Συστήματα ήπιας διαχείρισης ομβρίων μικρής κλίμακας:  βελτιστοποίηση σχεδιασμού και η επίδραση του κλίματος

Τοπάλογλου, Αγγελική; Topaloglou, Angeliki

dc.contributor.author	Τοπάλογλου, Αγγελική	el
dc.contributor.author	Topaloglou, Angeliki	en
dc.date.accessioned	2021-05-12T14:48:42Z
dc.date.available	2021-05-12T14:48:42Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53393
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21091
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συλλογή βρόχινου νερού	el
dc.subject	Ήπια διαχείριση ομβρίων	el
dc.subject	Εξοικονόμηση νερού	el
dc.subject	Επίδραση κλίματος	el
dc.subject	Κτίριο υδραυλικής	el
dc.subject	Rainwater harvesting	en
dc.subject	Sustainable drainage dystems	en
dc.subject	Water saving	en
dc.subject	Climate effect	en
dc.subject	Hydraulics building	en
dc.title	Συστήματα ήπιας διαχείρισης ομβρίων μικρής κλίμακας: βελτιστοποίηση σχεδιασμού και η επίδραση του κλίματος	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Συστήματα ήπιας διαχείρισης ομβρίων μικρής κλίμακας: βελτιστοποίηση σχεδιασμού και η επίδραση του κλίματος	el
heal.classification	Διαχείριση υδατικών πόρων	el
heal.classification	Water resources management	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-17
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία εκπονήθηκε με στόχο τη διερεύνηση της απόδοσης, ενός υποθετικού συστήματος ήπιας διαχείρισης ομβρίων, σε διαφορετικές κλιματικές συνθήκες, στο κτίριο Υδραυλικής στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Το σύστημα συλλογής και αποθήκευσης ομβρίων που μελετάται διαθέτει δύο δεξαμενές, μια υπόγεια και μια στη στέγη, και λαμβάνει απορροή τόσο από τις στέγες του κτιρίου υδραυλικής, του εργαστηρίου υδραυλικής και του κτιρίου λιμενικών, όσο και από τις αδιαπέρατες επιφάνειες που περιβάλλουν τα παραπάνω κτίρια και οριοθετούνται από τον υδροκρίτη. Για την εξυπηρέτηση του παραπάνω σκοπού καταστρώθηκε ένα μοντέλο ημερήσιου υδατικού ισοζυγίου, το οποίο λαμβάνει στην είσοδο δεδομένα που αφορούν σε ημερήσια ύψη βροχής και δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, και υπολογίζει σε ημερήσιο βήμα, βάσει των εκτιμώμενων υδρευτικών και αρδευτικών αναγκών, τους αποθηκευμένους όγκους στις δεξαμενές, τις υπερχειλίσεις, τις ποσότητες νερού που προσφέρονται για υδροαρδευτική χρήση και τις αστοχίες κάλυψης της ζήτησης. Τα μετεωρολογικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν έχουν ληφθεί από σταθμούς σε δύο λεκάνες της Μεγάλης Βρετανίας, που εντοπίζονται κοντά στο Εδιμβούργο της Σκωτίας (χρονοσειρά 45 ετών) και το Μπράιτον της Αγγλίας (χρονοσειρά 45 ετών), σε μια λεκάνη της Γαλλίας (χρονοσειρά 6 ετών), στο Λιβάδι Παρνασσού (χρονοσειρά 45 ετών), στο Ελληνικό Αττικής (χρονοσειρά 65 ετών) και στη νήσο Αστυπάλαια (χρονοσειρά 6 ετών). Πρόκειται για περιοχές στις οποίες επικρατούν διαφορετικές κλιματικές συνθήκες, γεγονός στο οποίο στηρίχθηκε η δημιουργία έξι (6) διαφορετικών σεναρίων. Για την αξιολόγηση του υποθετικού συστήματος συλλογής ομβρίων χρησιμοποιήθηκε ο όρος της αξιοπιστίας, ο οποίος εκφράζει την έλλειψη αστοχιών κάλυψης της ζήτησης ως προς το συνολικό μήκος της εξεταζόμενης χρονικής περιόδου, αλλά και άλλοι χρηματοοικονομικοί παράγοντες. Συγκεκριμένα εκτιμήθηκε το ετήσιο κόστος, συνυπολογίζοντας τις ετήσιες αποσβέσεις για την εγκατάσταση και αντικατάσταση των τμημάτων των διατάξεων αποθήκευσης και άντλησης του βρόχινου νερού αλλά και το ετήσιο κόστος για την αγορά και προμήθεια νερού από το συμβατικό δίκτυο, μέσω της ΕΥΔΑΠ, κάθε φορά που το σύστημα εμφάνιζε αδυναμία εξυπηρέτησης των υδατικών αναγκών της υπό μελέτη περιοχής. Σε πρώτη φάση αναλύθηκαν τα υδρομετεωρολογικά δεδομένα στα οποία βασίστηκε κάθε