Self-cleaning as a sustainable alternative to envelope maintenance. Study of functional material applications to the building envelope

The fact that building envelope maintenance and cleaning represent a developing topic, worth to be investigated through the development of a PhD research, is proofed by the ongoing scientific debate and the increased interest in the field of easy-cleaning and self-cleaning coatings. The work presented in this manuscript is the result of various experiments performed during the 3 year development of the research, aimed at investigating the potential for a wide scale application of self-cleaning coatings on the built heritage, with a particular focus on the façade. The principal objective is the determination of design guidelines able to orient maintenance and cleaning choices of owners, facility managers and designers according to the context in which the building currently operates. The research path has been developed across disciplines, between architectural engineering and material science, benefitting from the precious contribution of numerous scientists affiliated to different international research institutions and industrial partners. I believe that this has been a good effort in the direction of multidisciplinary cooperation, which is something all the scientific community should look up to. Contents proposed in this dissertation are just part of what could be done in terms of both strategy implementation and product development towards a more sustainable management of the built environment, in the field of envelope cleaning and maintenance. This objective is presently at the centre of interest for the whole community, given that the amount of land and resources to be dedicated to the construction of new buildings is getting more and more limited. In this frame, taking care of existing objects, and ensuring them the longest service life at the highest possible performance level becomes absolutely crucial. Façade cleaning certainly lays among those actions that can play a determinant role in maintaining the whole building in good condition, and so deserves to be carried out and promoted by means of innovative techniques and systems, or using more traditional techniques when the former should not be applicable. Design directions provided in the frame of this work set the path for further investigation of the possibilities offered by the integration of functional materials in the building envelope, topic which I am sure will gain even further importance in the years to come, as soon as prototyped new materials at the nano-scale become available on the market.

La manutenzione e pulizia dell’involucro edilizio è un argomento certamente degno di interesse, la cui rilevanza è comprovata dalla crescente attenzione del dibattito scientifico riguardante i materiali con proprietà di autopulizia. Il lavoro presentato in questa tesi è il risultato di una serie di esperimenti condotti durante lo sviluppo triennale della ricerca, volti ad esplorare il potenziale dei rivestimenti autopulenti applicati su larga scala per la manutenzione del patrimonio costruito, con particolare attenzione alla facciata. L’obiettivo principale è la definizione di linee guida per la progettazione che possano orientare le scelte di proprietari, gestori e progettisti nei confronti delle strategie di manutenzione e pulizia, a seconda del contesto in cui l’edificio è inserito. Il percorso di ricerca è stato sviluppato in maniera interdisciplinare, tra l’architettura tecnica e la scienza dei materiali, beneficiando del prezioso contributo di numerosi ricercatori provenienti da diversi istituti di ricerca internazionali, e di partner industriali. Ciò rappresenta un passo avanti nella direzione della cooperazione multidisciplinare, obiettivo condiviso da tutta la comunità scientifica. I contenuti di questo manoscritto rappresentano solo parte di ciò che è possibile fare nella direzione del miglioramento delle strategie manutentive e di sviluppo di prodotto, per favorire una gestione sempre più sostenibile del patrimonio costruito. Tale obiettivo è attualmente al centro dell’interesse per tutta la comunità, tenuto conto del fatto che le quantità di territorio e risorse spendibili per lo sviluppo di nuovi immobili sono sempre più limitate. In questa prospettiva, curare il patrimonio esistente e cercare di estenderne la vita utile risulta di cruciale importanza. La pulizia delle facciate fa parte di quei provvedimenti che hanno un ruolo determinante nel mantenere l’intero edificio in buone condizioni, e pertanto merita di essere implementato tramite tecniche e sistemi innovativi, o con un approccio più tradizionale ove i precedenti non siano applicabili. Le indicazioni progettuali fornite nell’ambito di questo lavoro aprono la strada per ulteriori indagini volte all’integrazione sempre maggiore di materiali funzionali nell’involucro edilizio, argomento che acquisirà sempre maggiore importanza negli anni a venire, man mano che i nuovi materiali nanotecnologici attualmente in sviluppo diventeranno disponibili sul mercato.