Schermature solari e progettazione parametrica. L'ottimizzazione della forma e della prestazione ottico-energetica nei componenti in calcestruzzo

The concept of an efficient and economically sustainable envelope is becoming relevant in building sector, particularly for façade with high WWR of the modern architectures. The aspect for the daylighting comfort and the energy-saving is strictly related on the choice of an adequate complex fenestration system, with most stringent legislations in force and the limits of existing solutions. In this context, the aim is define new high performance solar shading obtained by a progressive shape optimization for the optical and the energy performances, by using a parametric design and taking advantage of the potentiality offered by the innovative concretes and new digital fabrication technologies. Starting from traditional solutions to a progressive development of an optimized perforated panel systems, the study concerns the analysis of different concrete solar shadings with dynamic simulations applied to a reference model, using Radiance and EnergyPlus calculation engines in a DIVA-for-Rhino plug-in for Rhinoceros. This process allows to obtain a complete evaluation of the main parameters for the optical comfort and the overall energy balance, investigating how geometry optimization of solar shading, but also the glazing characteristics, the solar exposure and the climate conditions of the insertion context, can influence the global performances. The analysis carried out in a different sections, based on a progressive change of the used glazing, the solar exposure and the geographic latitude in addition to the shading characteristics, will allow to obtain results capable of expressing the versatility and the convenience of the innovative perforated panels, with high performances in alternative to traditional shadings. The solution effectiveness will be also guaranteed with the modern and complex shapes, modeled and optimized using the parametric tool Grasshopper, without forgetting the potentials and the limits of the digital fabrication for the concept elements. This thesis is an important step for the application of the new optimized types of solar shading, proposing valid alternatives compared to the performance of current systems and other studies will be carried out in order to improve the same performances and the productive process.

La concezione di un involucro efficiente ed economicamente sostenibile sta assumendo nel panorama edilizio odierno un ruolo sempre più rilevante, in particolare nelle moderne architetture con ampie superfici vetrate. All'interno di un quadro normativo sempre più stringente, l’elemento chiave per il benessere ottico-luminoso ed il risparmio energetico degli ambienti risiede nella scelta di un adeguato sistema vetrazione-schermatura, con i limiti delle soluzioni attuali. In questo ambito, la presente trattazione si prefigge di definire una nuova tipologia performante di schermatura solare ottenuta tramite una progressiva ottimizzazione della forma nei confronti delle prestazioni ottico-energetiche, attuando una progettazione di tipo parametrico e sfruttando le potenzialità offerte dagli innovativi calcestruzzi e dalle nuove tecniche di fabbricazione digitale. Partendo dalle soluzioni tradizionali sino ad un progressivo sviluppo verso i sistemi ottimizzati a pannelli microforati, lo studio consiste nell'analisi dei differenti elementi schermanti in calcestruzzo tramite simulazioni in regime dinamico applicate ad un modello di riferimento, impiegando i motori di calcolo Radiance ed Energyplus integrati nel plug-in DIVA-for-Rhino di Rhinoceros. Il processo effettuato permette di ottenere una valutazione completa dei principali parametri per il comfort visivo ed il bilancio energetico globale, indagando come la variazione di forma delle protezioni solari, ma altresì le caratteristiche dell’involucro trasparente, l’esposizione solare e le condizioni climatiche del contesto di inserimento, possano influire sulla prestazione complessiva. Le analisi effettuate nei diversi capitoli, basate su una progressiva variazione della vetrazione impiegata, dell’esposizione solare e della latitudine geografica oltre alle caratteristiche dei sistemi di schermatura, permetteranno di ottenere risultati in grado di esprimere la versatilità e la convenienza degli innovativi pannelli microforati, costantemente performanti in alternativa ai sistemi tradizionali. L’efficacia delle soluzioni verrà, inoltre, garantita impiegando le moderne forme complesse, modellate ed ottimizzate tramite l’utilizzo dello strumento parametrico Grasshopper, senza dimenticare le potenzialità ed i limiti relativi alla fabbricazione digitale degli elementi concepiti. Il presente elaborato di tesi si pone come un passo importante per l’applicazione di nuove tipologie ottimizzate di schermatura solare, proponendo a livello prestazionale delle valide alternative rispetto ai sistemi sino ad oggi impiegati, sulle quali si potranno delineare ulteriori studi per l’affinamento sia degli elementi stessi che dei processi produttivi.