σενάριο, κατασκευάζοντας διαγράμματα ημερήσιου, μηνιαίου και ετήσιου ύψους βροχής και δυνητικής εξατμισοδιαπνοής. Ενώ, παράλληλα, υπολογίστηκαν σε περιβάλλον Μatlab, αθροιστικές καμπύλες άνομβρων περιόδων τουλάχιστον 5 ημερών. Από την ανάλυση εξήχθησαν σημαντικές πληροφορίες για τις κλιματικές συνθήκες κάθε περιοχής. Στη δεύτερη φάση, κατασκευάστηκαν, στα πλαίσια της διερεύνησης της «συμπεριφοράς» του μοντέλου, καμπύλες αξιοπιστίας και ενεργειακής απαίτησης, για κάθε κλιματική περιοχή, για 60 συνδυασμούς όγκων υπόγειας και υπέργειας δεξαμενής. Για τον υπολογισμό της ενεργειακής απαίτησης υπολογίστηκε μόνο για την υπόγεια δεξαμενή, η ημερήσια ποσότητα νερού που πρόκειται να αντληθεί αλλά και η ισχύς του αντλητικού συγκροτήματος. Τέλος, εξετάστηκαν όλα τα διαγράμματα που προέκυψαν λεπτομερώς και αναλύθηκαν οι λόγοι που οδήγησαν στα εκάστοτε αποτελέσματα. Σε τρίτη και τελευταία φάση, διαστασιολογήθηκαν, μέσω της επίλυσης ενός προβλήματος βελτιστοποίησης, οι δεξαμενές που συγκροτούν το υποθετικό σύστημα ήπιας διαχείρισης ομβρίων. Τα βέλτιστα μεγέθη για τις δεξαμενές, υπολογίστηκαν, θέτοντας ως στόχο την ελαχιστοποίηση του ετήσιου κόστους. Τέλος, για κάθε σενάριο, έγινε σύγκριση των τιμών της αξιοπιστίας και του ετήσιου τελικού κόστους μετά τη βελτιστοποίηση, για δεδομένους όγκους δεξαμενών. Από τη σύγκριση αυτή επιβεβαιώνεται ότι, η πρακτική συλλογής ομβρίων για χρήσεις που δεν απαιτούν πόσιμο νερό, μπορεί και να αποτελέσει εξαιρετικά σημαντική δευτερεύουσα πηγή υδροληψίας υπό προϋποθέσεις. Οι προϋποθέσεις αυτές περιλαμβάνουν την ικανή προσφορά κατακρημνισμάτων. Συγκεκριμένα, η ομβροσυλλογή ενδείκνυται για περιοχές με συχνά επεισόδια βροχής και χωρίς μακρές περιόδους ανομβρίας, όπως αυτές σε Γαλλία και Ηνωμένο Βασίλειο, παρουσιάζοντας υψηλές τιμές αξιοπιστίας (>80%), έχοντας ταυτόχρονα πολύ χαμηλό ετήσιο κόστος. Τα παραπάνω είναι εφικτά ακόμη και με όχι ιδιαίτερα υψηλά ετήσια ύψη βροχής. Αντιθέτως σε περιοχές όπως το Λιβάδι Παρνασσού με υψηλά ετήσια ύψη βροχής αλλά ανομοιόμορφα κατανεμημένες βροχοπτώσεις και μεγάλες περιόδους ανυδρίας, η επίδοση των συστημάτων αυτών πέφτει δραματικά. Τέλος, η εγκατάσταση των ανωτέρω συστημάτων σε κατά βάση άνυδρες περιοχές όπως το Ελληνικό και η Αστυπάλαια, που είτε έχουν πολύ μικρά ύψη βροχής, είτε παρουσιάζουν συγκέντρωση επεισοδίων υετού μόνο σε μια εποχή του χρόνου, κρίνεται αντιοικονομική και αναξιόπιστη.	el
heal.abstract	This Diploma thesis aims to shed light on the performance of a hypothetical system of mild rainwater management, under different climatic conditions. It is located on the Hydraulics building in the National Technical University of Athens, Zografou. The rainwater collection and storage system, contains two tanks, one underground and one on the roof, and receives runoff from the roofs of the hydraulics building, the hydraulics laboratory and the coastal engineering building, as well as from the impermeable surfaces that surround the above buildings and are bounded by the hydrocriter. To serve the purpose above, a f daily water balance model has been developed, which receives daily rainfall, potential evapotranspiration and water demand data calculates on a daily basis, the stored water, the quantities of water offered for domestic and irrigation uses and the failures to meet demand. The meteorological data used, were taken from stations in two basins of Great Britain, located near Edinburgh, Scotland (time series of 45 years) and Brighton, England (time series of 45 years), also in a basin of France (time series of 6 years), in the Livadi of Parnassos (time series of 45 years), in Hellinikon, Attica (time series of 65 years) and in the island of Astypalaia (time series of 