strade o collegamenti in linea retta, a seconda delle impostazioni) e forma una matrice delle distanze tra tutti i potenziali punti di collegamento.
  2. Calcola l'albero ricoprente minimo — il sottografo connesso con il peso totale minimo degli archi (distanza).
  3. Instrada le tubazioni lungo quegli archi, collegando le sottostazioni degli edifici come foglie.

Il risultato è la rete ad albero di lunghezza più breve. È sempre connessa, non contiene mai anelli ed è rapida da calcolare.

L'algoritmo di ottimizzazione

Lo strumento Optimise layout applica un ciclo di raffinamento euristico sopra l'MST. Funziona perturbando casualmente le lunghezze degli archi nella matrice delle distanze e ricalcolando l'MST, verificando a ogni iterazione se il nuovo tracciato migliora l'obiettivo scelto.

flowchart TD A["Start: initial MST layout"] --> B["Perturb edge lengths<br/>in distance matrix"] B --> C["Recompute MST"] C --> D["Evaluate cost function<br/>(cost / heat_total / heat_loss)"] D --> E{"Improved?"} E -->|"Yes"| F["Accept new layout<br/>as current best"] E -->|"No"| G["Discard perturbation"] F --> H{"Converged or<br/>max iterations?"} G --> H H -->|"No"| B H -->|"Yes"| I["Return best layout"] classDef step fill:#fff3e0,stroke:#ED6000,stroke-width:1.5px,color:#bf360c classDef decision fill:#bbdefb,stroke:#0d47a1,stroke-width:1.5px,color:#0d47a1 classDef terminal fill:#c8e6c9,stroke:#2e7d32,stroke-width:1.5px,color:#1b5e20 class A,B,C,D,F,G,I step class E,H decision

A ciascun tracciato candidato, lo strumento esegue l'intera pipeline di dimensionamento delle tubazioni e di simulazione (compreso DNCosts) per calcolare l'obiettivo. Questo significa che ogni iterazione è più lenta di un semplice MST, ma il risultato è ancorato al modello di costo reale.

Obiettivi di ottimizzazione

Obiettivo Cosa minimizza Quando usarlo
cost Costo totale di investimento delle tubazioni (installazione + materiale, dalla tabella dei costi) Il più comune; minimizza il CAPEX
heat_total Calore totale trasportato attraverso la rete Minimizza il calore trasportato su lunghe distanze
heat_loss Perdite termiche totali lungo le tubazioni Utile quando la priorità è la riduzione delle perdite (ad es. temperature di mandata elevate o percorsi lunghi)

L'obiettivo cost è di solito la scelta giusta. Vale la pena provare heat_loss quando la temperatura di mandata è elevata e la rete copre un'ampia area.

Quando usare l'ottimizzazione

Lo strumento di ottimizzazione richiede tempi notevolmente più lunghi rispetto allo strumento MST — ogni iterazione ridimensiona e risimula la rete. Per un quartiere con centinaia di edifici può richiedere diversi minuti.

Utilizzarlo quando:

  • Il tracciato MST iniziale sembra seguire percorsi inutilmente lunghi.
  • Sono state definite zone di esclusione e si vuole trovare l'instradamento a costo più basso attorno ad esse.
  • Si vuole verificare che il tracciato MST sia vicino all'ottimo prima di finalizzare il progetto.

Per un primo progetto rapido, il tracciato MST predefinito è di solito sufficiente.

Zone di esclusione

Come lo strumento MST, l'ottimizzatore rispetta le zone di esclusione — aree in cui le tubazioni non possono essere instradate. Definire le zone di esclusione nell'editor del livello dell'area di studio prima di eseguire l'uno o l'altro strumento.

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