A method to integrate routing costs into the design of district heating networks

District heating networks represent a strategic option for decarbonising space and water heating in urban areas, which are responsible for a substantial share of global greenhouse gas emissions. Their deployment, however, is strongly constrained by the challenge of identifying efficient network routes, a task that requires balancing multiple technical variables with reliable preliminary cost estimates. Traditional early-stage evaluations often overlook critical aspects such as the assessment of routing alternatives, the management of roadworks, and the broader social externalities associated with urban construction. To address these limitations, this thesis introduces a GIS-based automated methodology that integrates technical, spatial, and socio-economic factors into the design of district heating networks. The approach relies on a hybrid street-grid graph in which pipeline routes are weighted according to road typologies, thereby capturing differences in construction difficulty and disruption potential. Network alternatives are further refined through a selective connection process based on Linear Heat Density, which progressively excludes less advantageous consumers. Cost estimation combines pipe sizing, trench excavation, labour, overheads, and road-closure impacts, while a calibration loop ensures consistency between the cost model and the assigned street weights. The methodology is tested on a real urban district, showing that the inclusion of street-level constraints and social factors can reduce investment costs and make preliminary planning more realistic and informed. Overall, the framework provides a tructured basis for comparing alternative layouts under both technical and socio-economic conditions.

Le reti di teleriscaldamento rappresentano una soluzione strategica per la decarbonizzazione del riscaldamento ambientale e dell’acqua sanitaria in ambito urbano, che sono responsabili di una quota significativa delle emissioni globali di gas serra. La loro diffusione è tuttavia fortemente condizionata dalla difficoltà di individuare tracciati di rete efficienti, un’attività che richiede di bilanciare molteplici variabili tecniche con stime di costo preliminari affidabili. Le valutazioni tradizionali nelle fasi iniziali spesso trascurano aspetti critici quali la valutazione della convenienza dei tracciati di rete, gli effetti dei cantieri stradali e le più ampie esternalità sociali legate ai lavori urbani. Per superare questi limiti, la presente tesi propone una metodologia automatizzata basata su GIS che integra fattori tecnici, spaziali e socio-economici nella progettazione delle reti di teleriscaldamento. L’approccio si fonda su un grafo ibrido strada griglia, in cui i tratti di condotta sono ponderati in base alla tipologia stradale, così da riflettere le differenze nelle difficoltà costruttive e nel potenziale di disturbo. Le alternative di rete vengono ulteriormente raffinate attraverso un processo di connessione selettiva basato sulla Linear Heat Density, che esclude progressivamente le utenze meno vantaggiose. La stima dei costi combina dimensionamento delle tubazioni, scavi, manodopera, spese generali e impatti da chiusure stradali, mentre un ciclo di calibrazione garantisce la coerenza tra modello di costo e pesi assegnati alle strade. La metodologia è stata applicata a un caso studio reale, mostrando come l’inclusione dei vincoli stradali e dei fattori sociali possa ridurre gli investimenti e rendere il processo di pianificazione nelle analisi preliminari più realistico e consapevole.