6 years). In these are areas prevail different climatic conditions and it is exactly the fact on which the creation of six (6) different case studies was based. The term of reliability was used to evaluate the hypothetical rainwater harvesting system. Reliability expresses the lack of demand coverage failures in relation to the total length of the examined period. The other criterion that has been used το asses the operation of the RWH system in this study haw a financial basis. The annual cost has been estimated, by taking into account the annual depreciation for the installation and replacement of parts of the rainwater storage and pumping devices, as well as the annual cost for the purchase and supply of water from the conventional network, that is being supervised by water supply company of Athens (EYDAP), each time the system showed inability to serve the water needs of the study area. At first, the hydrometeorological data on which each case study was based, were analyzed by constructing diagrams of daily, monthly and annual rainfall and potential evapotranspiration. At the same time, cumulative drought curves of at least 5 days, were calculated in a Matlab environment. Through this thorough analysis we extracted important information about the climatic conditions of each region. In the second phase, we constructed reliability and energy demand curves, in the context of investigating the "behavior" of the model, for each climate area, for 60 combinations of underground and aboveground tank volumes. Energy requirement was calculated only for the underground tank, by determining the daily amount of water that has to be pumped and the power of the pumping unit. Finally, all the resulting diagrams were examined in detail and the respective results were analyzed. In the third and final phase, we proceeded on sizing the tanks that are included in the hypothetical mild rainwater management system, by solving an optimization problem. The optimal sizes for the tanks were calculated, aiming to minimize the annual cost. Finally, for each case study, the reliability values and the annual final cost after optimization were compared, for given tank volumes. This comparison confirms that the practice of rainwater harvesting, for uses that do not require drinking water, could constitute an extremely important secondary source of water intake, under some conditions. These conditions include a sufficient supply of precipitation. In particular, rainwater harvesting is suitable for areas with frequent rainfall episodes and without long periods of drought, such as those in France and the United Kingdom, which demonstrated high reliability values (> 80%), while having very low annual costs. The above is possible even with not very high annual rainfall. In contrast, in areas such as the Livadi of Parnassos, which is characterized of high annual rainfall that is not evenly distributed and long periods of dryness, the performance of these systems drops dramatically. Finally, the installation of the above systems in fundamentally arid areas such as Elliniko and Astypalaia, which receive relatively low rainfall, mainly concentrated in few large events, is considered uneconomical and unreliable.	en
heal.advisorName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.advisorName	Eustratiadis, Andreas	en
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Γαβαλάκη, Ευγενία	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Eustratiadis, Andreas	en
heal.committeeMemberName	Gavalakis, Eugenia	en
heal.committeeMemberName	Papakonstantis, Ilias	en
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	172 σ.	en
heal.fullTextAvailability	false